Энергия в экосистемах.

Все биологические процессы нуждаются в притоке энергии из вне. Потоки энергии в экосистемах движутся в соответствии с началами термодинамики. Первое начало – энергия не исчезает и не появляется, она переходит из одной формы в другую. Второе начало – при любых превращениях энергии часть ее теряется в виде тепла.

В экосистемах происходит превращение солнечной энергии в химическую энергию, которая запасается фотосинтезирующими растениями. Далее энергия перераспределяется по пищевым цепям. На каждом трофическом уровне энергия позволяет организмам осуществлять все необходимые функции и теряется в виде тепла.

Таблица 2.

Баланс солнечной радиации

на земной поверхности.

Вид радиации	ккал/см^2	%
1.Солнечная радиация (общая)	250	100
2.Отражение в пространство от облаков	83	33,2
3.Поглощение атмосферой	24	9,6
4.Отражение почвой	35	14,0
5.Поглощение почвой и фитосферой	108	43,2

Таким образом, на 1 см² площади поверхности Земли поступает 108ккал, а на фотосинтез расходуется 0.2ккал/см². Большинство солнечной энергии, достигая поверхности Земли, превращается непосредственно в тепло, которое нагревает почву и воду, от которых нагревается и воздух. Это тепло является движущей силой воздушных потоков и океанических течений. Экосистемы Земли существуют на счет не загрязняющей экосистемы, практически вечной солнечной энергии, количество которой постоянно и избыточно. Количество солнечной энергии достаточно для удовлетворения всех потребностей человека. В итоге вся солнечная энергия превращается в тепло, поэтому увеличение ее использования не может изменить термодинамику биосферы.

Рис. 12. Потоки веществ и энергии в экосистеме.

1- Потоки энергии. 2- Потоки биогенных элементов. 3- потоки веществ в свободной неорганической форме.

Солнечная энергия экологически чиста, это отличает ее от энергии топлива и земных ядерных реакций. Солнечная энергия постоянна, ее поступлению ничто не угрожает, она будет поступать в этом количестве всегда и по неизменной цене. Солнечная энергия практически вечна. Солнце погибнет через миллиарды лет, жизнь на Земле исчерпала не более 0,5% отведенного для нее срока.

В земных экосистемах энергия пронизывает все трофические уровни.

Первый трофический уровень – зеленые растения - продуценты. Они получают до 0,2% энергии, поступающей на Землю. От этого количества 64% энергии тратится на метаболизм, 20% уходит в отходы. В итоге на первом трофическом уровне остается 16% получаемой солнечной энергии. Это чистая первичная продуктивность, т.е. количество энергии создаваемое растениями в виде биомассы на единицу площади в единицу времени. Чистая первичная продукция является главным источником энергии для животных.

Наибольшую чистую первичную продуктивность имеют эстуарии – места смешения океанских и речных (пресных) вод, болота, леса тропического пояса – 9000 ккал/м²/год, леса умеренного пояса производят 6000 ккал/м²/год, тундра – 700 ккал/м²/год.

Сельскохозяйственные угодья имеют чистую первичную продуктивность 2800 ккал/м²/год.

Энергия, которая остается на первом трофическом уровне позволяет синтезировать здесь биомассу в пределах 800 г/м².

Второй трофический уровень – травоядные. Здесь 68% получаемой на уровень энергии расходуется на метаболизм, 21% идет на органические отходы, остальные 11% энергии позволяет сформировать биомассу 80 г/м².

Третий трофический уровень - плотоядные, они расходуют на процессы метаболизма 71% энергии, 24% идет в отходы, оставшаяся часть энергии используется для создания биомассы в количестве 8 г/м².

Четвертый трофический уровень - высшие плотоядные могут формировать из оставшейся после процессов метаболизма и отходов энергии не более 0,8 г/м² биомассы.

Таким образом, чем длиннее трофическая цепь, тем больше теряется полезной высококачественной энергии при переходе с одного трофического уровня на другой.

Резюме: 1. Получение всех ресурсов и избавление от отходов в экосистемах происходит в рамках круговорота веществ и элементов.

2. Экосистемы существуют за счет солнечной энергии: избыточной, чистой, постоянной, вечной.

3.Смуществует обратная зависимость биомассы и трофического уровня: чем больше биомасса популяции, тем ниже занимаемый ею трофический уровень.