PREPOD.INFO

Рассмотрим превращение энергии в экосистеме на примере простой  пастбищной трофической  цепи,  в которой имеется  всего  три  трофических  уровня.  Первый уровень составляют травянистые растения, второй – травоядные  млекопитающие (например, косули), а третий – хищные млекопитающие (например, волки). 

Питательные вещества для всех живых организмов, населяющих экосистему, создаются в процессе фотосинтеза, который осуществляют  растения, или продуценты. Растения из неорганических веществ (воду, углекислый газ, минеральные соли  и т.д.)  с использованием  энергии солнечного света  образуют органические вещества и кислород, а также АТФ. Часть электромагнитной энергии солнечного излучения при этом переходит в энергию химических связей синтезируемых  органических веществ.

По выражению крупнейшего американского эколога Ю. Одума «калория является долларом в экологии», отсюда превращения энергии в нашей экосистеме мы  выразим  в «условных энергетических единицах» (у. е.).

Примем  ВПП   равным  200 у. е., а затраты растений на дыхание – 50% от  ВПП (то есть 100 у. е.). Тогда чистая первичная продукция (ЧПП) равна:
ЧПП  =  ВПП  –  Т
                                                100     =  200    - 100

Чистую первичную продукцию, образованную растениями,  потребляют различные травоядные животные, которые составляют второй трофический уровень. В силу разных причин они способны потребить лишь некоторую долю  ЧПП. Существенная ее часть  в виде отмерших  органических остатков (подземные части растений, твердая древесина стеблей, ветвей и т.д.) не способна поедаться  большинством животных. Она поступает в детритные пищевые цепи и (или) подвергается  разложению  редуцентами.
Траты на дыхание растений в виде тепла рассеиваются в пространстве, повышая энтропию окружающей среды.

Согласно балансовому подходу,  энергетический баланс популяции гетеротрофных организмов можно представить в виде:

C  =  P +  T + N

Пойкилотермные  организмы  расходуют на прирост массы своего тела (РII) не более 10% потребленного ими корма, т.е. их популяционные значения K1  составляют 10%.  Остальная часть  рациона   не или усваивается ими (NII) или превращается в процессе  дыхания  в тепловую энергию (ТII). Тогда:

C  =   P +  T +  N
100    10   40    50

Предположим, что  рацион растительноядных организмов, образующих  второй трофический уровень (СII),  составляет 50% от ЧПП. Тогда: 

СII  =  0,5ЧПП,  или   100 у.е. х  0,5 =  50 у.е.

Отсюда, превращения энергии на втором трофическом уровне можно представить в виде:
СII   =  PII + TII + NII
           50    =   5  + 20 + 25

Величина PII   представляет собой количество энергии, заключенной  в телах травоядных организмов. Только она может  быть потреблена хищниками, находящимися на третьем трофическом уровне.  В принципе хищники способны потребить всех травоядных  организмов второго трофического уровня без остатка. Поэтому  их рацион  может составлять  вся величина прироста особей второго трофического уровня, т.е. СIII = РII.
Неусвоенная часть рациона поступает в детритные пищевые цепи.

Cоотношение между различными компонентами баланса энергии у травоядных и  хищных гомойтермных организмов  приблизительно одинаковое.  Тогда:                            

СIII   =   PIII  +  TIII  +  NIII
            5   →   0,5  +   2,0 +  2,5

Таким образом,  в экосистемах с повышением трофического уровня происходит быстрое уменьшение энергии, накапливаемой в телах живых организмов. Преобладающая часть энергии, органических соединений, созданными растениями в результате дыхания всех живых организмов экосистемы переходит в  тепловую энергию. Однако при дыхании выделяются также углекислый газ  и  вода, которые вновь возвращаются в экосистему. 

Непереваренные остатки пищи и отмершие организмы всех трофических уровней разлагаются детритофагами и в конечном итоге редуцентами  до простых неорганических веществ (вода, углекислый газ, азотистые соединения). Эти вещества вновь могут  использоваться продуцентами и редуцентами. Поэтому  в экосистемах происходит постоянный круговорот вещества, поскольку одни и те же атомы могут постоянно переходить из одних организмов в другие. 
Определенная часть   продукции экосистемы может  выноситься  из нее (конечная продукция)  или при  определенных условиях накапливаться в ней в виде  неразалагающихся органических  соединений. В предыдущие геологические эпохи (преимущественно в каменноугольный период палеозойской эры) в Биосфере произошло образование органических полезных ископаемых – каменного угля, нефти, природного газа из слежавшихся мощных слоев остатков наземных растений. В тот период на суше практически не было наземных организмов, питавшихся наземной растительностью. В наше время в экосистемах болот  таким образом происходит образование торфа.
Однако чаще всего преобладающая  часть  чистой первичной продукции, созданной в экосистемах,  расходуется в процессах дыхания всех населяющих ее живых организмов и рассеивается в виде тепла.

Напротив,  в экосистеме имеет не круговорот, а  место  однонаправленный поток энергии. Электромагнитная  энергия солнечного излучения в процессе фотосинтеза преобразуется  в энергию химических связей органических веществ. В свою очередь, эта энергия  в процессе дыхания всех организмов превращается в  тепловую энергию. Последняя, согласно второму закону термодинамики,  является самой деградированной формой энергии, которая не способна превращаться в другие формы энергии.
Поэтому тепловая энергия, выделяющаяся во внешнюю среду,  увеличивает ее энтропию и степень неупорядочненности. Постоянное  удаление  из экосистемы, энтропии, образующейся в результате ее функционирования,   поддерживает  стабильное состояние экосистемы  в пространстве и во времени.