Енергетична структура екосистем

 

 

 

Енергетичний підхід до вивчення екологічних процесів значною мірою сприяв формуванню екології як науки, оскільки саме він дав змогу вивчати дивовижне розмаїття життя в усіх його проявах через встановлення кількісних закономірностей як міжорганізменних, так і міжпопуляційних взаємин, визначати енергетичні баланси біо- і екосистем різного рівня організації. Колосальна кількість публікацій цього напрямку сприяла з’ясуванню загальних закономірностей трансформації енергії як окремими організмами, популяціями, угруповуваннями, так і складових енергетичного балансу біосистем різного рівня організації. Але при цьому практично не враховується вплив якості середовища на жоден продукційно-енергетичний параметр [1, 2, 4]. В практиці біопродукційних досліджень часто майже всі величини одержують розрахунковими методами, використовуючи продукційно-біомасові (Р/В) коефіцієнти, одержані (у більшості випадків) десятки років тому за умов зовсім іншого екотоксикологічного стану екосистем. Це не лише унеможливлює одержання об’єктивної інформації з продукційних параметрів різних видів, популяцій і трофічних рівнів, беручи до уваги значне погіршення стану середовища за останні десятиліття. Тим паче що за рівнем забруднення окремі екосистеми відрізняється настільки істотно, що його неврахування зводить нанівець цінність проведених таким чином біопродукційних досліджень.

Важливим етапом розвитку цієї проблеми є з’ясування поняття «норми» і «патології» екосистем. В цьому аспекті першочерговим завданням слід визнати розробку кількісних критеріїв, які спроможні давати об’єктивну оцінку стану якості середовища за ступенем його адекватності особливостям живої матерії.

 

 

Енергію визначають як здатність виконувати роботу. Властивості енергії описуються двома законами термодинаміки. Перший закон термодинаміки, чи закон збереження енергії, проголошує, що енергія не зникає і не створюється заново, вона лише може переходити з однієї форми в іншу. Другий закон термодинаміки, або закон ентропії, формулюється по-різному, зокрема: процеси, пов’язані з перетворенням енергії, можуть протікати самоплинно лише за умови, що енергія переходить з більш концентрованої форми до більш розсіяної, тобто деградує. Другий закон можна сформулювати і так: будь-яке перетворення енергії з однієї форми у іншу неминуче супроводжується розсіюванням її частини у формі, недоступній для подальшого використання. Одним з наслідків цього є неможливість створення вічного двигуна.

Ентропія (від грецького entropia–перетворення, поворот?)–міра кількості зв’язаної енергії, яка стає недоступною для використання. Цей термін також використовується як міра зміни невпорядкованості системи, що відбувається при деградації енергії.

Підтримання життєдіяльності організмів і кругообіг речовин в екосистемах можливі за рахунок постійного притоку енергії у вигляді сонячного випромінювання або готових запасів органічних речовин. Продуценти отримують її від сонячного випромінювання і переводять у процесі фотосинтезу у хімічні зв’язки органічних сполук. Гетеротрофи (консументи) отримують енергію з їжею. Усі живі істоти є об’єктами харчування інших, тобто зв’язані між собою енергетичними відношеннями. Трофічні зв’язки в угрупованнях–це механізми передачі енергії від одного організму до іншого. Такі ряди, у яких можна прослідкувати шлях розходування початкової дози енергії називаються ланцюгами харчування або трофічними, які не ізольовані між собою, а утворюють трофічну сітку. При кожному черговому перенесенні більша частина (80-90%) потенційної енергії втрачається переходячи в тепло. Це обмежує число етапів або “ланок” ланцюгів до 4-5.

 

 

Завдання вивчення продуктивності полягає у з’ясуванні швидкості, з якою різні біосистеми за тих чи інших умов синтезують (чи можуть синте-зувати) подібну собі речовину, використовуючи для цього асимільовані сполуки та енергію. Будь-яка біологічна система існує лише за неперервного обміну речовин з навколишнім середовищем.

Продуктивність біологічної системи–її здатність виробляти подібну собі речовину. Всі біосистеми характеризуються продуктивністю, і системи одного типу порівнюють за рівнем продуктивності (швидкістю продукування), про що судять за величинами продукційних показників. До основних продукційних показників належать продукція і питома продукція (Заика, 1983).

Продукція–вся вироблена даною біосистемою за даний відрізок часу речовина з урахуванням витрат на обмін. Зазвичай, мається на увазі органічна речовина, синтезована системою, але оцінка продукції найчастіше здійснюється в термінах «живої маси», включаючи скелетні та інші подібні утвори (Заика, 1983).

Енергетика екосистеми визначає продуктивність екосистеми і для цього щоби її оцінити необхідно ввести декілька понять.

Загальна первинна продуктивнiсть екосистеми або угруповання-- визначається як швидкiсть, з якою засвоюється енергiя сонця органiзмами-продуцентами (головним чином рослинами) в процесi фотосинтезу або хемосинтезу i далi проявляється у формi органiчних сполук, якi можуть бути використанi для споживання.

Валова первинна продуктивнiсть–кiлькiсть речовини, створюваної рослинами при данiй швидкостi фотосинтезу, яка включає в себе i ту органiчну речовину, що використовується у процесi дихання. Цю величину також називають валовим фотосинтезом або «загальною асимiляцiєю».

Чиста первинна продуктивнiсть–швидкiсть накопичення органiчної речовини в тканинах рослин–(мiнус) органiчна речовина, яка використовується на дихання.

Вторинна продуктивнiсть–це швидкiсть накопичення енергiї на рiвнях консументiв.

Загальна кiлькiсть речовини рослин, або бiомаса– суха вага на одиницю площi.

Будь яке джерело енергiї, яке зменшує затрати на самопiдтримання екосистеми та вiдповiдно збiльшує ту долю енергiї, яка може перейти в продукцiю, називається допомiжним потоком енергiї.

Приклад. У зрошуванiй пустелi–дуже сильний потiк сонячної