Енергетична структура екосистем

1.Розподiл енергiї–це не єдине явище, яке обумовлюється трофiчними ланцюгами. Деякi рослини не розсiюються, а накопичуються – DDT. Широке застосування DDT – приводить до зменшення популяцiї хижих птахiв (скопи). DDT – перешкоджає утворенню яєчної шкаралупи, впливає на дiю стероїдних гормонiв. Тонка шкаралупа лопається ще до того, як розвинеться пташка. Дуже малi дози -- безпечнi для особин, стають небезпечними для цiлої популяцiї.

В результатi взаємодiї енергетичних явищ в трофiчних ланцюгах (втрата енергiї при кожному переносi) такого фактору, як залежнiсть метаболiзму вiд розмiру особин, певне угруповання набуває вiдповiдної трофiчної структури. Трофiчну структуру можна вимiряти i виразити:

а) врожаєм на коренi;

б) кiлькiстю енергiї, яка фiксується на одиницi площi за одиницю часу.

Трофiчну структуру–можна графiчно виразити у виглядi екологiчної пiрамiди. Є три основних типи екологiчних пiрамiд:

1)пiрамiда чисел, вiдображає чисельнiсть окремих органiзмiв;

2)пiрамiда бiомаси, характеризує загальну суху вагу, калорiйнiсть або iншу мiру загальної кiлькостi живої речовини;

3)пiрамiда енергiї, показує величину потоку енергiї або «продуктивнiсть» на наступних «трофiчних рiвнях.

Розглядаючи вищевказанi екологiчнi пiрамiди можна зробити наступні узагальнення:

1.Для наземних систем i мiлководних екосистем, де продуценти крупнi i живуть вiдносно довго, характернi вiдносно стiйкi пiрамiди iз широкою основою.

2.У вiдкритих та в глибоких водах, де продуценти невеликi за розмiрами i мають короткi життєвi цикли, пiрамiда бiомаси може бути оберненою.

3.В озерах i ставках, де велике значення крупних прикрiплених рослин та мiкроскопiчних водоростей, пiрамiди врожаю на коренi будуть мати промiжний вигляд.

Iз всiх 3-х типiв екологiчних пiрамiд, пiрамiда енергiї дає найбiльш повне уявлення про функцiональну органiзацiю угруповань, так як число i вага органiзмiв, яких може пiдтримувати який-небудь рiвень в тих чи iнших умовах, залежить не вiд кiлькостi фiксованої енергiї, яка є в даний час, а вiд швидкостi вироблення (продукування) їжi. На вiдмiну вiд пiрамiди чисел i бiомаси, якi вiдображають стан екосистеми, тобто характеризує кiлькiсть органiзмiв в даний момент, пiрамiда енергiї вiдображає картину швидкостей проходження маси їжi через трофiчний ланцюг. На форму цiєї пiрамiди не впливають змiни розмiрiв та iнтенсивнiсть метаболiзму особин.

Закон пiрамiди енергiй–з одного трофiчного рiвня екологiчної пiрамiди переходить на iнший її рiвень не бiльше 10% енергiї. З. п. е. дозволяє робити розрахунки необхiдної земельної площi для забезпечення продуцентами населення та iншi еколого-економiчнi розрахунки.

Концепцiя потоку енергiї дає можливiсть не тiльки порiвнювати екосистеми мiж собою, але й оцiнювати значення в них популяцiй.

Екологiчнi пiрамiди дозволяють проiлюструвати кiлькiснi вiдношення в окремих частинах екосистем, якi мають великий iнтерес–хижак-жертва, або хазяїн-паразит. I не можна розумiти буквально добре вiдому епiграму Джонатана Свiфта:

Под микроскопом он открыл, что на блохе

Живёт блоху кусающая блошка;

На блошке той– блошинка-блошка, В блошинку же вонзает зуб сердито Блошиночка... и так ad infinitum.

Число рiвнiв або ступенiв у ланцюгу або пiрамiдi паразитiв не може iти «ad infinitum» – до безмежностi; воно обмежене величиною розмiрiв, а також другим законом термодинамiки.

 

 

Не меншi перетворення проходять i в енергетичному балансi системи. З енергетичних позицiй сукцесiя – такий нестiйкий стан угрупування, який характеризується нерiвнiстю двох показникiв: загальної продуктивностi i енергетичних витрат всiєї системи на пiдтримання обмiну речовин.

В ходi сукцесiї загальна бiомаса угрупування спочатку зростає, а потiм темпи усього приросту зменшується i на стадiї клiмаксу бiомаса системи стабiлiзується. Це проходить тому, що на перших етапах сукцесiї, коли видовий склад угрупування ще збiднений i харчовi ланцюги короткi, не вся частина приросту рослинної маси споживається гетеротрофами. Таким чином, вiдносно висока чиста продукцiя угрупування, яка йде на збiльшення його бiомаси. Накопичується як загальна маса живих органiзмiв, так i запаси мертвої, органiчної речовини, яка не розклалась. В зрiлих, стiйких екосистемах практично весь рiчний прирiст рослинностi поступає i витрачається в ланцюгах живлення гетеротрофами, ось тому чиста продукцiя бiоценозу, його урожай наближається до нуля.

Сукцесiї ведуть до максимального накопичення бiомаси. Це найбiльш очевидно в лiсових угрупуваннях, де в ходi сукцесiї рослини стають все бiльшими i бiльшими.

По мiрi проходження сукцесiї все бiльша доля доступних поживних речовин накопичується в бiомасi угрупування i вiдповiдно зменшується їх вмiст в абiотичному компонентi екосистеми (ґрунті або водi). Тобто, бiогеннi елементи рослини спочатку черпають iз запасiв ґрунту, але поступово по мiрi виснаження цих запасiв i накопичення в системi мертвої органiчної речовини, розклад його стає основним джерелом мiнерального живлення рослин i кругообiги бiогенних речовин iз вiдкритих перетворюються у закритi.

Нерiвнiсть втрат енергiї на утворення первинної продукцiї i сумарний метаболiзм (дихання) угрупування проявляється в тих сукцесiях, в яких приймають участь лише гетеротрофнi органiзми. В цьому окремому випадку первинна продукцiя рiвна нулю, i якщо притiк мертвої органiчної речовини, за рахунок якого iснує угрупування, не поповнює запаси в системi, то угрупування скоро вичерпує свою енергетичну базу.

З продовженням ланцюгiв живлення збiльшується ефективнiсть використання поступаючої енергiї, iншими словами – ККД всiєї системи, тодi як одна i та ж порцiя енергiї йде на