Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции по КСЕ2 / глава10.doc
Скачиваний:
52
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
140.8 Кб
Скачать

10.2. Превращение энергии в экосистеме

Основным источником энергии для функционирования экосистем и биосферы в целом является солнечное излучение, мощность которого за пределами атмосферы составляет 1383 Вт/м2. Эта величина называется солнечной постоянной. 34 % этой энергии сразу отражается от верхних слоёв атмосферы. 19 % идёт на нагрев атмосферы, до поверхности Земли доходит в среднем 47 % [38, с.18].

Примерно 1% дошедшей до поверхности Земли энергии используется для фотосинтеза и накапливается растениями в виде их биомассы. Затем эта энергия распределяется между всеми остальными видами биологического сообщества путём поедания друг друга. Последовательность передачи энергии от вида к виду называется трофической цепью, а отдельный вид –трофическим звеном(рис.10.2).

Трофические цепи теоретически могут быть сколь угодно длинными, но практически не превышают 5-6 звеньев, поскольку в результате действия второго закона термодинамики энергия быстро рассеивается. Эта закономерность получила название правила 10 %:на следующий трофический уровень передаётся в среднем не более 1/10 энергии, поступившей с предыдущего уровня. Поэтому, если в растениях накапливается около одного процента солнечной энергии, то, например, на 4-м трофическом уровне её доля составит лишь 0,001 %.

Трофические цепи представляют собой очень неустойчивые системы, поскольку случайное выпадение любого звена разрушает всю цепь. Устойчивость природных сообществ обеспечивается наличием сложных разветвлённых многовидовых трофических сетей. В таких сетях при выпадении любого звена энергия начинает перемещаться по обходным путям. Чем больше видов в биогеоценозе, тем он надёжней и устойчивей. Именно поэтому необходимо стараться максимально сохранять многообразие видов в природе.

10.3. Продуктивность экосистем

Основу взаимодействия человека с природными экосистемами составляет потребление человеком на свои нужды части энергии в виде биологической продукции. Это и является одной из основных причин возникновения экологических проблем. Для решения этих проблем необходимо выяснить, какие виды продукции и в каких соотношениях производятся в экосистеме и какую долю этой продукции можно изымать без нанесения ущерба?

Продукция– это вся энергия, накопленная в экосистеме за определённый период времени (обычно за год или за сезон). Может измеряться в единицах энергии (Дж/год) или в единицах массы органического вещества (т/год).Продуктивность– это скорость производства продукции на единице площади (Дж /м2год) или в единице объёма (Дж /м3год) (для водных экосистем).

Вся энергия, накопленная растениями в процессе фотосинтеза в виде массы органических веществ, называется полной валовой, первичной или полной автотрофной продукцией(ПАП) (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Диаграмма соотношения видов продукции:

ПАП – полная автотрофная продукция; ЧАП – чистая автотрофная продукция;

АД – автотрофное дыхание;

ГД – гетеротрофное дыхание;

ЧПС – чистая продукция сообщества

Часть ПАП, израсходованная самими растениями в процессе дыхания называется автотрофным дыханием(АД). То, что остаётся от ПАП после растений, называетсячистой автотрофной продукцией(ЧАП). Этой продукцией могут пользоваться все консументы напрямую (растительноядные) или опосредованно (хищники). Всё, что будет израсходовано консументами, называетсягетеротрофным дыханием(ГД). Та часть ЧАП, которая не будет израсходована гетеротрофами, называетсячистой продукцией сообщества(ЧПС).

Из диаграммы на рис.10.3 следует, что взять продукцию без ущерба для экосистемы можно только в объёме не больше, чем ЧПС. Потребление в бόльшем количестве приведёт к нарушению нормальных взаимодействий в природе. Сразу можно предположить, что часть экологических проблем возникает из-за того, что человек потребляет больше, чем допускают законы природы. В связи с этим необходимо выяснить, какова может быть доля чистой продукции в природных экосистемах?

Устойчивые, многовидовые природные экосистемы в норме находятся в состоянии динамического равновесия. Это означает, что все основные макроскопические характеристики (число видов, масса организмов, скорость их воспроизводства и т.д.) остаются неизменными, в то время как непрерывно происходят различные изменения в виде рождения новых организмов и гибели старых. Притакомдинамическом равновесиисуществует практически полный круговорот веществ: сколько в единицу времени производится органического вещества, столько же и потребляется. Это означает, чточистая продукция равна нулю.

Вывод получается весьма печальный. Взять из природы без её нарушения ничего нельзя! Любое потребление будет приводить к нарушению устойчивого равновесного состояния.

Человек решает эту проблему путём создания искусственных быстро растущих агроэкосистем, которые имеют относительно высокую долю чистой продукции (табл.10.1).

Таблица 10.1

Продуктивность различных экосистем,тыс. кДж/м2год по Ю.П. Одуму [21, с.63 с изменениями]

Вид продукции

Поле люцерны

Растущий (молодой) лес

Спелый лес

ПАП (полная автотрофная продукция)

100

50

200

АД (автотрофное дыхание)

40

25

135

ГД (гетеротрофное дыхание)

5

15

63

ЧПС

(чистая продукция сообщества)

55

10

2

ЧПС/ПАП, %

55

20

1

Высокая доля чистой продукции создаётся за счёт больших затрат энергии на такие энергоёмкие процессы, как обработка Земли, производство и внесение удобрений, орошение, борьба с сорняками и вредителями (птицы, грызуны, насекомые), борьба с болезнями. Отсюда следует, что высокая доля ЧПС на сельскохозяйственном поле ещё определяется и значительным подавлением такой статьи расхода энергии, как потребление гетеротрофами. Доля гетеротрофного дыхания на поле составляет 5 % , в то время как в природе она достигает примерно 30 %.

Решая задачу получения большой чистой продукции, человек создаёт другую проблему. Уничтожаются большие площади многовидовых, устойчивых естественных экосистем, которые заменяются неустойчивыми моновидовыми агроэкосистемами. Среда становится опасной. Любая случайная причина (болезнь, засуха, наводнение, заморозки) может привести к уничтожению урожая, что означает экологическую катастрофу. В то же время эти же причины, приводящие к гибели некоторых отдельных видов в природных экосистемах, в целом никак не сказываются на живучести этих систем. Чем больше природных экосистем мы сохраним на Земле, тем надёжней будет наше существование. Эта проблема решается созданием охраняемых (заповедных) территорий.

Соседние файлы в папке Лекции по КСЕ2