6.2.6. Эффективность энергообменных процессов.

Эффективность фотосинтеза.

Валовая - 1 - 5 %.

Чистая - 0,1 - 0,5 %.

Некоторые считают, что для биосферы в целом эффективность фотосинтеза не превышает 0,1 %.

Эффективность травоядных - 1 %.

Эффективность плотоядных - 10 - 20 % ( 20 % - кпд свиньи).

Из-за малой эффективности животных в трофической цепи больше 4 - 5 уровней не бывает.

Продуктивность биоценозов исследуется на разных уровнях:

- на уровне отдельных особей,

- на уровне популяций,

- на уровне экосистем.

Больше всего данных собрано о продуктивности отдельных особей.

Для сравнения приводятся такие материалы.

Энергетическая эффективность.

а) Животные

A/I PS/I

Cвинья 76 % 9 %

Паук-сенокосец 46 % 20 %

Гусеница (фитофаг) 29 % 17 %

Многоножка (сапрофаг в почве) 10 % 5 %

б) Растения 1 %

Данных о продуктивности видов значительно меньше.

Примеры:

Мышь-полевка 1,5 веса в год

Олень 0,25 веса в год

Слон 0,05 веса в год

Продуктивность животных зависит от вида пастбища:

Цикада на поле люцерны 10 %

- “ - на залежных землях 5 %

6.3. Пищевые цепи.

Продуценты – автотрофы и консументы – гетеротрофы и выполняемые ими функции в биосфере в определенной степени разделены во времени и в пространстве, располагаясь в виде ярусов: одни над другими. Автотрофный метаболизм (поглощение веществ и выделение отходов) наиболее интенсивно происходит в верхнем ярусе – «зеленом поясе», где наиболее доступна световая энергия. Автотрофный метаболизм преобладает внизу, в почвах и в отложениях – в «коричневом поясе», в котором накапливается органическое вещество.

Функционирование автотрофов и гетеротрофов частично разделено и во времени – использование растительной биомассы в пищу происходит не сразу после ее появления. Например, в лесной экосистеме фотосинтез превалирует в листовой сфере, в кронах деревьев. Лишь часть биомассы, часто небольшая, сразу потребляется животными (фитофагами) и паразитами, питающимися листвой и молодой древесиной. Большая часть растений (в форме листьев, древесины, семян и корней) попадает в подстилку и почву, которые вместе образуют сложную гетеротрофную систему.

Это позволяет разделить потоки энергии на 2 типа:

- пастбищный, в котором происходит прямое потребление живых растений или их частей;

- детритный, осуществляющий накопление и разложение мертвого вещества. Термин «детрит» («продукт распада», от лат. detеrere – изнашиваться) заимствован из геологии, где обозначает продукты разрушения горных пород. Экологи детритом называют органическое вещество, включающееся в процесс разложения.

Каждый год в биосфере создается 100 млрд т органического вещества. За то же время столько же живого вещества окисляется, превращаясь в СО₂ и Н₂О в результате дыхания.

В течение последних 600 млн лет продуцируемое органическое вещество не окислялось и не разлагалось, а фосфорилировалось, что приводило к образованию большого количества отложений в почве. При этом освобождавшийся О₂ выделялся в атмосферу, а СО₂ и Н₂О постоянно удалялись из нее. Это, в частности, сделало возможным эволюцию и существование высших форм жизни. Около 300 млн лет назад произошел особенно большой избыток органической продукции, что привело к образованию горючих ископаемых, за счет которых человек произвел промышленную революцию в наше время. За последние 60 млн лет в биосфере установилось равновесие между поглощением и выделением веществ в атмосфере. Оно обучловлено многими причинами, среди которых можно назвать сдвиги в органическом балансе, колебания вулканической деятельности, выветривания горных пород, солнечной активности и образования осадков. В течение последних 100 лет существенное влияние на состав атмосферы стала оказывать хозяйственная деятельность человека.

В продуцировании органического вещества в биосфере главную роль играет фотосинтез. Отмечают, что он протекает в 2-х формах, которые укладываются в общую формулу

Солнечный свет

СО₂ + 2Н₂А (СН₂О) + Н₂О + 2А

Растения (бактерии)

У зеленых растений (водорослей, высших растений) А – кислород; вода окисляется с выходом свободного О₂, а СО₂ восстанавливается до углеводов с высвобождением воды.

В бактериях восстановитель не вода, а либо неорганическое сернистое соединение (Н₂S), как у зеленых и пурпурных серобактерий, либо органическое вещество, как у пурпурных и коричневых несерных бактерий. При бактериальном фотосинтезе кислород не выделяется.

Еще одна группа бактерий является хемоавтотрофами, то есть создает органическое вещество без использования солнечного света, за счет химического окисления ряда веществ (аммоний, нитрит, сульфид, закись железа). Это – серные, азотные и водородные бактерии. Они могут расти в темноте. Благодаря способности существовать в темноте (в почве и в донных отложениях) эти бактерии не только извлекают минеральные вещества, но и осваивают энергию, которая иначе была бы потеряна для животных.

Синтез белков и других веществ происходит одновременно с созданием углеводов и основывается на тех же главных реакциях. Часть синтезируемой пищи используется самими продуцентами. Излишек получают консументы в виде пищи или накапливается.