1.4. Энергия в экологических системах.

Таким образом, мы видим, что одним из типов взаимодействия всего

м ногообразия живого друг с другом являются пищевые взаимоотношения. Благодаря такой структуре в функционирующей природной экосистеме не существует отходов. Все организмы, живые и мертвые, потенциально являются пищей для

других организмов: мышка-полевка съедает зерно, мышку съедает лисица, лисицу съедает более крупный хищник, а отходы и мертвые животные, в свою очередь, перерабатываются микроорганизмами.

Последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой, называется пищевой цепью. Пищевые цепи обеспечивают механизм движения энергии и питательных веществ от продуцентов к макроконсументам, от макроконсументов к микроконсументам и обратно к продуцентам, как это показано

на рис.1-3.

Все пищевые цепи образуют сложную сеть пищевых взаимоотношений, поэтому для обозначения всей их совокупности обычно используют термин пищевая сеть.

Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню (от греческого слова trophos – питающиеся). Все продуценты относятся к первому трофическому уровню, все первичные консументы, поедающие продуцентов - ко второму трофическому уровню и т.д. С каждым последующим переходом на трофический уровень в пределах пищевой цепи или сети совершается работа, и в окружающую среду выделяется тепловая энергия. Процентное содержание энергии высокого качества, переходящей из одного трофического уровня в другой, колеблется от 2% до 30% в зависимости от типов живых организмов и от конкретной экосистемы, в которой происходит трансформация энергии. В среднем около 10% химической энергии одного трофического уровня трансформируется в доступную химическую энергию в организмах следующего трофического уровня. Часть оставшейся энергии используется для поддержания жизнедеятельности организмов, но большая ее часть теряется в окружающей природе как тепловая энергия. Некоторая часть этой энергии расходуется деструкторами для их жизнедеятельности, а оставшаяся часть энергии рассеивается в виде тепла. Таким образом, все организмы экосистемы связаны потоком расходов энергии, который можно представить в виде пирамиды.

(рис. 1-4).

Рис.1.4. Обобщенные пирамиды энергетических потоков и расходов энергии, показывающие уменьшение количества доступной высококачественной энергии на каждом последующем трофическом уровне пищевой цепи или сети.

Чем выше трофический уровень, тем меньше высококачественной

химической энергии аккумулировано в организмах животных, имеющих тот или иной тип питания в экосистеме. Очевидно, что чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется высококачественной энергии на ее вершине. Поток энергии распространяется с уровня автотрофов, создающих чистую первичную продукцию(NPP), на другие вышележащие уровни.

Такая же закономерность наблюдается и при распределении численности видов в экосистеме в зависимости от трофического уровня. Если мы проведем подсчет всех видов в какой-либо экосистеме на каждом трофическом уровне, то также обнаружим пирамидальное распределение.

Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах

экосистемы, называется биомассой. Распределение биомассы по трофическим уровням подчиняется следующей закономерности: биомасса каждого последующего трофического уровня меньше, чем биомасса предыдущего. Если изобразить графически это распределение, то опять получится пирамида, на вершине которой будет находиться человек.

Например, 1 000 000 особей фитопланктона может прокормить 10 000 особей зоопланктона, которые в свою очередь прокормят 100 окуней, которых будет достаточно, чтобы прокормиться 1 человеку в течение месяца. Подобный пример в другой экосистеме представлен на рис. 1-5

Рис. 1-5. Пример пирамиды пищевой цепи в кленовом лесу, представленный в виде пирамиды Элтона (или пирамиды чисел).

Отношение величин потоков энергии в разных точках пищевой цепи, выраженное в процентах, обычно называют экологической эффективностью. Эффективность поглощения вышележащими трофическими уровнями можно проиллюстрировать таблицей 1, которой приводятся данные о прохождении энергии через уровни травоядных (американские лоси) и хищников (волки, питающиеся лосями).

Таблица 1

Потоки энергии через трофические уровни

(на примере лосей и волков)

	Лоси	Волки
Общая продуктивность в год	123 321 825 ккал	600439 ккал
Годовое дыхание	910349091 ккал	12786382 ккал
Выделение энергии на трофическом уровне	1033670916 ккал	13 386821 ккал
Экологическая эффективность волков = 13386821 1033670916 х 100= 1,3 %

Таким образом, видно, как распределение энергии, численности видов и биомассы внутри экосистемы имеет одинаковую закономерность, которая демонстрирует зависимость жизни, располагающейся на высоких трофических уровнях от жизни низких трофических уровней. В то же время, необходимо помнить, что распределение биомассы и энергии внутри экосистемы происходит таким образом, что в природе нет отходов. Животные и растения одного трофического уровня утилизируются обитателями следующего трофического уровня, обеспечивая постоянный круговорот веществ и энергии в природе.

Любая природная экосистема утилизирует все, вовлекая экскременты

и отбросы в общий обменный круговорот веществ. На современном уровне эволюции человеческого общества возник и нарастает объем веществ, отходов человеческой деятельности, которые природа утилизировать не успевает в приемлемые сроки и в приемлемых ситуациях. В первую очередь это относится к искусственно создаваемым человеком веществам, которые никогда не возникают в естественных условиях. Человеческая деятельность вовлекает также в общий круговорот энергии новые источники, тысячелетиями остававшиеся скрытыми под поверхностью Земли.

В результате замкнутость естественных циклов все больше нарушается, но даже специальные заводы по уничтожению мусора,

"непредусмотренного" природой, но реально создаваемого человеком во все более широких масштабах, не могут замкнуть нарушенный круговорот.