10.2. Энергетические характеристики среды
Организмы, живущие на земной поверхности или вблизи неё, подвергаются воздействию потока энергии, состоящего из солнечного излучения и длин поводкового теплового излучения от близлежащих тел. И то и другое определяет климатические условия среды (температура, скорость испарения воды, движение воздуха и воды и т.п.), но лишь малая часть солнечного излучения используется в фотосинтезе, обеспечивающем энергией живые компоненты экосистемы. На верхнюю границу биосферы из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал/см3 в 1 мин., но, проходя через атмосферу, он экспоненциально ослабляется, и в ясный летний полдень до поверхности Земли может дойти не более 67% его энергии, т.е. 134 кал/см2 в 1 мин.
Проходя через облачный покров, воду и растительность, солнечный свет ослабляется еще сильнее, и в нём значительно изменяется распространение энергии по разным участкам спектра. Поступление солнечной энергии к автотрофному слою экосистемы за день обычно варьирует от 100 до 800 кал/см2, в среднем составляя 300 - 400 кал/см2 (3000 - 4000 ккал/м3). Эти данные относятся к умеренной зоне.
Суточный поток тепловой энергии в экосистеме (или поток, полученный за сутки организмами, на которые падает солнечный свет) может быть в несколько раз больше или значительно меньше притока солнечного излучения. Изменения общего потока излучения в разных ярусах экосистемы, а также его колебания в зависимости от сезона и от места положения экосистемы на земном шаре весьма значительны, и распределение отдельных организмов связано с этими вариантами.
10.3. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни
Перенос энергии пищи от её источника - растений - через ряд организмов, происходящий путём поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью. При каждом очередном переносе большая часть (80 — 90 %) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Это ограничивает возможное число этапов, или "звеньев цепи", обычно до А— 5. Чем короче пищевая цепь (чем ближе организм к её началу), тем большее количество доступной энергии. Пищевые цепи можно разделить на два основных тина:
пастбищные цепи, которые начинаются с зелёного растения и идут далее к пасущимся, растительноядным животным и к хищникам (организмы, поедающие животных);
детритные цепи, начинаются от мёртвого органического вещества, идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к детритофагам и к хищникам.
Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Их сплетение часто называют пищевой сетью. В сложном природном сообществе организмы, получающие свою пищу от растений через одинаковое число этапов, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Так, земные растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные - второй (уровень первичных консументов), хищники, поедающие травоядных, — третий (уровень третичных консументов). Необходимо подчеркнуть, что эта трофическая классификация делит на группы не сами виды, а их типы жизнедеятельности; популяция одного вида может занимать один или более трофических уровней, смотря по тому, какие источники энергии она использует (рис. 10.1.)
Поток энергии через трофический уровень равен общей ассимиляции А на этом уровне, а общая ассимиляция, в свою очередь, равна продукции биомассы Р плюс дыхание Р: А = Р + R.
Рис. 10 .1. Упрощенная наземная пищевая цепь, показывающая последовательность трофических уровней (25)
Поток энергии при переходе на последующий трофический уровень рассеивается в виде тепла, а также вследствие того, что организмы расходуют энергию не только на рост и размножение, но и на поддержание своего существования.
Энергия, "включающаяся" в процессе роста и размножения в биомассу, т.е. в пищу следующего, более высокого трофического уровня,
соответствует лишь небольшому проценту всей съеденной пищи (рис. 10.2).
Рнс.10.2. Распределение энергии в пределах одного звена пищевой цепи