Энергетические потоки в экосистеме

Вся жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии. Свет – единственный на Земле пищевой ресурс, энергия которого, в соеди­нении с углекислым газом и водой, рождает процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, ко­торым питаются травоядные животные, ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге, растения «кормят» весь остальной живой мир, т. е. солнечная энергия через растения как бы передается всем орга­низмам.

Энергия передается от организма к организму, создающих пище­вую, или трофическую цепь:от автотрофов, продуцентов (создателей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так четыре-шесть раз с одного трофического уровня на другой.

Трофический уровень – это место каждого звена в пищевой цепи. Первый трофический уровень –это продуценты, все остальные – консументы. Второй трофический уровень – это растительноядные консументы; третий – плотоядные консументы, питающиеся расти­тельноядными формами; четвертый –консументы, потребляющие других плотоядных и т. д. Следовательно, можно и консументов разделить по уровням: консументы первого, второго, третьего и т. д. порядков (рис. 3.3).

Четко распределяются по уровням лишь консументы, специали­зирующиеся на определенном виде пищи. Однако есть виды, питаю­щиеся мясом и растительной пищей (человек, медведь и др.), которые могут включаться в пищевые цепи на любом уровне.

Пища, поглощаемая консументом, усваивается не полностью – от 12 до 20% в некоторых растительноядных, до 75% и более у плото­ядных. Энергетические затраты связаны прежде всего с поддержанием метаболических процессов, которые называют тратой на дыхание, оцениваемых общим количеством СО₂, выделенного орга­низмом. Значительно меньшая часть идет на образование тканей и некоторого запаса питательных веществ, т. е. на рост. Остальная часть пищи выделяется в виде экскрементов. Кроме того, значитель­ная часть энергии рассеивается в виде тепла при химических реакци­ях в организме и, особенно, при активной мышечной работе. В ко­нечном итоге вся энергия, использованная на метаболизм, превраща­йся в тепловую и рассеивается в окружающей среде.

Таким образом, большая часть энергии при переходе с одного тро­фического уровня на другой, более высокий, теряется. Приблизительно потери составляют около 90%: на каждый следующий уровень передается не более 10% энергии от предыдущего уровня. Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то при попадании в тело фитофага остается 100 Дж, в теле хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то на его долю останется лишь 1 Дж, т. е. 0,1 % от калорийности растительной пищи.

Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на уро­вень не совсем реальна, поскольку трофические цепи экосистем слож­но переплетаются, образуя трофические сети. Но конечный итог: рас­сеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, долж­на возобновляться.

Нельзя забывать еще и мертвую органику, которой питается зна­чительная часть гетеротрофов. Среди них есть и сапрофаги и сапрофиты (грибы), использующие энергию, заключенную в детрите. По­этому различают два вида трофических цепей: цепи выедания, или па­стбищные, которые начинаются с поедания фотосинтезируюших организмов, и детритные цепи разложения, которые начинаются с ос­татков отмерших растений, трупов и экскрементов животных.

Таким образом, входя в экосистему, поток лучистой энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам трофических сетей, но источник энергии общий – солнечный свет.

Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое затем мо­жет быть использовано в качестве пищи. Уровни производства органического вещества приведены в Приложении 4,П.2.