16 Март 2011

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ «ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ»




Экология, по сути дела, изучает связь между светом и экосистемами и способы превращения энергии внутри системы, поток энергии в экосистеме. Особое внимание экологов привлекают вопросы преобразования энергии горючего, атомной энергии и других форм концентрированной энергии в индустриализованном обществе.
Для описания «поведения» энергии в экосистемах подходит понятие «поток энергии», поскольку в отличие от циклического движения веществ превращения энергии идут в одном направлении. Источником энергии служит Солнце. Попав на Землю, лучистая энергия Солнца стремится превратиться в тепловую. Лишь очень небольшая часть световой энергии, поглощенной зелеными растениями, превращается в потенциальную энергию пищи, большая же ее часть (99 %) превращается в тепло, покидающее затем и растение, и экосистему, и биосферу. Весь остальной живой мир получает необходимую потенциальную химическую энергию из органических веществ, созданных фотосинтезирующими растениями или хемосинтезирующими микроорганизмами. Животные поглощают химическую потенциальную энергию пищи и большую ее часть переводят в тепло, а меньшую вновь переводят в химическую потенциальную энергию заново синтезируемой протоплазмы. На каждом этапе передачи энергии от одного организма к другому значительная ее часть рассеивается в виде тепла.
2.2.2. Универсальная модель потока энергии
Данная модель может быть приложена к любому живому компоненту сис-темы, будь то растение, животное, микроорганизм, особь, популяция или трофическая группа.
Общее поступление энергии будем обозначать буквой I. Для облигатных (100%) автотрофов — это свет, для облигатных гетеротрофов — органическая пища. Возможно и использование обоих источников энергии. Не вся энергия, поступающая в биомассу В, подвергается превращению. Потери обозначены как NU. Таким образом, ассимилируемая часть энергии А равна I-NU. Эффективность ассимиляции А/I =1 — NU/I принимает значения в широких пределах от 0 до 1. Оно может быть очень мало, как в случае усвоения света растениями или ассимиляции пищи у животных — детритофагов, или же очень велико, как в случае животных или бактерий, питающихся высококалорийной пищей, например сахарами и аминокислотами.
Для автотрофов ассимилированную энергию принято называть валовой первичной продукцией или валовым фотосинтезом. Для гетеротрофов А — это пища или «метаболизированная энергия».
NU

B
S

I A P G

Е

R

I — поступившая или поглощённая энергия;
NU — неиспользованная энергия;
A — ассимилированная энергия;
P — продукция;
R — дыхание;
B — биомасса;
G — рост;
S — накопленная энергия;
E — выделенная энергия;
A = I — NU ; P = A — R ; G = P — S — E.
Ассимилированная энергия А делится на продукцию системы Р и на дыхание системы R. Та часть ассимилированной энергии А, которая окисляется и теряется в форме тепла, называется дыханием (R), а та часть, которая превращается в новое или принадлежащее другому виду органическое вещество, называется продукцией (Р). У растений это чистая продукция, у животных — вторичная продукция .
Продукция может принимать различные формы: G — рост или увеличение биомассы, Е — ассимилированное органическое вещество, выделяемое с экскрементами, секретируемое или извлекаемое, S — запас, например, жировые накопления, которые могут быть использованы позже. Обратный поток S можно назвать и «рабочей петлей», поскольку это та часть продукции, которая используется для обеспечения энергией в будущем, например, хищник использует энергию запасенных веществ, чтобы найти новую жертву.
Продукция экосистемы Р увеличивает биомассу экосистемы В. Чтобы вы-явить связь между потоком энергии и биомассой, последнюю принято представлять в единицах энергии: в калориях или джоулях. И это вполне естественно. Любое количество органического вещества эквивалентно некоторому количеству энергии. Эту энергию можно извлечь, разрушив химические связи органического вещества. 1г сухого органического вещества растения в среднем соответствует 18.7 кДж энергии (4.5 ккал). В более богатых белками и жирами семенах растений энергетический эквивалент выше — около 20.0 кДж (5.2 ккал). 1г сухого вещества позвоночного животного (мяса) заключает 23.5 кДж (5.6 ккал).