16 Март 2011

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ «ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ»




Важнейшей энергетической характеристикой экосистемы является отношение Р/R или R/B. В экосистеме отношение общего дыхания сообщества к его сум-марной биомассе (R/B) можно рассматривать как отношение затрат энергии на поддержание жизнедеятельности к энергии, заключенной в структуре, или как меру термодинамической упорядоченности. Данную величину называют «соотношением Шредингера» и оно служит мерой экологического оборота. Это отношение (R/B) равно отношению прироста энтропии (и соответствующей работы), связанного с поддержанием структуры, к энтропии упорядоченной части. Чем больше биомасса, тем больше затраты на поддержание; но если размер единиц, на которые поделена биомасса, достаточно велик, то затраты на поддержание процессов, идущих против температурного градиента, в пересчете на структурную единицу биомассы будут ниже. Величина Р, напротив, сравнительно велика в активных популяциях мелких организмов, например бактерий или водорослей, в молодых, быстро растущих сообществах и в системах, получающих энергетические дотации. При стрессовых воздействиях на систему R возрастает.
2.2.3. Энергетические характеристики биосферы
На биосферу из космоса падает солнечный свет с энергией 2 кал/см2 мин (так называемая «солнечная постоянная»). Но, проходя через атмосферу, он экспоненциально ослабляется; в ясный полдень до поверхности Земли может дойти не более 67% энергии Солнца, то есть 1.34 кал/см2 мин. Ещё более ослаб-ляет интенсивность солнечного света облачный покров, вода и растительность. В итоге, поступление солнечной энергии к автотрофному слою экосистемы за день варьирует от 100 до 800 кал/см2 (в среднем 300-400 кал/см2). Неоднородно поглощение биосферой солнечного света и по частоте. Растительность сильно поглощает синие и красные лучи, а также дальнее инфракрасное излучение; зелёный свет поглощается не так сильно, ближнее инфракрасное излучение — очень слабо.
Попадаемая в биосферу солнечная энергия делится в следующей пропорции: 30% — отражается, 46% — прямо превращается в тепло, 23% — обуславливают испарение и осадки, 0.2% — тратится на ветер, волны, течения, 0.8% — идёт на фо-тосинтез.
Итак, большая часть биосферы получает ежедневно около 3000 ? 4000 ккал/м2 или 1.1?1.5 млн. ккал/м2 в год. Из них в валовую первичную продукцию автотрофов переходит максимум 50 тыс. ккал/м2 в год, в среднем для биосферы — 2 тыс. ккал/м2 в год; в чистую первичную продукцию переходит максимум 40 тыс. ккал/м2 в год, в среднем для биосферы — 1 тыс. ккал/м2 в год.
2.2.4. Концепция энергетической субсидии
Высокая продуктивность и высокое отношение чистого урожая к валовому поддерживаются ценой больших вложений энергии, затрачиваемой на обработку земли, орошение, удобрение, селекцию, борьбу с вредными насекомыми. В горю-чем, которое расходуется сельскохозяйственными машинами, заключено не меньше энергии, чем в солнечных лучах, падающих на поля. В США вклад энергии топлива в сельское хозяйство увеличился с 1900 по 1970-е годы в 10 раз, примерно с 1 до 10 калорий на каждую калорию полученной пищи.
Сельское и лесное хозяйство, животноводство и т.п. требуют огромных потоков дополнительной энергии, которая выполняет немалую часть работы, в естественных условиях производящейся за счёт самой системы. Естественно, что при появлении этой дополнительной поддержки виды, входящие в естественную систему, оказываются неприспособленными к новой ситуации; поскольку их генетическая программа заставляет их по-прежнему выполнять всю работу, ни-какого выигрыша не получается. Но виды, не приспособленные к «самообслуживанию», в таких условиях получают преимущества, и им благоприятствует как искусственный, так и естественный отбор. Далеко зашедшее одомашнивание превращает организмы в «живые машины для производства органики». Работа этих организмов по самоподдержанию заменяется работой сельскохозяйственных механизмов и машин, направляемых человеком. Таким образом, большая часть энергии при производстве современной сельскохозяйственной продукции берётся не от Солнца, а из ископаемого топ-лива.
Всякий источник энергии, уменьшающий затраты на самоподдержание экосистемы и увеличивающий ту долю энергии, которая может перейти в продукцию, называется вспомогательным потоком энергии, или энергетической субсидией.
Виды, приспособленные к наличию энергетической субсидии, резко снижают свою производительность в отсутствии последней. Поэтому развивающиеся страны не смогли воспользоваться достижениями «зелёной революции», произведёнными в развитых странах.
«Зелёная революция» была вызвана выведением путём селекции новых сортов сельскохозяйственных культур с высоким отношением пищи к волокну, приспособленных к тому, чтобы хорошо реагировать на массивные субсидии в форме энергии, орошения и удобрения. Без этих поступлений «чудесный рис» и другие новые сорта дают урожай ниже, чем традиционные сорта, не требующие таких субсидий.