16 Март 2011

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ «ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ»




A = P + R .
При переносе энергии между трофическими уровнями часть потенциальной энергии теряется. Прежде всего, растение фиксирует лишь малую долю поступающей энергии солнечного света (около 1%). Поэтому число консументов (например, людей), которые могут прожить при данном выходе первичной про-дукции, сильно зависит от длины пищевой цепи; переход к каждому следующему звену в нашей традиционной сельскохозяйственной пищевой цепи уменьшает доступную энергию примерно на порядок величины (т.е. в 10 раз). Поэтому если в рационе увеличивается содержание мяса, то уменьшается число людей, кото-рых можно прокормить.
Эффективность i-го трофического уровня принято оценивать, как отношение Ai/Ai-1, где Ai — ассимиляция i-ым трофическим уровнем. Для первого (авто-трофного) трофического уровня она составляет 1-5%, для последующих — 10-20%.
Может озадачить низкая эффективность природных экосистем в сравнении с высокими КПД электромоторов и других двигателей. Но на самом деле, долгоживущие, крупномасштабные экосистемы нельзя приравнивать в этом отношении к недолговечным механическим системам. Во-первых, в живых системах много «горючего» затрачивается на «ремонт» и самоподдержание, а при расчете КПД двигателей не учитываются амортизация и расходы энергии на ремонт. Во-вторых, в определенных условиях быстрый рост, который повышает потребление энергии, может иметь большее значение для выживания, чем максимальная эффективность использования энергии пищи или горючего.
Для экосистем важно понимать, что любое повышение их эффективности ис-кусственным путём обернется увеличением затрат на ее поддержание. Всегда на-ступает такой предел, после которого выигрыш от роста эффективности сводится на нет ростом расходов, не говоря уже о том, что система может войти в опасное колебательное состояние, грозящее разрушением. Индустриализованные экосистемы, возможно, уже достигли такой стадии, когда увеличение расходов приводит к все меньшей отдаче.
2.2.7. Концентрация токсичных соединений при продвижении по пищевым цепям
Некоторые вещества по мере продвижения по пищевой цепи не рассеива-ются, а, наоборот, накапливаются. Это так называемое концентрирование в пищевой цепи нагляднее всего демонстрируют некоторые устойчивые радионуклиды и пестициды. Например, коэффициент накопления (соотношение количества вещества в тканях и в окружающей среде) радиоактивного фосфора в яйцах гусей равен 2 млн. Таким образом, «безопасные» выбросы в реку могут стать крайне опасными для высших звеньев пищевой цепи.
Изучение детритной пищевой цепи показывает, что благодаря многократному поглощению с начала детритной пищевой цепи в ней должно накапливаться любое вещество, быстро сорбирующееся на частицах детрита и почвы и растворяющееся в кишечнике. Такое накопление подтверждено для ДДТ. У рыб и птиц накоплению способствуют значительные жировые отложения, в которых концентрируется ДДТ. Широкое применение ДДТ приводит к уничтожению целых популяций хищных птиц, таких, как скопы, сапсаны, пеликаны и детритофагов таких, как раков и крабов. Поэтому производство ДДТ в 70-х годах было запрещено.
2.2.8. Качество энергии
Энергия характеризуется не только количественными, но и качественными параметрами. Одинаковые количества разных форм энергии могут сильно раз-личаться по своему рабочему потенциалу. Высококонцентрированные формы, такие, как энергия нефти, обладают более высоким рабочим потенциалом и соответственно более высоким качеством, чем такие » разбавленные» формы, как солнечный свет, а солнечный свет в свою очередь обладает более высоким качеством по сравнению с еще более рассеянной тепловой энергией.
Качество энергии измеряется количеством данного типа энергии, затрачиваемым на получение другого типа в цепи превращений энергии. По мере того как в этой цепи уменьшается количество энергии, пропорционально на каждом этапе повышается качество той ее доли, которая действительно перешла в новую форму.
Другими словами, при снижении количества повышается качество. Удобным показателем качества может быть количество калорий солнечного света, которое должно рассеяться, чтобы получилась одна калория более высококачественной формы (энергии пищи). Чтобы солнечный свет выполнял работу, производимую нефтью, необходимо повысить его качество в 2000 раз.
Произведение действительного потока энергии на каком-то уровне на пока-затель качества называется затраченной энергией этого компонента. Доступность энергии ресурса зависит от качества ресурса, например его пищевой ценности.