Экология: биология взаимодействия. 3.12. Экологические эффективности

3.11. Трофические связи и уровни

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 3. Биогеоценология и экология сообществ

3.13. Экологические пирамиды

3.12. Экологические эффективности

Замечательной схемой, позволяющей описывать поток энергии через трофический уровень, является «квадрат Одума» (рис. 3.12.1). Юджин Одум предложил наглядную схему, показывающую поток энергии, текущей через отдельный организм, популяцию или трофический уровень. На этой схеме видно, на какие «рукава» растекается поток энергии, протекая через биосистемы.

Рис. 3.12.1. Распределение потоков энергии, текущих через организм, популяцию или трофический уровень

Например, по этой схеме легко понять, чем отличаются две основные меры продукции: валовая (A) и чистая (P): затратами на дыхание.

«Квадрат Одума» позволяет легко убедиться, что A=R+P; P=G+S+E и т.д.

Можно выделить такие меры эффективности потребления и переработки энергии:

эффективность эксплуатации E1=Iэксплуататора/Pжертвы;

эффективность ассимиляции E2=A/I;

эффективность чистой продукции E3=P/A;

эффективность общей продукции E4=P/I=E2×E3;

экологическая эффективность E5=Pэксплуататора/Pжертвы=E1×E2×E3.

Потоки энергии, показанные на схеме, соотносятся у разных организмов по-разному. Образно говоря, чем более простую задачу преобразования энергии выполняют организмы, тем меньшие потери они несут. Так, плотоядные животные решают сравнительно несложную задачу: они получают энергию из высококачественной пищи, которую относительно «нетрудно» переработать и построить из нее собственное тело. А сложнее всего — задача, которую решают фотосинтетические организмы, использующие в качестве источника энергии свет.

Например, значительная часть света, которая падает на растения, отражается от них или поглощается почвой. Большая часть поглощенной растениями энергии так и остается неиспользованной. В благоприятных условиях растения способны ассимилировать (потребить) около 1 % от падающей солнечной энергии, в чистую продукцию переходит всего около 0,5% (т.е. A = 1%, P = 0,5%). В среднем для биосферы эти показатели еще плачевнее: потребляется растениями около 0,2% солнечной энергии, а в чистую продукцию переходит всего около 0,1%  (A = 0,2%, P = 0,1%). Впрочем, и эти количества энергии в абсолюном измерении являются очень большими по человеческим масштабам.

Эффективность питания животных существенно зависит от характера их пищи. Эффективность ассимиляции (отношение A к I) у плотоядных животных изменяется от 60% (у насекомоядных) до 90% (у мясо- и рыбоядных). У растительноядных животных эффективность ассимиляции составляет 80% у семеноядных; 60% — у поедающих молодую листву; 30-40% — у питающихся старой листвой; 10-20% и даже менее — у поедателей древесины.

Дальнейшие потери энергии очень зависят от интенсивности обмена веществ. Например, мелкие птицы тратят с дыханием более 99% ассимилированной энергии, и в чистую продукцию у них переходит менее 1% той энергии, которую они смогли потребить! У мелких млекопитающих этот показатель составляет 6%, у домашнего рогатого скота — 11%, у свиней — 20 %, а у некоторых пойкилотермных животных, особенно крупных рыб и рептилий, достигает 75%!

Сравните: синица, склевав 1 кг насекомых, прибавит в весе менее 6 г, а удав, который съел килограммовую морскую свинку, прибавит более 660 г собственного веса! Для того, чтобы провести эти вычисления, мы приравняли количество энергии, приходящейся на единицу веса насекомых, синиц, морских свинок и удавов (это допустимое приближение). В обоих случаях нам потребовалось оценить, какие потери связаны с ассимиляцией и чистой продукцией. В первом случае мы использовали приведенное выше значение эффективности ассимиляции, характерное для насекомоядных животных, а также значение эффективности чистой продукции для мелких птиц (1000×0,6×0,01=6), а во втором — соответствующие показатели для мясоедов и крупных рептилий (1000×0,9×0,75=675). Кроме прочего, такова цена гомойотермности…

При продвижении энергии по трофическим цепям уменьшается ее количество и повышается ее качество (рабочий потенциал). Показатель качества — количество единиц солнечной энергии, которое должно быть рассеяно, чтобы получить единицу энергии в новой форме, доступной для передачи на более высокие трофические уровни (табл. 3.12.1). Говард Одум (брат Юджина Одума, автора классических учебников по экологии) предложил для обозначения качества энергии использовать меру, которую он назвал эмергией. Эмергия — универсальная мера необходимых природных ресурсов, мера затраченной для получения того или иного продукта солнечной энергии.

Таблица 3.12.1. Изменения количества и качества энергии в ходе ее преобразования

 

Солнце

Растения

Консументы I

Консументы II

Количество энергии

1000000

10000

1000

100

Качество энергии (эмергия)

1

100

1000

10000

 

 

Солнце

Древесина

Уголь

Электричество

Количество энергии

1000000

1000

500

125

Качество энергии (эмергия)

1

1000

2000

8000

Еще одно следствие передачи вещества и энергии с уровня на уровень — биологическое накопление, повышение концентрации многих веществ, которые избирательно удерживаются биомассой.

Мерой концентрации в трофической цепи (мерой биологического накопления) является коэффициент накопления (содержание вещества в тканях/содержание вещества в среде). Коэффициент накопления радиоактивного фосфора в гусиных тканях — 2 000 000. Биогены и их заменители накапливаются в силу избирательного выделения из среды (радиоактивный йод после Чернобыля, стронций вместо кальция, цезий вместо калия). Ксенобиотики накапливаются из-за отсутствия механизмов выведения (хлороформ в мембранах, ДДТ и продукты его распада в жировом теле). Иногда накопление начинается еще на абиогенном уровне (ДДТ, ионы тяжелых металлов избирательно накапливаются на частицах детрита). Фильтраторы взвешенного детрита являются мощнейшими накопителями токсинов.

 

3.11. Трофические связи и уровни

Д. Шабанов, М. Кравченко. Экология: биология взаимодействия

Глава 3. Биогеоценология и экология сообществ

3.13. Экологические пирамиды

 

Комментарии

Судя по всему, эмергия для электричества при кол-ве 125 должна равняться 8000

Исправляю...