Поток энергии в экосистеме. Представление о валовой и чистой продукции сообщества.

►   Источники энергии в биосфере: солнечная; эндогенная (энергия распада); химическая (энергия химических связей минеральных соединений)

►   Солнечная энергия является основным источником жизнедеятельности биотических систем

►   Всего около 0,1 % энергии, получаемой Землей от Солнца, связывается в процессе фотосинтеза.

Термодинамические особенности биотических систем

►   Все разнообразие проявлений жизни сопровождается превращениями энергии (рост, воспроизводство, и пр.) и соответствует первому закону термодинамики

►   – энергия может переходить из одной формы в другую, но не создается заново и не исчезает

►   Как следует из второго закона термодинамики –, любой вид энергии в конечном счете превращается в тепло, легко рассеивающееся и теряющееся системой.

►   Эффективность самопроизвольного превращения кинетической энергии (например, света) в потенциальную (например, энергию химических соединений протоплазмы) всегда меньше 100 %.

►   Энтропия – количество энергии, недоступное для использования, является мерой неупорядоченности системы

Живые организмы, экосистемы и биосфера в целом способны создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности системы, т.е. поддерживать состояние с низкой энтропией.

Система обладает низкой энтропией, если:

►   - в ней происходит непрерывное рассеяние легко используемой энергии (например, света или пищи)

►   - и превращение ее в энергию, используемую с трудом (например, тепловую)

Способность к самоорганизации и созданию новых структур может встречаться в системах далеких от равновесия и обладающих хорошо развитыми диссипативными структурами.

Высокая упорядоченность системы (сложная структура биомассы) поддерживается за счет дыхания сообщества (диссипативный механизм, обеспечивающий рассеяние тепла и эффективное использование энергии).

В системе важно поддержание процессов, идущих против температурного градиента. Необходима постоянная работа «по откачиванию неупорядоченности»

Биомасса — суммарная масса всех организмов всего сообщества или отдельной популяции, измеряемая в единицах сырой или сухой массы на единицу площади или объема среды. В состав биомассы входят тела организмов целиком, даже если некоторые их части мертвые, как например, древесина. Продукция — количество воспроизведенной биомассы на единицу площади (или объема) в единицу времени (а также сама эта биомасса).

В процессе продуцирования органического вещества выделяют 4 уровня (Ю.Одум)

Первичная продуктивность - скорость с которой лучистая энергия усваивается организмами-продуцентами в процессе фотосинтеза и хемосинтеза в виде органических веществ.

►   Валовая первичная продукция (ВПП) – общая скорость фотосинтеза, включая и органику, которая за время измерений была израсходована на дыхание.

       синонимы – валовый фотосинтез,

                              - общая ассимиляция

►   Чистая первичная продукция (ЧПП) – скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом того органического вещества, которое за время наблюдений использовалось при дыхании.

ЧПП называют также наблюдаемым фотосинтезом или чистой ассимиляцией.

На практике, чтобы оценить валовую продукцию, данные по дыханию складывают с данными измерения «наблюдаемого» фотосинтеза.

•     Вторичная продукция – скорость накопления энергии на уровне консументов. Термины «продуктивность» и «скорость продуцирования» взаимозаменяемы.

Продуценты: ЧПП = ВПП – Да

Молодое с-во: ЧПС = ВПП – (Да + Дг)

Развитое с-во: ВПП = Да + Дг

►   ЧПП – чистая первичная продукция

►   ЧПС – чистая продуктивность сообщества

►   ВПП – валовая первичная продукция

►   Да  – дыхание автотрофов

►   Дг – дыхание гетеротрофов

Чистая продуктивность сообществ (ЧПС)– скорость накопления органического вещества, не потребленного гетеротрофами, за учетный период.

►   В процессе развития экосистем валовая продукция возрастает, чистая – первоначально растет и далее уменьшается, что связано с большими затратами энергии на дыхание увеличивающейся биомассы

►   Отношение затрат энергии на поддержание жизнедеятельности (затраты на дыхание) к энергии, заключенной в структуре (суммарной биомассе)

►   Отношение Шредингера (R/B) – мера термодинамической упорядоченности (устойчивости) (отношение затрат энергии на поддержание жизнедеятельности или дыхания(R), к энергии, заключенной в структуре или биомассе сообщества).

►   Вспомогательный поток энергии увеличивает продуктивность и изменяет состав экосистемы (поймы рек, эстуарии, сельхоз. угодья)

►   Природа стремится увеличить валовую, а человек чистую продукцию

Использование новых генетических форм (селекционный отбор молочных коров, кур-несушек и т.п.) требует больших расходов энергии.