Энергетика экосистем. Пирамиды энергии и биомасс

В отличие от биологического круговорота веществ, потоки энергии идут в одном направлении: первично накопленная в продуцентах энергия постепенно рассеивается в виде тепла на всех этапах трофических цепей. Процесс рассеивания энергии растянут во времени, так как на отдельных этапах энергия аккумулируется в химических связях.

Важнейший, единственный источник энергии в современной биосфере – солнце. Растения в результате процессов фотосинтеза способны использовать энергию солнечной радиации, только видимой части спектра (0,38…0,71 мкм; инфракрасная, радиоактивная часть, и ультрафиолетовая), которая составляет 40% от общей энергии, достигающей поверхности Земли. Растения используют в среднем 1% от этой энергии. В лучших случаях эта цифра составляет 3…5%.

Энергию, которую усваивают консументы вместе с пищей, путем потребления продуцентов можно разделить на три части:

Первая часть расходуется на поддержание жизнедеятельности (движение, стабилизацию температуры и т.п.). Эту часть рассматривают как траты на дыхание, с которым связано преобразование, освобождение энергии химических связей органического вещества.

Вторая часть энергия идет на увеличение массы.

Третья часть энергии не высвобождается и не усваивается организмом, она вместе с экскрементами выводится из организма и используется, но другими организмами, которые её потребляют. Соотношение между частями энергии зависит от вида живых организмов, вида пищи и от периода жизнедеятельности.

Например, выделение энергии с экрементами у плотоядных невелико, у травоядных больше, а у гусениц, некоторых насекомых достигает 70%

В среднем вторая часть энергии, которая переходит, в виде массы с одного трофического уровня на другой, составляет примерно 10%.

Эту закономерность называют ²правилом десяти процентов², или правилом экологических пирамид. Количество организмов, как правило, тоже уменьшается от основания к вершине. ()

Рис. 2.8. Пирамиды чисел ²а², массы ²б² и энергии ²в².

Из этого правила следует, что цепи питания имеют ограниченное число уровней, обычно не более 4 – 5. Пройдя через них, вся энергия окажется рассеянной.

Используя правило экологических пирамид можно сделать три важных практических вывода.

1. С экологической точки зрения крайне нецелесообразно использование животной продукции, особенно на верхних уровнях цепей питания. Поскольку образование этой продукции связано с большими потерями (рассеиванием) энергии, особенно при переходе от растений к травоядным животным.

2. Для сокращения дефицита продуктов питания, учитывая быстрый рост численности населения, надо чтобы в рационе людей, большую долю составляла растительная пища. Вегетарианство энергетически идеально.

3. Для увеличения коэффициента полезного действия использования пищи при производстве животноводческой продукции важно уменьшить трату энергии на дыхание. (Оптимальный температурный режим, ограничение подвижности животных, сбалансированность кормового рациона).

При потреблении 80…100 кг мяса в год/чел невозможно обеспечить 6 миллиардов населения. При вегетарианском питании и других мероприятиях Земля могла бы прокормить 10…12 миллиардов человек.

В заключении следует отметить, что энергетические ценности растительной и животной пищи различаются примерно на 30%. (Животная продукция содержит 6…7 ккал/г, растительная 4…5ккал/г).

Дата добавления: 2014-01-07