Краткое содержание: Параграф §59 / Биология 11 класс

Основные показатели экосистем

Для количественной характеристики потока энергии в пищевых цепях и трофических уровнях экосистем используются такие показатели, как биомасса и продукция (прирост биомассы).

Биомасса представляет собой суммарную массу всех организмов экосистемы или их отдельных трофических уровней. Она может быть выражена в единицах массы живого вещества на единицу площади или объема (например, кг/га, кг/м³, г/м²) или в единицах энергии (кДж/м², кал/м² и др.). Общая биомасса наземных растений на Земле составляет приблизительно \(2,4 \cdot 10^{12}\) т сухого вещества, что эквивалентно \(80 \cdot 10^{24}\) Дж энергии. В ней около 90% приходится на наземные растения, а водные экосистемы имеют меньшую биомассу. Биомасса растений в водоемах составляет \(0,3 \cdot 10^{12}\) т, животных - \(6 \cdot 10^{12}\) т. Значительная биомасса в наземных экосистемах принадлежит почвенным беспозвоночным животным и микроорганизмам.

Продукция (прирост биомассы) – это прирост биомассы, созданной организмами в течение определенного времени, который служит мерой биологической продуктивности экосистемы. Она выражается в единицах массы вещества на единицу площади или объема за определенный промежуток времени (г/м² в год, Дж/м³ в год и др.). Годовая продукция сухого органического вещества на Земле оценивается в 150—200 млрд т. Две трети этого количества приходится на наземные экосистемы, и лишь одна треть — на водные. Это объясняется тем, что биомасса продуцентов водных экосистем в \(10^{3}\) раз меньше, чем биомасса растений суши, и имеет более короткий жизненный цикл.

Биологическая продуктивность экосистем связана с передачей энергии от одного трофического уровня к другому. Энергетические затраты на поддержание жизнедеятельности организмов, включающие метаболизм, траты на дыхание, отложение запасных питательных веществ и увеличение массы тела, можно оценить по формуле, отражающей закон сохранения энергии в пищевой цепи:

\( P = П + Д + H \)

Где:

• \( P \) – рацион питания организма, т. е. количество пищи;
• \( П \) – продукция, т. е. прирост;
• \( Д \) – траты на дыхание;
• \( H \) – неиспользованная энергия, т. е. неусвоенное содержание пищи, содержащееся в экскрементах.

Различают следующие основные показатели биологической продуктивности:

• Валовая первичная продукция (\( П_в \)) – общее количество органического вещества, синтезированного растениями, включая ту часть, которая используется ими на дыхание.
• Чистая первичная продукция (\( П_ч \)) – органическое вещество, накопленное растениями, т. е. то, что служит пищей для консументов. Равна \( П_в \) минус траты на дыхание.
• Вторичная продукция (\( П_2 \), \( П_3 \)) – органическое вещество, синтезируемое консументами, т. е. прирост биомассы животных и плотоядных организмов.

Переход энергии с одного трофического уровня на следующий подчиняется правилу десяти процентов, согласно которому на следующий трофический уровень переходит в среднем лишь около 10% энергии, усвоенной предыдущим уровнем.

Для наглядного отображения количественных соотношений между трофическими уровнями используются экологические пирамиды. Различают три основных типа:

• Пирамида чисел – отражает число особей на каждом трофическом уровне. Количество особей, участвующих в пищевых цепях, с каждым звеном уменьшается (правило пирамиды чисел). Исключение: в лесах, где продуценты — деревья, или при питании хищников очень мелкой добычей, пирамида может быть перевернутой.
• Пирамида биомассы – показывает количественное соотношение биомассы организмов разных трофических уровней. В наземных экосистемах она, как правило, сужается кверху. Исключение: в водных экосистемах (озеро, океан) пирамида биомассы может быть перевернутой, так как биомасса продуцентов (одноклеточные водоросли) меньше биомассы консументов первого порядка (зоопланктон), но они быстро размножаются и быстро создают продукцию.
• Пирамида энергии – отражает количество энергии, содержащейся в пище на каждом трофическом уровне, и всегда имеет широкое основание, сужающееся кверху, так как часть энергии теряется на каждом уровне в виде теплоты и неиспользованной энергии (правило десяти процентов).

Пирамида энергии дает наиболее полное представление о функционировании экосистемы.