Концепция продуктивности

Энергия в экологических системах

Организмы, живущие на земной поверхности подвергаются воздействию потока энергии, состоящего из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения от близлежащих тел. Эти факторы определяют климат среды (температуру, объем испарения, движения воздуха, воды), но лишь малая часть солнечного излучения используется в фотосинтезе, обеспечивающим энергией живые компоненты.

Проходя из атмосферы, излучение ослабляется атмосферными газами и пылью и в летний день поверхности достигает 67% энергии. При чем степень этого ослабления зависит от длины волны (УФ поглощается практически полностью) и лучистая энергия, достигающая земли в летний день на 10% состоит из УФ, 45% - из видимого и 45% - из ИК излучения. Проходя через облачный покров, воду и растительность солнечный свет еще больше ослабляется.

Другой энергетический компонент среды – тепловое излучение от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля. Это почва, вода, живые организмы, облака, излучающие вниз, на экосистемы значительные количества тепловой энергии. Например, зимняя облачная ночь, теплее безоблачной. В отличии от строго направленного вниз излучения Солнца, потоки длинноволнового теплового излучения распространяются беспрестанно во всех направлениях, что может сглаживать колебания энергетических характеристик среды по времени суток (в глубоководных зонах океана, в пещерах, в глубине тропического леса).

Однако для продуктивности экосистемы и для круговорота биогенных элементов в ней важнее всего суммарное прямое солнечное излучение, попадающих на автотрофный ярус. Ежегодный приток энергии составляет около 1,1 – 1,5 млн ккал.м^-2 в год. При этом 30% - отражается, 46% - прямо превращается в тепло, 23% - испарение, осадки, 0,2% - ветер, волны, течение, 0,8% - фотосинтез.

Концепция продуктивности

Первичной продуктивностью экологической системы называют скорость, с которой лучистая энергия усваивается организмами продуцентами в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, накапливаясь в форме органических веществ. Выделяют:

1. Валовую первичную продуктивность (Р_G) – общая скорость фотосинтеза, включая те органические вещества, которые будут использованы для поддержания своего существования в процессе дыхания.

2. Чистую первичную продуктивность(Р_N) – объём накопления органического вещества, за вычетом трат на дыхание (чистая ассимиляция), который расходуется только на рост и развитие организма.

3. Чистая продуктивность сообщества – объем накопления органики, не потребляемой гетеротрофами (т.е. чистая первичная продуктивность – потребление гетеротрофами).

4. вторичная продуктивность – объем накопления энергии на уровне консументов (валовая и чистая (минус дыхание) ).

При самых благоприятных условиях в валовую первичную продукцию может превратиться лишь 10% общего дневного поступления солнечной энергии и за сутки до 75-80% валовой продукции может перейти в чистую первичную продукцию (в среднем для биосферы эти показатели 0,4 и 50%).

В естественных условиях доля валовой первичной продукции, переходящей в чистую первичную продукцию зависит в первую очередь от внешних условий, например температура. Так, в жарком климате растение тратит больше энергии на дыхание.

Поэтому наибольшая валовая продукция наблюдается в естественных сообществах, получающих добавочную энергию от природных её источников (приливов, ветра, дождя, испарения).

Если оценить мировое распределение первичной продукции, то на долю морских экосистем (с общей площадью – 362,4 х 10⁶ км² ) приходится 43,6% общей валовой продуктивности, на долю наземных (площадь – 135 х 10⁶ км² ) - 57,4%.

1 – пустыня (менее 0,5х10³ ккал/м² в год); 2 – луга, пастбища, степи, глубокие озера, горные леса (менее 0,5 – 3,0 х10³ ккал/м² в год); 3 – влажные леса, луга, мелководные озера, агроэкосистемы (менее 3-10х10³ ккал/м² в год); 4- эстуарии, коралловые рифы, агрокомплексы при введении дополнительной энергии (менее 10 - 25х10³ ккал/м² в год); 5 – воды континентального шельфа (менее 0,5 – 3,0х10³ ккал/м² в год); 6 – океаническая область (менее 1,0х10³ ккал/м² в год).