Насколько эффективно природа использует энергию.

Перенос энергии пищи от ее источника—автотрофов (растений) — через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется пищевой цепью. При каждом очередном переносе большая часть (80—90%) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. Поэтому, чем короче пищевая цепь (чем ближе организм к ее началу), тем больше количество энергии, доступной для популяции. Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные — второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающие травоядных,— третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники — четвертый (уровень третичных консументов). Эта трофическая классификация относится к функциям, а не к видам как таковым.


Если соотнести количество энергии, преобразованной в органические вещества хлорофиллоносными растениями, с общим количеством солнечной энергии, достигающей поверхности земли, то коэффициент полезного действия фотосинтеза оказывается очень низким (0,1 —1,6%). Энергия, улавливаемая растениями, составляет в среднем 1 %
приходящего солнечного излучения. Только в нескольких редких случаях культурных растений с высокой продуктивностью КПД поднимается до 3%.

Насколько эффективно природа использует энергию. Природа, Экология, Солнечная энергия, Биология, Растения, Животные, Длиннопост

Линдеман (Lindeman, 1942) впервые
 сформулировал закон превращения энергии в экосистемах, который в учебниках
часто называют «законом 10 %». Согласно этому закону, только часть энергии, поступившей на определенный трофический уровень биоценоза, передается
 организмам, находящимся на более высоких трофических уровнях.


Последующим гетеротрофам передается только 10—20 % исходной энергии. Очень легко подсчитать, используя «закон 10 %», что количество энергии, которая доходит до третичных плотоядных
 (трофический уровень V), составляет
около 0,0001 энергии, поглощенной продуцентами. Таким образом, оказывается,
что передача энергии с одного уровня на
другой происходит с очень малым КПД. Это объясняет ограниченное количество
звеньев в пищевой цепи независимо от
рассматриваемого биоценоза.


Одум (Odum, 1959) приводит классический пример, который хорошо иллюстрирует величину потерь в пищевой цепи. Он количественно оценил превращения энергии в предельно упрощенной пищевой
цепи


люцерна -> теленок-> ребенок.


Условия действительно теоретические: предполагалось, что в течение года ребенок питался исключительно телятиной, а теленок —
только люцерной.


Только 0,24 % солнечной энергии, падающей на посевы этой культуры, сохранилось в первичной продукции . Теленком усваивалось 8% этой продукции, и едва лишь 0,7 % биомассы теленка обеспечивало развитие ребенка в течение года (КПД мал, так как только
 часть животного пригодна в пищу).

Насколько эффективно природа использует энергию. Природа, Экология, Солнечная энергия, Биология, Растения, Животные, Длиннопост
Одум, таким образом, показал, что только одна миллионная доля приходящейся солнечной энергии превращается в биомассу плотоядного, в данном случае способствует увеличению массы ребенка, а остальное теряется, рассеивается в деградированной форме в окружающей среде. Приведенный пример наглядно иллюстрирует очень низкую экологическую эффективность экосистем и малый КПД при превращении в пищевых цепях. Можно констатировать следующее: если 1000 ккал (сут м2) зафиксирована продуцентами, то 10 ккал (сут. м2) переходит в биомассу травоядных и только 1 ккал (сут. м2) — в биомассу плотоядных.


Совершенно очевидно, что на трофическом уровне IV может существовать лишь ограниченное число индивидуумов, если учесть небольшое количество свободной энергии, доходящей до этого уровня.


Правда, в животном мире существуют значительные отклонения.
Эффективность превращения энергии у отдельных видов животных
может сильно различаться. Например, необходимо 10 ккал пищи для
получения 1 ккал говядины, но только 5 ккал для 1 ккал свинины и
3,5 ккал для 1 ккал цыпленка. Эти соотношения, которые показывают
энергетическую эффективность роста, очень важны для зоотехников.


Из книг:

Ю. Одум «Экология»

https://alleng.org/d/ecol/ecol13.htm

Ф. Рамад «Основы прикладной экологии»

http://fireras.su/biblio/?p=17681


http://ekolog.org/books/27/14_7.htm