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%.
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).
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