Енергетична структура екосистем
Енергію визначають як здатність виконувати роботу. Властивості енергії описуються двома законами термодинаміки. Перший закон термодинаміки, чи закон збереження енергії, проголошує, що енергія не зникає і не створюється заново, вона лише може переходити з однієї форми в іншу.
Другий закон термодинаміки, або закон ентропії, формулюється по- різному, зокрема: процеси, пов’язані з перетворенням енергії, можуть протікати самоплинно лише за умови, що енергія переходить з більш концентрованої форми до більш розсіяної, тобто деградує. Ентропія (від грецького entropia - перетворення) - величина кількості зв 'язаної енергії, яка стає недоступною для використання. Термін «ентропія» був запропонований Рудольфом Клаузіусом (1822-1888) в 1863 р. Цей термін також використовується як міра зміни невпорядкованості системи, що відбувається при деградації енергії. Цей же закон можна сформулювати і так: будь-яке перетворення енергії з однієї форми в іншу неминуче супроводжується розсіюванням її частини у формі, недоступній для подальшого використання. Одним з наслідків цього є неможливість створення вічного двигуна. Негент- ропія (від англ. negative entropy) - функція термодинамічного стану системи, яка характеризує ступінь її впорядкованості; міра, протилежна ентропії за знаком.Енергетичний підхід до вивчення екологічних процесів виявився одним з найбільш плідних в екології, значною мірою сприяв формуванню екології як науки, оскільки саме він дав змогу вивчати дивовижне розмаїття життя в усіх його проявах шляхом встановлення кількісних закономірностей як міжорганізмових, так і міжпопуляційних взаємин, визначати енергетичні баланси біо- і екосистем різного рівня організації й інтеграції. Колосальна кількість публікацій цього напрямку сприяла з’ясуванню загальних закономірностей трансформації енергії як окремими організмами, популяціями, угрупованнями, так і складових енергетичного балансу біосистем різного рівня організації.
Але при цьому практично не враховується вплив якості середовища на жоден продукційно-енергетичний параметр. У практиці біопродукційних досліджень часто майже всі величини одержують розрахунковими методами, використовуючи продукційно-біомасові (Р/В) коефіцієнти, одержані (у більшості випадків) десятки років тому за умов зовсім іншого екотоксикологічного стану екосистем. Це унеможливлює одержання об’єктивної інформації з продукційних параметрів різних видів, популяцій, трофічних рівнів і угруповань, зважаючи на значне погіршення стану середовища за останні десятиліття. Тим паче, що за рівнем забруднення окремі екосистеми відрізняються настільки істотно, що його неврахування часто зводить нанівець цінність проведених біопродукційних досліджень.Важливим етапом вирішення цієї проблеми є з’ясування поняття “норми” і “патології” екосистем. У цьому аспекті першочерговим завданням слід визнати розробку кількісних критеріїв, які спроможні давати об’єктивну оцінку стану якості середовища за ступенем його адекватності особливостям живої матерії.
Завдання вивчення продуктивності полягає у з’ясуванні швидкості, з якою різні біосистеми за тих чи інших умов синтезують (чи можуть синтезувати) подібну собі речовину, використовуючи для цього асимільовані сполуки та енергію. Будь-яка біологічна система існує лише за безперервного обміну речовин з навколишнім середовищем.
Згідно з принципом максимізації енергії Лотки—Одума-Пінкертона - у "суперництві" з іншими екологічними об'єктами виживають (зберігаються) ті з них, які найкращим чином сприяють надходженню енергії і використовують максимальну її кількість найбільш ефективним способом. З цією метою система:
• створює накопичувачі (сховища) високоякісної енергії;
• витрачає певну кількість накопиченої енергії для забезпечення надходження нової енергії;
• забезпечує колообіг різноманітних речовин;
• створює механізми регулювання, які підтримують стійкість системи і її здатність пристосування до умов існування, що змінюються;
• встановлює з іншими системами обмін, необхідний для забезпечення потреб в енергії спеціальних видів (Г.
Одум, Ю. Одум, 1978).Слід відзначити, що цей принцип справедливий і у відношенні інформації, а от максимальне надходження речовини як такої не гарантує успіху екологічному об’єкту в конкурентній боротьбі з іншими аналогічними об’єктами. В основі функціонування будь-якої екосистеми лежить її біо-
В.П. Гандзюра © ЕКОЛОГІЯ ¾ продуктивність, яка забезпечує потоки речовини і енергії та призводить до формування певної структури.
8.1.1. Біопродуктивність екосистем
Продуктивність біосистеми - її здатність виробляти подібну собі речовину. Всі біосистеми характеризуються продуктивністю, і системи одного типу можна порівнювати за рівнем їх продуктивності (швидкості продукування) за величинами продукційних показників. До основних продук- ційних показників належать продукція і питома продукція (Заика, 1983) [83]. Продукція - вся вироблена даною біосистемою за певний проміжок часу речовина з урахуванням витрат на обмін. Мова йде про органічну речовину, синтезовану системою. Оцінка продукції найчастіше здійснюється в показниках “живої маси”, включаючи скелетні та інші подібні утвори (Заика, 1983). Питома продукція виражається у величинах продукції за певний відрізок часу в розрахунку на одиницю біомаси. Так, якщо величина добової питомої продукції дорівнює 10%, то це означає, що дана біосисте- ма щодоби виробляє продукцію, яка складає 10 відсотків від наявної біомаси.
При визначенні біопродукції та розрахунку складових біопродукцій- ного процесу необхідно враховувати притаманні біосистемам різного рівня організації особливості. Адже, знаючи продукцію кожної популяції, що входить до екосистеми, продукцію всього угруповання розрахувати неможливо. Це можна здійснити лише шляхом використання адекватних для рівня угруповання методів. Розглянемо особливості визначення продукції різнорівневих систем.
8.1.1.1. Продукція особини
Зовні до організму надходить речовина і енергія зі швидкістю I1, частина якої (А) засвоюється (асимілюється), в той час як I2 видаляється у вигляді незасвоєної частини (у гетеротрофних організмів цю частину часто позначають як D).
Частина асимільованої речовини і енергії витрачається (розсіюється) у процесі дихання (R), що є витратами на енергетичний обмін, тоді як різниця між А і R буде величиною індивідуальної продукції (Р). Втрати речовини і енергії (Be), відбуваються у вигляді виділень залоз, відторгнутих покривних структур, продуктів статевих залоз тощо (рис. 8.1):
Таким чином, у стані термодинамічної рівноваги (коли біомаса і накопичена в ній енергія лишається на відносно постійному рівні) для організму маємо:
Виходячи з балансового підходу, обов’язковою умовою росту організму є:
При Р < Be біомаса зменшується на
величину АВ, що відповідає умові:
У випадку, коли асимільована їжа лише покриває витрати на обмін, маємо:
тобто біомаса зменшується на величину Be.
Однією з найважливіших характеристик продукційного процесу є питома продукція (р), яку розраховують за формулою:
Якщо р = 0,10, то це означає, що за даний відрізок часу (зазвичай за добу, місяць рік тощо) біосистема синтезує 1/10 (тобто 10%) від своєї біомаси.
Одним з найбільш вдалих математичних виразів процесу збільшення маси особини є рівняння Л. Берталанфі. В його розробці брали участь різні вчені - А. Пюттер (Putter, 1920), Л. Берталанфі (Bertalanffy, 1938), С. Тейлор (Taylor, 1960). Проте загальновідоме рівняння швидкості росту маси тіла зазвичай пов’язують з ім’ям Берталанфі, внесок якого у його розробку вважається найвагомішим.
У загальному вигляді рівняння має вигляд:
є
Другий член a2mb2 відображує “катаболізм”, який пропорційний масі тіла (b2=1).
Відповідно, рівняння Берталанфі зазвичай використовується у вигляді:
8.1.1.2. Продукція популяції
На популяційному рівні розрахунок продукції найчастіше проводять за рівнянням Бойсен-Йенсена (1919):
Друга схема розрахунків продукції запропонована Г. Кларком і співавторами (Clarke, Edmondson, Ricker, 1946). За нею продукція визначається як різниця між швидкістю асиміляції їжі популяцією і швидкістю витрат на обмін. На практиці цей спосіб розрахунку практично не використовується, оскільки визначити загальну асиміляцію практично неможливо. Однак для теоретичних розрахунків ця схема має важливе значення.
Третя схема базується на використанні даних з росту особин і вікової структури популяції. Ця схема використовується найчастіше. Згодом ця схема доповнилася врахуванням продукції за рахунок розмноження.
Четверта схема базується на динаміці чисельності популяції. Для спрощення аналізу росту і вікової структури всім особинам приписують деяку середню масу. Тоді продукція визначається за швидкістю розмноження.
Корисним є використання швидкості оберту чисельності, біомаси, накопиченої системою енергії тощо.
8.1.1.3. Продукція угруповання
Розрахувати продукцію угруповання, виходячи з відомостей про продукцію навіть всіх його популяцій практично неможливо. Тому єдиний шлях - холістичний підхід до розрахунку окремих складових біопродук- ційного процесу угруповання в цілому.
Ще на початку XIX ст. американський лімнолог Едвард Бьордж намагався кількісно оцінити "дихання озера", тобто динаміку процесів кисневого обміну, в якому беруть участь як фізичні, так і біологічні процеси.
В 30х роках значні успіхи у дослідженні трансформації речовини і енергії в озерах були досягнуті на Косинській лімнологічній станції під Москвою в рамках так званого "балансового підходу", основні ідеї якого були сформульовані Леонідом Леонідовичем Россолімо, який очолював тоді роботу станції. Саме за його ініціативою на Косинських озерах в 1932 р. починає свої дослідження (які потім стали класичними) з оцінки первинної продукції Георгій Георгійович Вінберг. Тоді він застосував метод "темних і світлих склянок" (склянковий метод), який став класичним.Суть його досить проста і полягає в тому, що проба води, взята з певної глибини, яка містить організми фіто- і зоопланктону, розливалась у дві невеликі, герметично замкнені склянки, з яких одна була прозорою, а інша - темна, що не пропускає світла. Склянки підвішували на мотузці на тій самій глибині, з якої було взято проби води. Після добової експозиції їх виймали на поверхню і в кожній визначали вміст розчиненого кисню. Очевидно, що в світлій склянці відбувалося як дихання всіх організмів, так і фотосинтез фітопланктону; в темній же - лише дихання. За кількістю кисню, що виділяється в світлій склянці, можна розрахувати величину чистої продукції. Зменшення концентрації кисню в темній склянці характеризує величину загального дихання (деструкції).
Якщо до величини чистої продукції добавити величину дихання, отримаємо величину валової продукції. Таким чином, матимемо всі основні продукційно-деструкційні показники: валову і чисту продукцію та загальну деструкцію.
Загалом всі розрахунки продукційного процесу угруповання з n трофічних рівнів ґрунтуються на такій схемі:
де: Р - чиста продукція угруповання; Λ1 - асимільована першим трофічним рівнем (рівнем продуцентів) енергія; R1 - кількість енергії, яка розсіюється в процесі дихання першим трофічним рівнем; R2 - другим трофічним рівнем; Rn - n-тим трофічним рівнем.
Таким чином, “внесок” консументів усіх трофічних рівнів у формування продукції угруповання полягає в ентропізації енергії, яка пропорційна величині їхнього дихання.
У більшості випадків між величиною первинної та вторинної продукції існує пряма залежність (рис. 8.2). Водночас слід мати на увазі, що в біотичному угрупованні консументи всіх порядків істотно впливають на рівень біопродукційного процесу попереднього трофічного рівня: за оптимального режиму експлуатації біосистеми характеризуються максимальною продуктивністю.
Рис. 8.2. Залежність між первиною (Х - продукція фітопланктону за сезон росту, кДж/м2) і вторинною продукцією (Y - продукція зоопланктону, кДж/м2) у вибірці озер (Brylinsky, Mann, 1973)
Одна з найважливіших термодинамічних характеристик біо- та екосистем і біосфери в цілому - здатність створювати і підтримувати високий рівень внутрішньої впорядкованості, тобто стану з низьким рівнем ентропії. Це досягається постійним і ефективним розсіюванням енергії, яка доступна для використання (енергія світла, неорганічних та органічних речовин) і перетворенням її в теплову. Впорядкованість екосистеми підтримується за рахунок дихання усього угруповання, яке постійно “відкачує” з нього невпорядкованість.
Таким чином, еко- і біо-системи є відкритими нерівноважними термодинамічними системами, що постійно “відкачують” ентропію з себе за рахунок зростання ентропії зовні згідно законів термодинаміки.
Енергетична структура екосистеми знаходить свій прояв у особливостях трофічної мережі, ланцюгів живлення, співвідношенні трофічних рівнів. Сучасна енергетика біосфери ґрунтується, головним чином, на фотосинтетичному відновленні диоксиду карбогену. В процесі його відновлення утворюються органічні речовини та молекулярний кисень. Цей процес - один з кількох, які описуються загальним рівнянням:
У цій реакції донором водню H2A може бути сірководень (у фотосин- тезуючих сіркобактерій), вода (у ціанобактерій і зелених рослин), або різноманітні органічні сполуки (у пурпурових бактерій).
Енергія на вході (енергія Сонця чи хімічних сполук) - продуценти (фотоавтотрофи чи хемотрофи) - консументи 1-го, 2-го і n-го порядків. Графічне чи числове зображення співвідношення трофічних рівнів - трофічна (екологічна) піраміда. Розрізняють піраміди чисельності, біомас,
12 7
продукції та енергії. Найбільш правильну форму мають піраміди енергії та продукції.
8.1.2. Закон Ліндемана (правило 10%)
У 1942 р. в журналі "Ecology" публікується стаття Раймонда Ліндемана "Трофодинамічний аспект екології". Він зазначав, що перехід енергії з одного трофічного рівня на інший (тобто кожний акт перетворення енергії) супроводжується її розсіюванням у формі теплової енергії (що є проявом другого закону термодинаміки). Причому при переході енергії на кожний наступний трофічний рівень її розсіюється майже 90%. Ця закономірність і дістала назву закону Ліндемана, чи правила 10 відсотків.
Варто згадати, що ще в 1918 році К. Петерсен проводить розрахунки, які показали, що одиниця маси споживача створюється за рахунок близько 10 одиниць їжі.
8.1.3. Ланцюги та мережі живлення
Каналізація енергетичних потоків здійснюється ланцюгами живлення. Ланцюг живлення - це шлях, яким енергія, що надходить в екосистему (сонячна, хімічна) послідовно передається по трофічним рівням. Належність організмів до того чи іншого трофічного рівня визначається кількістю етапів трансформації енергії, через яку вона надходить до даного організму чи популяції. Сукупність ланцюгів живлення біоценозу, що утворюють і горизонтальні потоки (плетиво трофічних ланцюгів), називається трофічною мережею. Розрізняють два типи ланцюгів живлення: пасовищні та детритні.
Пасовищні починаються зеленими рослинами, далі - консументи першого порядку, другого (вони ж - хижаки першого порядку), консумен- ти третього (вони ж - хижаки другого порядку) і т.д.
Детритні ланцюги (вони ще називаються ланцюгами розкладу) — починаються від мертвих організмів. Обидва типи ланцюгів живлення тісно пов’язані між собою. З кожного трофічного рівня пасовищного ланцюга частина речовини надходить до детритних ланцюгів, і подальша трансформація цієї частини речовини і енергії вже відбувається детритними ланцюгами, які разом із відповідними пасовищними і формують трофічну мережу (сукупність усіх трофічних ланцюгів у їхньому взаємному переплетінні), екосистеми (рис. 8.2).
Належність же популяції чи геміпопуляції до того чи іншого трофічного рівня (не залежно від того, пасовищний це ланцюг чи детритний) визначається лише кількістю етапів трансформації енергії, через які вона потрапляє до тієї чи іншої біосистеми (популяції, геміпопуляції).
Співвідношення пасовищних і детритних ланцюгів у екосистемі має важливе значення в її функціюванні і може бути індикатором стану екосистеми. Так, відносно “молодим” екосистемам притаманне переважання па
совищних ланцюгів, у той час як в екосистемах “зрілого” типу домінують детритні ланцюги.
Пасовищний ланцюг живлення
Детритний ланцюг живлення
Рис. 8.2. Взаємозв’язок пасовищного і детритного ланцюгів живлення
Первинна продукція (HH) екосистеми - величина синтезованої органічної речовини з неорганічної з використанням енергії світла (фотосинтез) і неорганічних сполук (хемосинтез). Величину ПП виражають в одиницях сирої чи сухої речовини, енергетичних еквівалентах чи у величинах того чи іншого елементу (як правило, вуглецю, інколи - азоту чи іншого елементу) на одиницю площі чи об’єму за одиницю часу.
Розрізняють валову первинну продукцію (ВПП) і чисту (ЧИН). ВШ1 - це швидкість новоутворення органічної речовини з неорганічної. ЧПП - дорівнює ВПП мінус дихання, тобто та частина продукції, яка визначається як різниця між величиною синтезованої органічної речовини та її кількістю, яка розклалася за даний відрізок часу в ході енергетичного обміну.
Вторинна продукція (Рвт.) - це величина синтезованої органічної речовини гетеротрофними організмами за одиницю часу в розрахунку на одиницю площі чи об 'єму. Істотною відмінністю Рвт. від Рп є те, що біоси- нтетичні процеси, які лежать в її основі, базуються на використанні енергії хімічних сполук органічних речовин. Тому величину ВП можна розрахувати за схемою: ВП = асимільованій енергії (даним трофічним рівнем чи даною біосистемою) - дихання, тобто:
При розрахунку продукції кількох
трофічних рівнів треба мати на увазі, що внесок кожного трофічного рівня (крім продуцентів) у формування продукції екосистеми полягає у зменшенні запасів зв’язаної енергії на величину дихання даного трофічного рівня. Тому загальне рівняння продукції екосистеми можна записати у вигляді: 80" class="lazyload" data-src="/files/uch_group97/uch_pgroup313/uch_uch6830/image/image080.jpg">
де: Р - продукція угруповання (чиста); Ai - величина асимільованої першим трофічним рівнем (продуцентами) енергії; Ri - величина дихання першого трофічного рівня; n - кількість трофічних рівнів у даному угрупованні.
Величина дихання показує, яка кількість енергії розсіюється системою у формі теплової. Щоб перейти від величини спожитого в процесі дихання кисню до енергетичних характеристик, зазвичай використовують оксикалорійний коефіцієнт (ОКК):
При з’ясуванні трофічної структури біоценозу на кожному трофічному рівні доцільно виділяти гільдії - групи популяцій чи геміпопуляцій, які використовують однакові ресурси подібним чином (Root, 1967). Тобто гільдії - це осередки можливої найжорстокішої конкуренції (за умов дефіциту ресурсів). Причому до гільдії можуть входити організми найрізноманітніших груп. Зокрема, гільдію сестонофагів-фільтраторів утворюють білий товстолоб, двостулкові молюски, губки, моховатки, коловертки, гіллястовусі ракоподібні, інфузорії тощо.
8.1.4. Загальна схема потоку енергії в біосфері
Загальна схема потоку енергії в біосфері має такий вигляд. На верхні шари атмосфери нашої планети сонячна енергія надходить з постійною швидкістю 1,98 кал/см2 за хвилину або 1380 Вт/м2 (так звана “сонячна стала”). За добу загальний потік енергії складає 2850 кал/см2. Частина цієї радіації віддзеркалюється. Коефіцієнт відбиття α = Q відб./Q називається альбедо і дорівнює відношенню відбитої енергії до величини її загального потоку. Величина альбедо залежить від кута падіння сонячних променів, хмарності, ступеня і характеру рослинного покриву, типу ґрунту тощо.
Проходячи через атмосферу, енергія сонячного випромінювання екс- поненційно послаблюється. Опівдні влітку за ясної погоди до поверхні Землі доходить не більше ніж 67% енергії. Загалом розподіл сонячної енергії наведено в табл. 8.1.
Таблиця 8.1. Розподіл енергії сонячного випромінювання (у % від річного надходження в біосферу) (за Hulbert, 1971)
| Складові | % |
| Відбивається | 30 |
| Безпосередньо перетворюється на тепло | 46 |
| Випаровування, опади | 23 |
| Вітер, хвилі, течії | 0,2 |
| Фотосинтез | 0,8 |
Частина сонячної радіації, яка досягає земної поверхні, поглинається екосистемою. Частина з цієї радіації представлена інфрачервоними проме- 130
нями. Енергія сонячної радіації, яка надходить в екосистему, витрачається на нагрівання екосистеми, турбулентну теплопередачу в атмосферу, фотосинтез і евапотранспірацію. Протягом доби розподіл енергії на різні складові істотно змінюється, проте найзначніша її частина витрачається на транспірацію і випаровування з поверхні ґрунту чи води. Проходячи через атмосферу, сонячне випромінювання експоненційно послаблюється атмосферними газами та пилом. Величина цього ослаблення залежить від довжини хвилі. Промениста енергія Сонця, яка досягає земної поверхні в ясний день, на 10% складається з ультрафіолетового випромінювання, на 45% - з видимого світла і на 45% - з інфрачервоного проміння (Reifsnyder, Lukk, 1965).
Ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі менш ніж 0,3 мкм майже не проходить через озоновий екран (розташований на висоті 1045 км, максимальна його щільність - на висоті 18-25 км). Середня щільність озонового шару складає близько 300 добсонівських одиниць (ДО). 1 ДО відповідає шару озону, що дорівнює 0,001 см за 0оС і 760 мм. рт. ст. Менш за все при проходженні через щільні хмари і воду поглинається видима частина спектра. Для фотосинтезу необхідне саме видиме світло. Рослинність поглинає переважно сині і червоні промені. Значно менше поглинається зелене проміння. Оскільки зелене і ближнє інфрачервоне проміння відбиваються рослинністю, ці ділянки спектра використовуються при дистанційних вимірах (зі супутників і літаків) розподілу рослинності у природі, стану сільськогосподарських культур тощо. Енергія припливів складає близько 0,0017%; внутрішнє тепло Землі - близько 0,5% від величини сонячної енергії, яка щорічно надходить в біосферу. Частина енергії (близько 0,8%) поглинається фотсинтетиками і використовується на утворення біологічної продукції екосистеми. Унаслідок росту і розмноження організмів в екосистемах відбувається процес новоутворення біомаси. Це явище (властивість біологічних систем до самовідтворення) називається біологічною продуктивністю, а сам процес новоутворення біомаси - біологічним продукуванням. Новоутворену біомасу називають біологічною продукцією. Слід зазначити, що в біологічну продукцію не включають ту органічну речовину, яка утворюється організмами, але не накопичується в них (прижиттєві виділення, різноманітні структури, що видаляються в процесі відторгнення тощо). При переході енергії з одного на інший трофічний рівень 90% її розсіюється у формі теплової, і лише близько 10% запасається у біомасі (правило 10%, чи закон Ліндемана).
Таким чином, біологічна продукція - лише частина біоорганічної продукції - всієї органічної речовини, що створюється організмами в процесі своєї життєдіяльності. Синтезована, але не акумульована у організмах органіка, накопичуючись в екосистемі, значно підвищує біоенергетичний потенціал екосистеми.
У клімаксному угрупованні вся енергія, що надходить до екосистеми, (тобто енергія на вході) дорівнює кількості енергії, що розсіюється у формі 131
теплової (енергії на виході). Це є головною характеристикою рівноважного термодинамічного стану зрілого (клімаксного) угруповання.
Серед учених, які досліджують біологічну продуктивність, нерідко спалахують дискусії: що важливіше для біопродукційного процесу: властивості популяції, угруповання чи середовища їх мешкання. Так ставити питання не коректно. Хоч можна кількісно оцінити, які чинники в конкретній ситуації є найвагомішими, а які менш істотно впливають на темп і ефективність біопродукційного процесу. Ці ж фактори можна ранжувати в порядку їх значущості. Але не викликає жодних сумнівів, що біопродукти- вність - властивість екосистеми. Безглуздо було б робити спроби оцінити продукційні можливості будь-якої біосистеми без урахування принаймні найважливіших абіотичних чинників - температури, вологості, рівня освітленості, концентрації біогенів тощо - втім, як і всього комплексу біотичних взаємин. Достеменно відомо, що рівень продукції безпосередньо пов'язаний з умовами експлуатації даної популяції. Зокрема, встановлено, що максимальний темп продукційного процесу має місце за оптимального вилучення частини продукції тощо.
За джерелами енергії екосистеми (і біоценози) можна поділити на дві групи - повночленні - де основою енергії є органічна речовина, синтезована у процесі фотосинтезу, і неповночленні - джерелом енергії є органіка, створена в інших екосистемах. Так, у гідросфері межею між цими двома типами систем є компенсаційна точка - глибина, на якій валова продукція автотрофів дорівнює їхньому диханню (Рв = R; Pb∕R = 1; Рч = 0). Нижче цієї точки все угруповання існує за рахунок “дощу” трупів, потоку екскрементів, екзувіїв тощо з фотичного горизонту.
В енергетичній структурі екосистеми чільне місце посідають і енергетичні субсидії - додаткові джерела енергії (тобто крім енергії органічної речовини) - енергія вітру, хвиль, згінно-нагінних явищ, припливів і відпливів тощо. Енергетичні субсидії дозволяють організмам значно скоротити енерговитрати на основні процеси життєдіяльності і тому призводять до зростання біомаси екосистеми.
Так, практично всі водосховища Дніпровського каскаду оперезані га- марусовим паском - у прибережній зоні біомаса гамарид (переважно Pontogammarus maeoticus) часто досягає кількох кг/м2. Така значна концентрація гамарид - наслідок використання ними енергетичних субсидій: мешкаючи в прибережній і заплесковій смузі, вони споживають органіку, яку приносить вітер з поверхні водойми, а хвилі, з одного боку, сприяють забезпеченню гамарид киснем, а з іншого - видаленню (вимиванню) продуктів метаболізму, що і дозволяє підтримувати біомасу їх популяцій на такому високому рівні. За рахунок енергетичних субсидій існують високопродуктивні екосистеми і в припливно-відпливних ділянках.
У річкових екосистемах енергетичні субсидії - це і сезонні коливання рівня води, що створює навесні додаткові угіддя для розвитку планктону і нагулу молоді риб, а коли рівень води спадає, накопичена органіка ефекти- 132
вно мінералізується. Ці процеси (щорічні коливання рівня) моделюються людиною в умовах ставкових господарств. Зокрема, щорічні спускання води у ставку призводять до прогрівання ґрунту, що сприяє мінералізації накопиченої органічної речовини, знищенню під впливом ультрафіолетових променів хвороботворних організмів тощо. Це дозволяє значно підвищувати рибопродуктивність ставкових господарств і зменшувати захворюваність риб.
Інший прикладний аспект цієї проблеми моделювання природних процесів, зокрема - щорічні залпові пуски води у зарегульованих річках, де однією з істотних проблем є постійне їх замулювання. Скажімо, в Мос- ква-річці всі водосховища Москви і прилеглих районів завчасно накопичують максимум води, а потім одночасно її випускають, що створює імітацію повені, якою і здійснюється промивання русла річки. Це позбавляє її значних мулових відкладень і сприяє поліпшенню якості води для питного та водогосподарського споживання.
8.2.
Еще по теме Енергетична структура екосистем:
- Речовинна структура екосистем. Біогеохімічні колообіги
- Інформаційна структура екосистем
- Кількісна оцінка якості середовища за продукційно- енергетичними показниками біосистем
- Класифікація екосистем
- Глобальні проблеми відображають суттєві негаразди, що охоплюють економічну, енергетичну, демографічну, соціальну, екологічну та інші сфери людського існування
- Класифікація екосистем
- Роль кліматопу у функціонуванні екосистем
- Забруднення біосфери та екосистем
- Трав’яні типи екосистем
- Екологічна безпека територій, екосистем та людини
- Джерела кризового стану довкілля і екосистем в Україні
- Функція відгуку біо- і екосистем на сукупну дію екочинників
- Проблема радіоактивного забруднення екосистем на прикладі Канівського водосховища
- Структура материи
- Структура НКМ
- 1. Понятие институциональной структуры
- 9.3. Структура развитого права
- Структура нормы права
- 2. Структура політології
- Структура нормы права