Экология: биология взаимодействия. 3.12. Экологические эффективности
Чем более простую задачу преобразования энергии выполняют организмы, тем меньшие потери они несут. Так, плотоядные животные решают сравнительно несложную задачу: они получают энергию в высококачественной пище, которую относительно «нетрудно» переработать и построить из нее собственное...
Українська мова (найновіша версія) / Російська мова (оновлення припинено)
3.11. Трофічні зв'язки і рівні
Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 3. Біогеоценологія та екологія угруповань
3.13. Екологічні піраміди
3.12. Екологічні ефективності
Чудовою схемою, яка дає змогу описувати потік енергії через трофічний рівень, є «квадрат Одума» (рис. 3.12.1). Юджин Одум запропонував наочну схему, що показує потік енергії, який проходить через окремий організм, популяцію або трофічний рівень. На цій схемі видно, на які «рукави» розтікається потік енергії, протікаючи через біосистеми.
Рис. 3.12.1. Розподіл потоків енергії, що проходять через організм, популяцію або трофічний рівень
Наприклад, за цією схемою легко зрозуміти, чим відрізняються дві основні міри продукції: валова (A) і чиста (P): витратами на дихання.
«Квадрат Одума» дає змогу легко переконатися, що A=R+P; P=G+S+E тощо.
Можна виділити такі міри ефективності споживання й переробки енергії:
ефективність експлуатації E1=Iексплуататора/Pжертви;
ефективність асиміляції E2=A/I;
ефективність чистої продукції E3=P/A;
ефективність загальної продукції E4=P/I=E2×E3;
екологічна ефективність E5=Pексплуататора/Pжертви=E1×E2×E3.
Потоки енергії, показані на схемі, у різних організмів співвідносяться по-різному. Образно кажучи, що простіше завдання перетворення енергії виконують організми, то менших втрат вони зазнають. Так, м'ясоїдні тварини розв'язують порівняно нескладне завдання: вони отримують енергію з високоякісної їжі, яку відносно «нескладно» переробити і побудувати з неї власне тіло. А найскладніше — завдання, яке розв'язують фотосинтетичні організми, що використовують як джерело енергії світло.
Наприклад, значна частина світла, яке падає на рослини, відбивається від них або поглинається ґрунтом. Більша частина поглинутої рослинами енергії так і залишається невикористаною. У сприятливих умовах рослини здатні асимілювати (спожити) близько 1 % падаючої сонячної енергії, у чисту продукцію переходить лише близько 0,5% (тобто A = 1%, P = 0,5%). У середньому для біосфери ці показники ще гірші: рослинами споживається близько 0,2% сонячної енергії, а у чисту продукцію переходить лише близько 0,1% (A = 0,2%, P = 0,1%). Втім, і ці кількості енергії в абсолютному вимірі є дуже великими за людськими масштабами.
Ефективність живлення тварин істотно залежить від характеру їхньої їжі. Ефективність асиміляції (відношення A до I) у м'ясоїдних тварин змінюється від 60% (у комахоїдних) до 90% (у м'ясо- й рибоїдних). У рослиноїдних тварин ефективність асиміляції становить 80% у зерноїдних; 60% — у тих, що поїдають молоде листя; 30-40% — у тих, що живляться старим листям; 10-20% і навіть менше — у поїдачів деревини.
Подальші втрати енергії дуже залежать від інтенсивності обміну речовин. Наприклад, дрібні птахи витрачають із диханням понад 99% асимільованої енергії, і в чисту продукцію у них переходить менше 1% тієї енергії, яку вони змогли спожити! У дрібних ссавців цей показник становить 6%, у свійської великої рогатої худоби — 11%, у свиней — 20 %, а в деяких пойкілотермних тварин, особливо великих риб і рептилій, досягає 75%!
Порівняйте: синиця, склювавши 1 кг комах, додасть у вазі менше 6 г, а удав, який з'їв кілограмову морську свинку, додасть понад 660 г власної ваги! Для того щоб виконати ці обчислення, ми прирівняли кількість енергії, що припадає на одиницю ваги комах, синиць, морських свинок і удавів (це допустиме наближення). В обох випадках нам довелося оцінити, які втрати пов'язані з асиміляцією та чистою продукцією. У першому випадку ми використали наведене вище значення ефективності асиміляції, характерне для комахоїдних тварин, а також значення ефективності чистої продукції для дрібних птахів (1000×0,6×0,01=6), а в другому — відповідні показники для м'ясоїдів і великих рептилій (1000×0,9×0,75=675). Крім іншого, така ціна гомойотермності…
При просуванні енергії по трофічних ланцюгах її кількість зменшується, а її якість (робочий потенціал) підвищується. Показник якості — кількість одиниць сонячної енергії, яку має бути розсіяно, щоб одержати одиницю енергії в новій формі, доступній для передачі на вищі трофічні рівні (табл. 3.12.1). Говард Одум (брат Юджина Одума, автора класичних підручників з екології) запропонував для позначення якості енергії використовувати міру, яку він назвав емергією. Емергія — універсальна міра необхідних природних ресурсів, міра витраченої для отримання того чи іншого продукту сонячної енергії.
Таблиця 3.12.1. Зміни кількості та якості енергії в ході її перетворення
Сонце
Рослини
Консументи I
Консументи II
Кількість енергії
1000000
10000
1000
100
Якість енергії (емергія)
1
100
1000
10000
Сонце
Деревина
Вугілля
Електрика
Кількість енергії
1000000
1000
500
125
Якість енергії (емергія)
1
1000
2000
8000
Ще один наслідок передачі речовини й енергії з рівня на рівень — біологічне накопичення, підвищення концентрації багатьох речовин, які вибірково утримуються біомасою.
Мірою концентрації в трофічному ланцюзі (мірою біологічного накопичення) є коефіцієнт накопичення (вміст речовини в тканинах/вміст речовини в середовищі). Коефіцієнт накопичення радіоактивного фосфору в тканинах гусей — 2 000 000. Біогени та їхні замінники накопичуються внаслідок вибіркового виділення з середовища (радіоактивний йод після Чорнобиля, стронцій замість кальцію, цезій замість калію). Ксенобіотики накопичуються через відсутність механізмів виведення (хлороформ у мембранах, ДДТ і продукти його розпаду у жировому тілі). Іноді накопичення починається ще на абіогенному рівні (ДДТ, іони важких металів вибірково накопичуються на частинках детриту). Фільтратори зваженого детриту є найпотужнішими накопичувачами токсинів.
3.11. Трофічні зв'язки і рівні
Д. Шабанов, М. Кравченко. Екологія: біологія взаємодії
Розділ 3. Біогеоценологія та екологія угруповань
3.13. Екологічні піраміди