Аграрный ландшафт как экосистема
Информация - Экология
Другие материалы по предмету Экология
ТЕМА
Аграрный ландшафт как экосистема
1. Основные вопросы продукционной биологии
Любой элемент на Земле, участвующий в жизненных процессах, проходит стадии становления и распада. Круговорот веществ связывает в конечном итоге различные виды экосистемы. Автотрофные растения - это продуценты, которые создают органические вещества из неорганических. Гетеротрофные организмы поглощают эти вещества (как консументы), преобразуют их и разлагают (как редуценты) на более простые составные части, которые снова доступны для зеленых растений. По отношению к звеньям этой цепи питания было бы неправильно рассматривать животных лишь как консументов, а бактерий - как редуцентов, так как все гетеротрофные организмы используют часть потребляемых ими веществ для построения собственного тела и для поддержания жизненных процессов, разлагая их снова до СО2, NH2, CO(NH2)2 и т. д.
Вещества, циркулирующие в потоке Жизни, одновременно являются носителями энергии. В процессе фотосинтеза растения связывают лучистую энергию солнца и накапливают ее в углеводах как потенциальную химическую энергию. Эта энергия поступает в круговорот питания от растений через фитофагов к консументам более высоких классов; например
картофель -> колорадский жук -> хищный клоп -> певчие птицы -> хищные птицы.
При этом количество энергии постоянно уменьшается, потому что часть ее все время расходуется для поддержания жизненных функций. Консументы, питающиеся экскрементами, остатками мертвых растений и животных, т. е. сапрофаги в самом широким значении, замедляют расход энергии тем, что используют часть потенциальной энергии, которая быстрее освобождалась бы без их вмешательства, и, таким образом, жизнь в экосистеме становится более многообразной.
Каждую минуту 2 гкал солнечной энергии поступает на 1 см2 верхнего слоя земной атмосферы (= солнечная константа). Часть этой лучистой энергии поглощается и рассеивается атмосферой, так что в среднем за год на поверхность Земли поступает почти 0,5 гкал/см2/мин. Благодаря этому источнику энергии становится возможным фотосинтез. Использование растениями световой энергии (их фотосинтетическая деятельность) относительно невелико, и на сельскохозяйственных землях в зоне умеренного климата вряд ли превышает 1,5%, вероятно даже редко бывает больше 0,5%. На примере одного кукурузного поля в США был проведен расчет потребления энергии растениями.
Сходный результат - 1,2% - получен при расчете использования энергии на залежном поле со злаковыми травами и разнотравьем в Мичигане (США). В измерениях и расчетах других авторов эта величина оказывалась еще меньше; так, использование энергии на неудобренном кукурузном поле в Миннесоте (США) составляло 0,13, на двух удобренных кукурузных полях - 0,32% и 0,43%, на паровом поле - 0,04% и в травостое рогоза (Typha)-0,53%.
Какова же судьба солнечной энергии, связанной растениями, в экосистеме? Этот вопрос рассмотрен на примере пастбища для крупного рогатого скота в зоне умеренного климата (рис. 1).
Рис. 1. Судьба энергии, накопленной в результате фотосинтеза на лугопастбищных угодьях: а - процессы, протекающие над поверхностью почвы; б - судьба энергии, поступающей с мертвым органическим веществом в почву и на ее поверхность (цифры без скобок = суточный поток энергии в калориях на 1 м2, цифры в скобках = калорийность популяций, т. е. имеющегося количества органического вещества).
Почти 1/6 часть энергии, использованной растениями, теряется уже на их дыхание. Примерно 1/4 поступает в растительноядные организмы, причем половина этого связывается в экскрементах и трупах животных, так что в конце концов вместе с отмершими растениями почти 3/4 первоначально поглощенной солнечной энергии содержится в мертвом органическом веществе и лишь немного более 1/4 энергии исключается из системы за счет дыхания организмов в виде тепловой энергии. Двигателем жизни эдафона является энергия, которая поступает в почву с мертвым веществом. Из этого количества энергии почти 85% (в данном примере) освобождается бактериями и грибами и по 7-8%-простейшими и остальной почвенной фауной. На рис. 1 цифры в скобках показывают калорийность имеющейся в данный момент биомассы (standing crop). Отношение этой биомассы кукурузы к энергии злаковых трав составляет 1000:1 (т. е. необходимо иметь 1000 кал растительной протоплазмы, чтобы расходовать для дыхания 1 кал в сутки). У пастбищных животных и человека это отношение составляет 250-150:1, у почвенных микроорганизмов - 400:1, у мелких беспозвоночных - 200: 1, у более крупных - 1000:1.
Таким образом, в мертвом органическом веществе из круговорота исключались бы большие количества энергии и питательных веществ, если бы не происходило его разложения благодаря эдафону. Существенная роль животных компонентов эдафона заключается в известном регулировании роста грибов и бактерий. Так, например, нематоды и членистоногие, питаясь микроорганизмами, одновременно ограничивают антибиотическое действие, которое могло бы подавлять рост или размножение микрофлоры, и тем самым ускоряют поток энергии. Перенос спор и других зародышей почвенными животными, а также создание очагов высокой концентрации питательных веществ, какими являются экскременты и трупы почвенных животных, стимулируют жизнедеятельность микрофлоры.
Удивительно, как мало питательных веществ и энергии от