БИОЛОГИЯ Том 1 - руководство по общей биологии - 2004

10. ОРГАНИЗМЫ И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА

10.3. Экосистемы и поток энергии

Изучая поток энергии в экосистеме, т. е. ее энергетику, пользуются соответствующими физическими единицами. В системе СИ количество энергии измеряют в джоулях (Дж), но до сих пор часто употребляются калории. Определение этих единиц дано в табл. 10.1, где приводится также их запас в некоторых пищевых продуктах и организмах (их энергоемкость, или калорийность), а также суточные потребности в энергии трех групп животных (их энергозатраты).

10.1. Почему энергоемкость в табл. 10.1 приведена для сухой, а не для сырой (свежей) массы?

10.2. Объясните огромные различия в суточных энергозатратах человека и мелких теплокровных позвоночных (на единицу живой массы), исходя из особенностей их строения.

Таблица 10.1. Единицы энергии и энергоемкость некоторых организмов и веществ

Единицы энергии
Калория (кал) —	Количество теплоты (энергии), необходимое для повышения температуры 1 г воды на ГС (с 14,5 до 15,5 °С)
Килокалория (ккал)	= 1000 кал
Джоуль (Дж) —	10⁷ эрг: 1 эрг — количество работы, совершаемой силой 1 ньютон (Н) на расстоянии 1 м; 981 эрг — количество работы, совершаемое при подъеме массы 1 г на высоту 1 см (на уровне моря)
Килоджоуль (кДж)	= 1000 Дж
[1 Дж = 0,239 кал; 1 кал = 4,186 Дж]
Энергоемкость (средние или приблизительные величины)
	Дж/г сухой массы
Углеводы	16,7
Белки	20,9
Липиды	38,5
Наземные растения	18,8
Водоросли	20,5
Беспозвоночные	12,6
(Без насекомых)	22,6
Позвоночные	23.4
(Различия между этими группами организмов частично обусловлены неодинаковым содержанием в них минеральных веществ)
Суточная потребность в энергии	кДж/кг живой массы
Человек	167(примерно 12 500 кДж/сут для взрослого массой 70 кг)
Небольшая птица или зверек	4186
Насекомое	2093
На основе данных табл. 3.1 из Odum Е. Р. (1971) Fundamentals of Ecology, 3rd. ed. Saunders.

10.3.1. Солнце как источник энергии

Итак, Солнце — практически единственный исходный источник энергии для экосистем. Из того количества солнечной энергии, которое достигает Земли, примерно 40% сразу же отражается облаками, пылью в атмосфере и поверхностью планеты, не давая никакого эффекта. Еще 15% поглощается и превращается в тепловую энергию атмосферой, главным образом озоном в стратосфере и парами воды. Озоновый экран поглощает практически все коротковолновые ультрафиолетовые лучи, что очень важно, поскольку они вредны для живого. Оставшиеся 45% энергии «эффективно» достигают поверхности Земли. В среднем это соответствует примерно 5 · 10⁶ кДж м^-2 год^-1, но в каждом конкретном месте количество получаемой энергии зависит от географической широты, климата и ориентации участка относительно сторон горизонта (экспозиции). Лишь менее половины падающих на планету лучей относятся к видимой части спектра, т. е. к фотосинтетически активной радиации (ФАР). Однако даже при оптимальных условиях только около 5% поступающей солнечной энергии (10% ФАР) используется в процессе фотосинтеза и запасается в валовой первичной продукции (ВПП). Более типичная доля для хороших условий — 1% общей получаемой Землей радиации (2% ФАР), а в среднем по биосфере — 0,2% ее суммарного количества. Чистая первичная продукция (ЧПП), т. е. прирост органической массы в ходе фотосинтеза после вычета расходов автотрофов на собственное дыхание, варьирует от 50 до 80% ВПП (разд. 10.3.5).

Итак, в среднем на планете фиксируется в органических веществах лишь 0,1% падающей на нее солнечной энергии. Наземные экосистемы, занимающие 30% площади Земли, улавливают половину этого количества. В пересчете на их короткий вегетационный период для зерновых культур характерны максимальные величины ВПП и ЧПП, но при нормальных полевых условиях устойчивого подъема интенсивности фотосинтетической фиксации выше определенного предела достичь не удается.