Экосистемы и поток энергии. Солнце как источник энергии в экосистеме.
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 таблице, 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).
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% обшей 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.
