Основним джерелом енергії для багатьох процесів у геосистемі є сонячна. Порівняно з нею енергії до геосистеми від інших джерел надходить дуже мало (теплової енергії з надр Землі – 0,04 % сумарної сонячної радіації, тектонічних рухів – 0,0005 %). При цьому сонячна енергія і використовується в геосистемі найбільш ефе-ктивно: вона здатна трансформуватися в інші види енергії (теплову, хімічну, механічну), завдяки їй відбувається про-дукування біомаси, вологообіг, циркуляція повітряних мас тощо. Загальну схему потоку і трансформації сонячної енергії в геосистемі наведено на рис. А.10 (додаток А). На верхню межу атмосфери надходить 2 кал/см2·хв сонячної енергії. Проходячи крізь атмосферу, вона послаблюється атмосферними газами та пилом. При цьому ступінь по-слаблення залежить від довжини хвилі (частоти) світла. З екологічної точки зору, найбільш важливими обстави-нами диференційованого послаблення випромінювання є дві: 1) ультрафіолетове випромінювання (найбільш небез-печне для протоплазми) практично не проходить крізь озоновий шар, що й забезпечує можливість життя на плане-ті; 2) менше за все послаблюється видиме світло, що необ-хідне для фотосинтезу, а тому він може відбуватись і в по-хмурі дні. Сумарна радіація (R на рис. А.10, додаток А ) склада-ється з прямої (RI) та розсіяної (RS). Співвідношення між ними залежить від географічного положення геосистеми, хмарності та інших кліматичних факторів. Це співвідношен-ня визначає ряд похідних ландшафтно-екологічних факто-рів, зокрема – експозиційний. Чим більша частка прямої ра-діації в сумарній, тим більше значення має фактор експози-ції схилу. Частина сумарної радіації, досягаючи геосистеми, витрачається на ефективне випромінення в атмосферу RE та відбивається поверхнею геосистеми (відбита радіація RA). Величина останнього визначається характером поверхні гео-системи (її альбедо) і суттєво змінюється в різних умовах: у дібровах – 0,14-0,17, степах – 0,20-0,23, на солончаках – 0,35, засніженій поверхні – до 0,95. Ефективне випромінювання та відбита радіація втрачаються для геосистеми, а та частина сумарної радіації, що безпосередньо йде на різні процеси в геосистемі, назива-ється її радіаційним балансом RB. Більша його частина ви-трачається на випаровування (фізичне Е і транспірацію Т) та на турбулентну віддачу атмосфері Q, тобто на забезпе-чення вологообігу та прогрівання повітря геосистеми. Витрати тепла на фотосинтез Р становлять дуже малу частку радіаційного балансу – в середньому 1,3 %. Проте її роль у геосистемі надзвичайно велика, оскільки власне вона зумовлює продуційний та інші важливі біотичні процеси. При фотосинтезі використовується фотосин-тетично активна радіація – ФАР, частка якої становить бли-зько 45 % сумарної (40 % прямої та 62 % розсіяної). Рослин-ний покрив поглинає 90% світлової енергії ФАР, проте пере-важна його частина йде на транспірацію та регулю-вання температури рослин і лише 0,5-1,5 % – на фотосинтез. Ефективність фотосинтезу визначається гідротерміч-ними умовами геосистем. Найбільша вона при макси-мальній теплозабезпеченості при оптимальному спів-відношенні тепла й вологи. Такі природні умови харак-терні для екваторіальних лісів, де ефективність фото-синтезу досягає 4,5 % ФАР, або 1,5 % сумарної радіації. У штучних умовах можна довести ефективність фото-синтезу до максимальної – 34 % ФАР. Енергія Р, що пішла на забезпечення реакції фотосин-тезу, витрачається на дихання рослин Рb (близько 50 %), а решта становить чисту первинну продукцію Рa – накопичення енергії в роcлинній біомасі. З цієї енергії деяка її частина Рm з відмиранням рослин або їх окремих органів переходить до мортмаси, частина Рi залишається у фітомасі й зумовлює її щорічний приріст, частина Z разом з фітомасою, що поїдається тваринами, переходить до наступного трофічного рівня. Співвідношення між цими статтями енергетичних вит-рат залежить від багатьох факторів. З них особливо важливі видовий склад рослинного угрупування, вікова структура популяцій, їх екологічний стан, характер господарського ви-користання, чисельність та популяційний склад тваринного населення біоценозу. Енергія Z, що надходить з фітомасою до травоїдних тварин, частково йде на потреби самих цих тварин, а частко-во переходить до тварин-хижаків. Ці тварини, в свою чергу, поїдаються хижаками вищих порядків, а відтак передають частину енергії і їм. Так формується трофічна структура гео-системи. В екології при її дослідженні прийнято виділяти трофічні рівні – сукупність організмів, які отримують енергію від рослин через однакове число організмів-посередників. Самі зелені рослини формують перший трофічний рівень – рівень продуцентів (або автотрофів); тра-воїдні тварини (зайці, олені тощо) – другий рівень (первин-них консументів, або гетеротрофів 1-го порядку); хижаки – третій (рівень вторинних консументів, або гетеротрофів 3-го порядку) і так далі. Оскільки потік енергії від одного трофічного рівня до вищого супроводжується її втратами (до 95 %), кількість трофічних рівнів не може бути необмеже-ною і лише в енергетично багатих екосистемах може досяга-ти 5-6 (екваторіальні ліси, морські планктонові екосистеми). Насправді ж у реальних геосистемах трофічні відношення набагато складніші. Виділяються види, які жив-ляться одночасно на кількох рівнях (наприклад, сови; лисиці, що поїдають не тільки дрібних ссавців, а й плоди рослин); види, що час від часу змінюють свій рівень (наприклад, із зміною пір року або в процесі старіння); види, особини яких можуть поїдати одна одну (особливо це розвинуто у павуків та риб), і навіть є рослини, які поводяться як гетеротрофи, «поїдаючи» деяких тварин (венерина мухоловка, сарраценія, росичка). Тому більш реалістичне зображення потоку енергії між організмами на основі не трофічних рівнів, а трофічних ланцюгів (синонім – ланцюгів живлення) – графів , верши-нами яких є популяції, а орієнтованими ребрами – потоки енергії, що передається з їжею від однієї популяції до іншої, яка цією популяцією може живитись. Потік енергії Z від одного організму до іншого супро-воджується її втратами, їжа як рослинного, так і тваринного походження повністю організмом не засвоюється. Частина її виводиться з організму у вигляді екскрементів Ze, частина Zb витрачається на дихання тварин, а решта енергії Zi може йти на синтез нової біомаси (точніше – зоомаси) в результаті рос-ту організму та розмноження. З цієї енергії частина Zm втра-чається популяцією внаслідок загибелі її особин і далі вклю-чається в енергетичні потоки переробки мортмаси, а решта енергії Zz переходить до організмів-консументів вищих рів-нів, де структура енергетичних потоків аналогічна. Величина потоку Z залежить насамперед від чисельності популяцій тварин та типу біому. Взагалі у трав’яних геосистемах відсоток наземної рослинної продукції, що споживається тра-воїдними тваринами, більший, ніж у лісових. У хвойних лісах він становить 2-3 %, широколистих – до 3, у степових гео-системах досягає 8-10, саванах Африки 28-60, а на культур-них пасовищах США – 30-45 %. Окремі популяції тварин у цьому відношенні відрізняються ще більше. Так, деякі на-сіннєїдні тварини можуть споживати до 100 % придатної для них їжі. Проте в середньому з одного трофічного рівня на наступний переходить не більше 5-15 % енергії. З цієї енергії травоїдні для утворення свого тіла та росту Zi викори-стовують близько 1-10 % Zz, а решту Zb витрачають на ди-хання з екскрементами Ze та відригуванням Zv, причому час-тки цих втрат приблизно однакові. Потоки та трансформація енергії, що міститься у відмерлих частинах рослин Рm, екскрементах консументів Ze та їх трупах Zm ще не з’ясовані до кінця. Сукупність цих по-токів прийнято називати детритним циклом геосистеми. Для багатьох типів геосистем роль цього циклу набагато вища, ніж трансформація енергії у їх гетеротрофному блоці. Це по-яснюється тим, що частка енергії, яка включається в детрит-ний цикл, становить 90-95 % первинної продукції порівняно з 5-10 %, що надходить від продуцентів до тварин-гетеротрофів. Деяка частина енергії, що міститься у відмерлій фітомасі, втрачається через її окиснення (переважно фо-тохімічне), в результаті чого виділяється СО2. У лучному степу Курського заповідника, наприклад, ця частка становить 4 % енергії відмерлої надземної фітомаси. У лісових геосис-темах спостерігаються втрати енергії (10-30%), зумовлені вимиванням дощовою водою органічних речовин із свіжовпалого листя. У схилових геосистемах значна частина енергії Рm втрачається з винесенням її за межі геосистеми го-ризонтальними потоками води. Проте більшу роль у транс-формації енергії в детритному циклі відіграють не абіотичні фактори, а сапрофаги (синоніми – редуценти, детритні кон-сументи) – живі організми, що живляться неживим ор-ганічним матеріалом, який можна метаболізувати для отри-мання енергії. У наземних геосистемах сапрофаги спожива-ють до 90-95 % усієї чистої первинної продукції. До них на-лежать такі великі тварини, як грифи, ворони, краби, а також черви, кліщі, бактерії та гриби. Потік енергії між організмами-сапрофагами теж має характер трофічного ланцюга, проте трофічні відношення тут надто своєрідні і складніші, ніж серед гетеротрофних тварин. Деякі організми, як, наприклад, дощові черви, безпосередньо споживають мертву органічну речовину, частина якої йде на їх розвиток, частина – на дихання, частина переробляється і виводиться з екскрементами, частина подрібнюється і стає більш придатною для їх подальшого розкладання грибами та бактеріями. Екскременти червів, а також інших сапрофагів знову споживаються – і представниками інших видів, і того самого. Черви, як і інші тварини-сапрофаги, разом з мертвою органічною речовиною споживають гриби і бактерії, що містяться в ній. Таким чином, трофічні відношення в детрит-ному циклі являють собою складну мережу, в якій виділити трофічні ланцюги досить складно, а трофічні рівні – практич-но неможливо. Більша частина енергії в детритному циклі витра-чається сапротрофами на дихання, а решта переходить спо-чатку в проміжні продукти розкладу органічної речовини та неспецифічну органічну речовину ґрунту. У лучному степу в них залишається не більше 50 % енергії, що надходить з рос-линними рештками і екскрементами. На наступному етапі трансформації цієї енергії до 70% її втрачається на мінералізацію органічної речовини мікроорганізмами та до 25 % на їх дихання. Решта переходить у специфічні гумусові речовини – продукти гуміфікації. Таким чином, у гумус пе-реходить не більше 5-10 % енергії рослинних рештків.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Загальна схема» з дисципліни «Ландшафтна екологія»
