Физика окружающей среды - страница 14

Таким образом, исследовать продуктивность – значит определить распределение энергии по звеньям трофической цепи. Определить продукцию – значит оценить реально произведенную био массу, т. е. центнеры с гектара, суточный привес животных и т. п.

Связь между количеством произведенной биомассы Р_>1 и испаренной растениями влагой описывается линейной зависимостью:

где к_>с, – коэффициент транспирации, т. е. количество влаги, испаренной с 1 га, α_>т – доля транспирации в полном испарении с единицы площади, К_>с – калорийность сухой органической массы, Е – скорость испарения в мм/год, ρE – количество влаги, испаренной с единицы площади. Среднее значение ρE равно 400, это значит, что для синтеза 1 т растений требуется 400 т воды.

Полезно сравнить эту вели чину с потребностью воды для искусственного синтеза: для лав сана требуется – 4200 тонн воды при синтезе 1 тонны, для капрона – 5600 тонн! (См. таблицу 4)

Можно только восхищаться совершенством «технологии» при роды. Коэффициент α_>т зависит от характера поверхности, для обработанной почвы 0,4, для необработанной – 0,9. Учитывая, что доля обработанной суши равна примерно 2/3 всей, получим для среднего значения:

Тогда количество произведенной биомассы (чистый продукт) на суше, на площади S и Кс = 19 10^>13 Дж:

Распределение материи в трофической цепи удобно определять в Вт. Эта величина достаточно хорошо совпадает с экспериментально определенной. Теперь необходимо учесть долю энергии, расходуемой на транспирацию:

где L_>в = 25,7 10^>3 Дж/г – скрытая теплота испарения воды.

Связь между η_>т и η_>ф находится из выражения:

Предполагая, что для поверхности суши, не преобразованной человеком, величина α_>т = 0,9, а значение η_>ф = 0,05, получим η_>т = 0,25.

Это значит, что на транспирацию растений используется до 25 % солнечной энергии, падающей на Землю. А так как возобновляемые запасы пресной воды существуют только благодаря испарению с поверхности океана, то можно считать, что растения используют около 60 % всех возобновимых водных ресурсов. Труд но представить, но это факт. Большая часть всех пресных вод на Земле проходит через биологическую «машину» биосферы.

В связи с этим важно подчеркнуть, что загрязняя воды мы неизбежно вводим эти загрязнения в биоценозы, а через них по трофическим цепям в себя.

Теперь снова вернемся к трофической цепи после того, как определено распределение солнечной энергии в ее первом звене – продуцентах. Простая трофическая цепь может быть составлена из четырех звеньев. В трофических цепях реализуется круговорот вещества и энергии, называемый биоциклическим. Он не является изолированным, он входит в геологический круговорот, рис. 9.

Рис. 9. Круговорот вещества и энергии в трофической цепи

Биогеоценоз или экосистему можно рассматривать как «машину» по трансформированию вещества и энергии. Очевидно, что антропогенное воздействие нарушает работу этой «машины» так как детерминированность биопроцессов мала по сравнению, например, с прохождением тока по проводнику или движением поршня в цилиндре.

Абстрагируя элементы трофической цепи, представим ее в виде схемы. Цифра в круге – номер биомассы В_>i звеньев цепи от 0 до n, рис. 10.

Рис. 10. Перенос вещества и энергии в трофической цепи.

Здесь W