Енергетична ефективність рослин і тварин

6.3.1.6. Енергетична ефективність рослин і тварин

Поглинання світла зеленими рослинами є основою для розрахунків енергетичної ефективності трофічного рівня рослин. Вірогідно, – зазначає Р.Ріклефс (1979), – від 20 до 30% усього світла, яке досягає поверхні Землі в продуктивних місцезростаннях, поглинається зеленими рослинами. Більша частина світла або відбивається, або поглинається головним чином ґрунтом і водою. Ефективність загальної продукції, як зазначено вище, становить звичайно не менше 2%. На прикладі кукурудзяного поля автор показує, що лише 1,6% світлової енергії, яка падає на цей зелений килим, асимілюється в процесі фотосинтезу. Решта енергії або перетворюється в тепло (54%) або ж поглинається водою в ґрунті та листках у процесі випаровування і транспірації. В лабораторних умовах ефективність фотосинтезу можна довести до максимального значення – 34%.

Всі живі організми творять біомасу. Біомаса – це виражена в одиницях маси чи енергії кількість живої речовини організмів (популяцій, видів, груп видів, окремих живих екологічних компонентів, біотичних угруповань загалом), які припадають на одиницю площі або об'єму. Для зіставлення параметрів біомаси її виражають в одиницях сухої речовини. Сукупну масу організмів, присутніх у різних екосистемах Землі (наземних і водних), наведено в табл. 6.3.

Таблиця 6.3 Біомаса основних екосистем земної кулі

Ще одним надзвичайно важливим показником автотрофного блоку екосистеми є первинна продукція, яка являє собою біомасу підземних і надземних органів, а також енергію і біогенні леткі речовини, вироблені автотрофною рослинністю на одиницю площі за одиницю часу. Виражається звичайно в грамах біомаси на 1 м кв за рік.
Первинна валова продукція – це сумарна продукція фотосинтезу (сумарна асиміляція), яка включає і речовину, яка згоряє в процесі дихання за період спостереження. Чиста первинна продукція (видимий фотосинтез) – це швидкість накопичення органічної речовини понад ту, яка затрачена на дихання, чиста продукція – та, яку можна зважити в процесі збору.
Оцінка ефективності чистої продукції коливається в межах 30-85% залежно від місцезростання (табл. 6.4).

Таблиця 6.4 Ефективність чистої продукції (відношення чистої продукції до загальної первинної продукції) деяких рослин у рослинних угрупованнях

Як бачимо, швидкоросла рослинність помірної зони (луки, посіви, водні угруповання) має досить високу ефективність первинної продукції (75-85%). Нижчою ефективністю відрізняється тропічна рослинність (40-50%); це пов'язано, мабуть, з підвищеною ефективністю дихання стосовно ефективності фотосинтезу.
Відмінність в енергетичній ефективності наземних місцезростань приблизно відповідає відмінностям у співвідношенні фотосинтезуючої (листя) і опорної (стовбур, гілки) тканин у різних рослин. У лісових дерев листя становить 1-10% надземної біомаси, у чагарників – 20-60%, а в більшості трав'янистих рослин – понад 80%. Нефотосинтезуючі живі частини рослин дихають, хоча поверхнева кора і серцевина стовбурів і гілок не дихають. Значне місце в процесі дихання відведене корінню.
Тварини, на відміну від рослин, вимушені більше енергії витрачати на підтримку свого існування: утримування постійної температури тіла та пересування в пошуках їжі. Крім того, їхня асиміляційна ефективність значною мірою залежить від складу їжі: тваринний корм перетравлюється
краще, ніж рослинний. У хижаків, наприклад, ефективність асиміляції становить 60-90% вживаної їжі. Значно нижча ефективність комахоїдів, оскільки хітиновий поверхневий скелет багатьох комах погано перетравлюється, що погіршує асиміляційну діяльність організму. Ще нижча асиміляційна ефективність тварин, які вживають корм із відносно високим вмістом лігніну, целюлози й інших неперетравлюваних матеріалів. Наприклад, жуки-свердлильники, які живляться дерев'янистими частинами рослин, або дуже повільно ростуть, або ж поїдають нездерев'янілі живі клітини, що розташовані відразу під корою.
Для рослиноїдних тварин кращим кормом є листя, яке містить 2-4% білка. Проте часто рослини, виробляючи механізм захисту листя (потовщена кутикула, шипи й шпичаки, таніни й інші хімічні утворення), роблять його неїстівним. Найпривабливішим повноцінним кормом для рослиноїдів є плоди: соснові горішки, наприклад, містять близько 50% масел, 30% білків і 5% цукру.
Асиміляційна ефективність значною мірою залежить від поживності їхнього корму. Наприклад, при споживанні насіння вона сягає 80%, молодого листя – 60, старого листя – 30-40, а деревини – 10-20% і навіть нижче (залежно від ступеня її розкладу).
Ефективність чистої продукції у тварин обернено пропорційна їхній активності: у птахів, наприклад, вона нижче 1%, у дрібних ссавців із високою швидкістю розмноження (кролі, миші) – до 6%. Людина підтримує ефективність чистої продукції великої рогатої худоби на рівні 11%, забиваючи тварин відразу після завершення їх росту або й раніше.