Осовные понятия
Для функционирования экологических систем необходима энергия, которая поступает в них преимущественно в виде лучистой энергии солнечного света.
Понятие «энергия» определяют как способность производить работу.
Все разнообразие процессов, явлений (изменение состояния) в природе сопряжено с превращениями энергии, при которых происходит ее переход из одной формы в другие. Все экосистемы и биосфера в целом подчинены и регулируются теми же законами, что и неживая природа. Важнейшая работа, выполняемая в экосистеме автотрофов - создание биомассы, в которой соединены минеральные элементы и солнечная энергия, нужные для организмов -гетеротрофов. В ходе фотосинтеза водород, входящий в состав воды, и диоксид углерода связываются химически с созданием глюкозы. Уравнение процесса фотосинтеза можно представить в виде:
$6CO_2 + 6H_2O = C_6H_{12}O_6 + 6O_2$ - энергия света
Уникальность данного процесса состоит в том, что в образовавшейся глюкозе на каждый грамм ассимилированного углерода связывается 39 060 Дж энергии. т. е. процесс фотосинтеза идет с накоплением энергии.
У всех растений реакции фотосинтеза идентичны: атомы водорода, отщепляющиеся в результате фотолиза воды, соединяются с двуокисью углерода.
У бактерий же, способных к фотосинтезу, выработались иные биохимические пути синтеза сахаров. Например, фотосинтезирующие серные пурпурные бактерии необходимый для синтеза сахаров водород получают не из воды, а из сернистого водорода ($H_2S$). Соответствующаю химическая реакция идет под действием энергии солнца:
$12H_2S+ 6CO_2 = C_6H_{12}O_6 + 6H_2O + 12S$
Распределение первичной продукции
Образовавшаяся в процессе фотосинтеза (или хемосинтеза) глюкоза носит название валовой первичной продукции (поскольку образовалась впервые). Ее называют также валовой первичной продуктивностью (GРР) или валовым фотосинтезом, или общей ассимиляцией. Однако из одной только глюкозы растение не может построить своего тела (накопить биомассу). Для этого нужен ряд других элементов - $P, N, K, Mg, Ca$ и т.д.
Поступив в клетки растения (через корни), они в результате биохимических реакций (биосинтеза) включаются в создание более сложных органических соединений – целлюлозы, нуклеиновых кислот, белков, жиров, масел, лигнинов, воска, смол, пигментов и т. д. Все эти соединения являются строительным материалом для построения тела растения.
Но для синтеза указанных соединений также нужна энергия, причем не в форме света, а энергия химических связей, которую растение получает в результате окисления части ранее созданной глюкозы (валовой первичной продукции)
Органическое вещество, образовавшееся в результате биосинтеза из глюкозы и минеральных соединений, называют чистой первичной продуктивностью ($NPP$). Эту величину называют также чистой продукцией, наблюдаемым фотосинтезом или чистой ассимиляцией. Следовательно, чистую первичную продуктивность можно определить как разность между валовой первичной продуктивностью и дыханием автотрофов.
$NPP= GPP- Ra,$
Где $GPP$ – валовая первичная продуктивность, $Ra$ – «дыхание растений».
Поскольку в экосистеме за время, пока создается чистая первичная продукция, возможно ее потребление гетеротрофными организмами (фитофагами), то итоговая величина чистой первичной продукции в экосистеме будет меньше начальной на величину потребления ее фитофагами ($Rн$). Эта величина носит название чистой продуктивности сообщества ($NCP$) и определяется как разность между чистой продуктивностью автотрофного сообщества и дыханием гетеротрофного сообщества $(NCP = NPP - Rн).$
Абсолютная величина $NCP$ является важной характеристикой экосистемы, т. к. на основании ее можно определить, какие процессы доминируют в экосистеме - синтеза или разложения.
