Круговорот веществ и поток энергии в природе. Круговорот веществ и поток энергии в природе презентация к уроку по биологии (10 класс)

РЕФЕРАТ
по дисциплине «Экология»
на тему:
«Поток энергии и круговорот веществ в природе»

Выполнил:
студент гр. ЗЭВМ-107
Бочаров А.В.

Приняла:
Мищенко Т. В.

ВЛАДИМИР 2011

Введение ……………………………………………………….….………….. 3
1. Поток энергии в биосфере …………………………………..……………. 5
2. Биогеохимические круговороты …………………………….….………... 7
2.1 Круговорот воды ………………………………………….….…… 9
2.2 Круговорот кислорода …………………………………….……... 11
2.3 Круговорот углерода ………………………….………………… 12
2.4 Круговорот азота ………………………………………….……… 14
2.5 Круговорот фосфора ……………………….…………….……….. 17
2.6 Круговорот серы ……………………………………….…………. 18
3.Факторы, влияющие на круговорот веществ в природе ………………... 19
4. Влияние человека на круговороты веществ в природе ………………… 23
Заключение ………………………………………………….……………….. 26
Список используемых источников литературы……………….…………… 27

Введение
Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами.
Экосистемы - это сообщества организмов, связанные с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. В любом конкретном местообитании запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов (в результате дыхания, экскреции, дефекации), так и после их смерти, в результате разложения трупов и растительных остатков. Таким образом, сообщество обретает с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.
Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ, называют экосистемой. Такой термин был предложен в 1935 году английским экологом А.Тенсли, который подчеркивал, что при таком подходе неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты, и мы не можем отделить организмы от конкретной окружающей среды. А.Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли, хотя они и не имеют определенного объема и могут охватывать пространство любой протяженности.
Большинство веществ земной коры проходит через живые организмы и вовлечено в биологический круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость. В энергетическом отношении жизнь в биосфере поддерживается постоянным притоком энергии от Солнца и использованием ее в процессах фотосинтеза. Деятельность живых организмов сопровождается извлечением из окружающей их неживой природы больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный круговорот веществ в природе, то есть циркуляция веществ между атмосферой, гидросферой, литосферой и живыми организмами.
Целью данного реферата является изучение циркуляции потока энергии и веществ в природе, и раскрытие выбранной темы.
Тема моего реферата очень велика. О ней можно говорить долго. Но я затрону только те вопросы, которые считаю наиболее важными и близкими к выбранной теме.

1. ПОТОК энергии в биосфере
Поток солнечной энергии, воспринимаясь молекулами живых клеток, преобразуется в энергию химических связей. В процессе фотосинтеза растения используют лучистую энергию солнечного света для превращения веществ с низким содержанием энергии (СО 2 и Н 2 О) в более сложные органические соединения, где часть солнечной энергии запасена в форме химических связей.
Образованные в процессе фотосинтеза органические вещества могут служить источником энергии для самого растения или переходят в процессе поедания и последующего усвоения от одних организмов к другим: от растения к растительноядным животным, от них – к плотоядным и т.д. Высвобождение заключенной в органических соединениях энергии происходит в процессе дыхания или брожения. Разрушение использованных или отмерших остатков биомассы осуществляют разнообразные организмы, относящиеся к числу сапрофитов (гетеротрофные бактерии, грибы, некоторые животные и растения). Они разлагают остатки биомассы на неорганические составные части (минерализация), способствуя вовлечению в биологический круговорот соединений и химических элементов, что обеспечивает очередные циклы и продуцирования органического вещества. Однако содержащаяся в пище энергия не совершает круговорота, а постепенно превращается в тепловую энергию. В конечном итоге вся поглощенная организмами в виде химических связей солнечная энергия снова возвращается в пространство в виде теплового излучения, поэтому биосфере необходим приток энергии извне.
В отличие от веществ, которые непрерывно циркулируют по разным блокам экосистемы и всегда могут вновь входить в круговорот, энергия может быть использована только один раз.
Односторонний приток энергии как универсальное явление природы происходит в результате действия законов термодинамики, относящимся к основам физики. Первый закон утверждает, что энергия может переходить из одной формы (например, энергия света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но она никогда не создается вновь и не исчезает.
Второй закон термодинамики гласит, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потери некоторой ее части. В таких превращениях определенное количество энергии рассеивается в недоступную тепловую энергию, и, следовательно, теряется. По этой причине не может быть превращений, например пищевых веществ в вещество, из которого состоит тело организма, идущих со 100-процентной эффективностью.
Существование всех экосистем зависит от постоянного притока энергии, которая необходима всем организмам для поддержания их жизнедеятельности и самовоспроизведения.
Солнце – практически единственный источник всей энергии на Земле. Однако далеко не вся энергия солнечного излучения может усваиваться и использоваться организмами. Лишь около половины обычного солнечного потока, падающего на зеленые растения (то есть на продуценты), поглощается фотосинтетическими элементами и лишь малая доля поглощенной энергии (от 1/100 до 1/20 части) запасается в виде биохимической энергии (энергии пищи).
Таким образом, большая часть солнечной энергии теряется в виде тепла на испарение. В целом поддержание жизни требует постоянного притока энергии. И где бы ни находились живые растения и животные, мы всегда найдем здесь источник их энергии.

2. Биогеохимические круговороты
Химические элементы, входящие в состав живого, обычно циркулируют в биосфере по характерным путям: из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Для биогенной миграции свойственно накопление химических элементов в организмах (аккумуляция) и их высвобождение в результате минерализации отмершей биомассы (детрита). Такие пути циркуляции химических веществ (в большей или меньшей степени замкнутые), протекающие с использованием солнечной энергии через растительные и животные организмы, называют биогеохимическими круговоротами (био относится к живым организмам, а гео – к почве, воздуху, воде на земной поверхности).
Различают круговороты газового типа с резервуарами неорганических соединений в атмосфере или океанах (N 2 , О 2 , СО 2 ,Н 2 О) и круговороты осадочного типа с менее обширными резервуарами в земной коре (Р, Са, Fе).
Необходимые для жизни элементы и растворенные соли условно называют биогенными элементами (дающими жизнь), или питательными веществами. Среди биогенных элементов различают две группы: макротрофные вещества и микротрофные вещества.
Первые охватывают элементы, которые составляют химическую основу тканей живых организмов. Сюда относятся: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера.
Вторые включают в себя элементы и их соединения, также необходимые для существования живых систем, но в исключительно малых количествах. Такие вещества часто называют микроэлементами. Это железо, марганец, медь, цинк, бор, натрий, молибден, хлор, ванадий и кобальт. Хотя микротрофные элементы необходимы для организмов в очень малых количествах, их недостаток может сильно ограничить продуктивность, так же как и нехватка биогенных элементов.
Циркуляция биогенных элементов сопровождается обычно их химическими превращениями. Нитратный азот, например, может превращаться в белковый, затем переходить в мочевину, превращаться в аммиак и вновь синтезироваться в нитратную форму под влиянием микроорганизмов. В процессах денитрификации и фиксации азота принимают участие различные механизмы, как биологические, так и химические.
Углерод, содержащийся в атмосфере в виде СО 2 , является одним из исходных компонентов для фотосинтеза, а затем вместе с органическим веществом потребляется консументами. При дыхании растений и животных, а также за счет редуцентов углерод в виде СО 2 возвращается в атмосферу.
В отличие от азота и углерода резервуар фосфора находится в горных породах, подвергающихся эрозии и высвобождающих в экосистемы фосфаты. Большая их часть попадает в море и частично вновь может быть возвращена на сушу через морские пищевые цепи, заканчивающиеся рыбоядными птицами (образование гуано). Усвоение фосфора растениями зависит от кислотности почвенного раствора: по мере повышения кислотности практически нерастворимые в воде фосфаты превращаются в хорошо растворимую фосфорную кислоту.
В отличие от энергии биогенные элементы могут использоваться неоднократно: круговорот их характерная черта. Другое отличие от энергии состоит в том, что запасы биогенных элементов непостоянны. Процесс связывания некоторой их части в виде живой биомассы снижает количество, остающееся в среде экосистемы.
Рассмотрим подробнее биогеохимические круговороты некоторых веществ.

Круговорот воды

Круговорот кислорода

Круговорот углерода

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Круговорот веществ и энергии в природе

Круговорот веществ - это повторяющиеся процессы превращения и перемещения вещества в природе, имеющие более или менее цикличный характер. Все вещества на нашей планете находятся в процессе круговорота. В природе имеется два основных круговорота Большой (геологический) Малый (биогеохимический)

Большой круговорот веществ Большой круговорот длится миллионы лет, обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли. Связан с геологическими процессами, образованием и разрушением горных пород и последующим перемещением продуктов разрушения.

Малый круговорот веществ Малый круговорот (биогеохимический) совершается в пределах биосферы, на уровне биоценоза. Сущность его – в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Биогеохимические циклы – Вернадский В.И.

Круговорот воды Тр сток инф Испарение воды Конденсация паров Выпадение осадков сток Транспирация инфильтрация

Транспирация - процесс движения воды через растение и её испарение через наружные органы растения, такие как листья, стебли и цветы. Вода необходима для жизнедеятельности растения, но только небольшая часть воды, поступающей через корни используется непосредственно для нужд роста и метаболизма.

Круговорот воды

Круговорот воды Основная часть воды сосредоточена в океанах. Вода, испаряясь с их поверхности, снабжает естественные и искусственные экосистемы суши. Чем ближе район к океану, тем больше там выпадает осадков. Суша постоянно возвращает воду океану: часть влаги испаряется, активнее всего в лесах, часть собирают реки: в них поступают дождевые и талые воды. Обмен влагой между океаном и сушей требует очень больших энергетических затрат: на это расходуется примерно 30% поступающей на Землю солнечной энергии.

Влияние человека на круговорот воды Круговорот воды в биосфере до развития цивилизации был равновесным, т.е. океан получал от рек столько воды, сколько расходовал ее при испарении. С развитием цивилизации этот круговорот стал нарушаться. В частности, леса испаряют все меньше воды, т.к. их площадь сокращается, а поверхность почвы, наоборот все больше, т.к. увеличивается площадь орошаемых сельхоз. угодий. Обмелели реки южных районов. Вода хуже испаряется с поверхности океана, т.к. значительная её часть покрыта пленкой нефти. Все это ухудшает водоснабжение биосферы.

Более частыми становятся засухи, возникают очаги экологических бедствий. Например, более 35 лет длится катастрофическая засуха в Африке, в зоне Сахеля – полупустынной области, отделяющей Сахару от северных стран континента. Пресная вода, которая возвращается в океан и другие водоемы с суши, часто загрязнена. Практически непригодной для питья стала вода многих рек России. Доля пресной воды, доступной живым организмам, довольно мала, поэтому её нужно расходовать экономно и не загрязнять! Каждый четвертый житель планеты испытывает недостаток в чистой питьевой воде. Во многих районах мира не хватает воды для промышленного производства и орошения.

Разные составляющие гидросферы участвуют в круговороте воды по-разному и с разной скоростью. Для полного обновления воды в составе ледников необходимо 8000 лет, подземных вод – 5000 лет, океана – 3000 лет, почвы – 1 год. Пары атмосферы и речные воды полностью обновляются за 10 – 12 суток. Круговорот воды в природе занимает около 1 млн. лет.

Круговорот кислорода Кислород входит в состав самых распространенных элементов в биосфере. Содержание кислорода в атмосфере почти 21%. Кислород входит в состав молекул воды, в состав живых организмов (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты). Кислород производится продуцентами (зелеными растениями). Важное место в круговороте кислорода занимает озон. Озоновый слой находится на высоте 20-30 км над уровнем моря. На содержание кислорода в атмосфере влияют 2 основных процесса: 1) фотосинтез 2) разложение органического вещества, при котором он расходуется.

Круговорот кислорода – замедленный процесс. Для полного обновления всего кислорода в атмосфере требуется около 2000 лет. Для сравнения: полное обновление углекислого газа в атмосфере происходит примерно за 3 года. Кислород расходуется для дыхания большинства живых организмов. Кислород используется при сжигании горючего в ДВС, в топках ТЭС, в двигателях самолетов и ракет и т.д. Дополнительное антропогенное расходование может нарушить равновесие круговорота кислорода. Пока биосфера компенсирует вмешательство человека: потери восполняются зелеными растениями. При дальнейшем уменьшении площади лесов и сжигании всё большего количества топлива содержание кислорода в атмосфере начнет сокращаться.

ЭТО ВАЖНО!!! При снижении содержания кислорода в воздухе до 16% у человека ухудшается самочувствие (в особенности страдает сердце), до 7% - человек теряет сознание, до 3% - наступает смерть.

Круговорот углерода

Круговорот углерода Углерод – основа органических соединений, он входит в состав всех живых организмов в виде белков, жиров, углеводов. В атмосферу углерод поступает в виде углекислого газа. В атмосфере, где сконцентрирована основная масса углекислого газа, постоянно происходит обмен: растения поглощают углекислый газ при фотосинтезе, а все организмы выделяют его при дыхании. До 50% углерода в виде СО 2 возвращают в атмосферу редуценты – микроорганизмы почвы. Углерод выходит из круговорота в виде карбоната кальция.

Влияние человека на круговорот углерода Техногенная деятельность человека нарушает естественный баланс круговорота углерода: 1)при сгорании органического топлива ежегодно в атмосферу выбрасывается около 6 млрд. т СО 2: а) Производство электроэнергии на ТЭЦ б) Выхлопные газы автомобилей 2)уничтожение лесов. В течение последних 100 лет содержание углекислого газа в атмосфере неуклонно и быстро растет. Углекислый газ + метан + пары воды + озон + оксиды азота = парниковый газ. В результате – парниковый эффект – глобальное потепление, которое может привести к масштабным стихийным бедствиям.

Круговорот азота В свободной форме азот является составной частью воздуха – 78 % . Азот- один из самых важных элементов для жизнедеятельности организмов. Азот входит в состав всех белков. Молекула азота очень прочная, по этой причине большинство организмов не способно усваивать атмосферный азот. Живыми организмами азот усваивается только в форме соединений с водородом и кислородом. Фиксация азота в химические соединения происходит в результате вулканической и грозовой деятельности, но большей частью – в результате деятельности микроорганизмов – фиксаторов азота (азотфиксирующие бактерии и сине-зеленые водоросли).

Азот поступает к корням растений в форме нитратов, которые используются для синтеза органики (белков). Животные потребляют азот с растительной или животной пищей. Возврат азота в атмосферу происходит в результате разрушения отмершего органического материала. Бактерии почвы разлагают белки до неорганических веществ – газов - аммиак, оксиды азота, которые поступают в атмосферу. Попавший в водоемы азот также проходит по пищевым цепям «растение – животное – микроорганизмы» и возвращается в атмосферу.

Воздействие человека на круговорот азота Техногенная деятельность человека нарушает естественный баланс круговорота азота. При распашке земель почти в 5 раз снижается активность микроорганизмов – фиксаторов азота, поэтому снижается содержание азота в почве, что приводит к снижению плодородия почвы. Поэтому человек вносит в почву избыток нитратов, входящих в минеральные удобрения. Большое количество оксидов азота поступает в атмосферу при сжигании и переработке газа, нефти, угля и выпадает в виде кислотных дождей. Восстановление естественного круговорота азота возможно за счет уменьшения производства азотных удобрений, сокращения промышленных выбросов оксидов азота в атмосферу и прочее.

Круговорот фосфора

В отличие от круговоротов воды, углерода, азота и кислорода, которые являются закрытыми, круговорот фосфора – открытый, т.к. фосфор не образует летучих соединений, поступающих в атмосферу. Фосфор содержится в горных породах, откуда попадает в экосистемы при естественном разрушении пород или при внесении на поля фосфорных удобрений. Растения поглощают неорганические соединения фосфора, а животные питающиеся этими растениями, накапливают фосфор в своих тканях. После разложения мертвых тел животных и растений не весь фосфор вовлекается в круговорот. Часть его вымывается из почвы в водоемы (реки, озера, моря) и оседает на дно. На сушу фосфор возвращается в небольшом количестве с выловленной человеком рыбой.

Воздействие человека на круговорот фосфора Перенос фосфора с суши в океан заметно усилился под влиянием человека. При уничтожении лесов, распашке почв возрастает объем поверхностного стока воды, а кроме того в реки, озера с полей поступают внесенные фосфорные удобрения. Поскольку запасы фосфора на суше ограничены, а его возврат из океана затруднен, в будущем в земледелии возможен недостаток фосфора, что вызовет снижение урожаев (в первую очередь зерновых культур).

Любая жизнь требует постоянного притока энергии и вещества. Энергия расходуется на осуществление основных жизненных реакций, вещество идет на построение тел организмов. Существование природных экосистем сопровождается сложными процессами вещественно-энергетического обмена между живой и неживой природой. Процессы зависят не только от состава биотических веществ, но и от физической среды.

Потоки энергии и вещества рассматриваются в экологии как передача энергии и вещества извне к автотрофам и далее по цепям питания от организмов одного трофического уровня к следующему.

Поток энергии в сообществе ― это переход энергии от организмов одного уровня к другому в форме химических связей органических соединений.

Поток вещества ― перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам и далее через химические реакции, происходящие без участия живых организмов, вновь к продуцентам.

Поток вещества происходит по замкнутому циклу, поэтому его и называют круговоротом.

Поток вещества и поток энергии ― не тождественные понятия, хотя нередко для измерения потока вещества используются различные энергетические эквиваленты (калории, килокалории, джоули).

Принципиальное различие между потоками вещества и энергии в экосистеме заключается в том, что биогенные элементы (азот, углерод, фосфор и т.д.), составляющие органическое вещество, могут многократно участвовать в круговороте веществ, тогда как поток энергии однонаправлен и необратим.

Существование всех экосистем зависит от постоянного притока энергии, которая необходима всем организмам для поддержания их жизнедеятельности и самовоспроизведения.

Основным каналом переноса энергии в сообществе является пищевая цепь. По мере удаления от первичного продуцента поток энергии резко ослабевает ― количество энергии уменьшается.

Задание

Пользуясь правилом 10 %, рассчитайте долю энергии, поступающей на 4-й трофический уровень, при условии, что ее общее количество на первом уровне составляло 100 единиц.

Круговорот веществ и превращения энергии - необходимое условие существования любой экосистемы. Перенос веществ и энергии в цепях питания в экосистеме.

Экосистема может обеспечить круговорот вещества только в том случае, если включает необходимые для этого четыре составные части: запасы биогенных элементов, продуценты , консументы и редуценты

Рис. 1. Необходимые компоненты экосистемы

Эта структура составлена несколькими группами организмов, каждая из которых выполняет определенную работу в круговороте веществ. Организмы, относящиеся к одному такому звену, образуют трофический уровень, а последовательные связи между трофическими уровнями образуют цепи питания, или трофические цепи. В экосистему входят организмы, различаемые по способу питания - автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (самопитающие) - организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ - в основном из углекислого газа и воды - посредством процессов фотосинтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы - все хлорофиллоносные (зеленые) растения и микроорганизмы. Хемосинтез наблюдается у некоторых почвенных и водных бактерий, которые используют в качестве источника энергии не солнечный свет, а ферментативное окисление ряда веществ - водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа.

Гетеротрофы (питающиеся другими) - организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это все животные, грибы и большая часть бактерий.

В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. В зависимости от источников питания и участия в деструкции они подразделяются на консументов и редуцентов.

Консументы - потребители органического вещества организмов. К ним относятся:

· консументы I порядка - растительноядные животные (фитофаги), питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон);

· консументы II порядка - плотоядные животные (зоофаги), поедающие других животных, - различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери), нападающие не только на фитофагов, но и других хищников. Существует немало животных со смешанным питанием, потребляющих и растительную и животную пищу - плотоядно-растительноядные и всеядные. Консументы I и II порядка занимают соответственно второй, третий, а иногда и следующий трофические уровни в экосистеме.

Редуценты - бактерии и низшие грибы - завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы молекулярный азот, минеральные элементы и последние порции двуокиси углерода.

Устойчивость экосистем. Зависимость устойчивости экосистем от числа обитающих в них видов и длины цепей питания: чем больше видов, цепей питания, тем устойчивее экосистема от круговорота веществ.

Искусственная экосистема - созданная в результате деятельности человека. Примеры искусственных экосистем: парк, поле, сад, огород.

Отличия искусственной экосистемы от естественной:

Небольшое число видов (например, пшеница и некоторые виды сорных растений на пшеничном поле и связанные с ними животные);

Преобладание организмов одного или нескольких видов (пшеница в поле);

Короткие цепи питания из-за небольшого числа видов;

Незамкнутый круговорот веществ вследствие значительного выноса органических веществ и изъятия их из круговорота в виде урожая;

Невысокая устойчивость и неспособность к самостоятельному существованию без поддержки человека.

Рис. 14.5 . Сулммарный поток энергии (темные стрелки) и круговорот веществ (светлые стрелки) в экосистеме.

Таким образом, основу экосистемы составляют автотрофные организмы -продуценты (производители, созидатели), которые в процессе фотосинтеза создают богатую энергией пищу - первичное органическое вещество. В наземных экосистемах наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, образуя органические вещества, дают начало всем трофическим связям в экосистеме, служат субстратом для многих животных, грибов и микроорганизмов , активно влияют на микроклимат биотопа. В водных экосистемах главными производителями первичного органического вещества являются водоросли .

Готовые органические вещества используют для получения и накопление энергии гетеротрофы , или консументы (потребители). К гетеротрофам относятся растительноядные животные (консументы I Порядка), плотоядные, живущие за счет растительноядных форм (консументы II порядка), потребляющие других плотоядных (консументы Ш порядка) и т. д.

Особую группу консументов составляют редуценты (разрушители, или] деструкторы), разлагающие органические остатки продуцентов и консументов до простых неорганических соединений, которые зат-ем используются продуцентами. К редуцентам относятся главным образом микрорганизмы - бактерии и грибы . В наземных экосистемах особенно важное значение имеют почвенные редуценты, вовлекающие в общий круговорот органические вещества отмерших растений (они потребляют до 90% первичной продукции леса). Таким образом, каждый живой организм в составе экосистемы занимает определенную экологическую нишу (место) в сложной системе экологических взаимоотношений с другими организмами и абиотическими условиями среды.

Пищевые цепи (сети) и трофические уровни. Основой любой экосистемы, ее фундаментом являются пищевые (трофические) и сопутствующие им энергетические связи. В них постоянно происходит перенос Вещества и энергии, которые заключены в пище, созданной преимущественно растениями.

Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания или пищевой цепью, а каждое ее звено -трофическим уровнем (рис. 14.6).

Рис. 14.6 . Цепи питания африканской саванне.

Рис. 14.7. Сети питания в экологической системе.

Существуют два основных типа пищевых цепей - пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер ->кролик -> волк ; фитопланктон (водоросли) -> зоопланктон (простейшие) ->плотва -> щука -> скопа .

Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных - детрита; идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям - хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (более 90%) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь разложению (сапротрофными организмами) и минерализации. Типичным примером детритной пищевой связи наших лесов является следующий: листовая подстилка -> дождевой червь -> черный дрозд-> ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагами являются мокрицы , клеши, ногохвостки, нематоды и др.

Экологические пирамиды. Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов - биомассой - на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых цепей характерно увеличение плотности популяций, скорости размножения и продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10-15% в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше (в среднем в 10 раз) продукции предыдущего, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правило экологической пирамиды (рис. 14.8).

Рис, 14.8. Упрощенная экологическая пирамида.

Различают три способа составления экологических пирамид:

1. Пирамида численностей отражает численное соотношение особей разных трофических уровней экосистемы. Если организмы в пределах одного или разных трофических уровней сильно различаются между собой по размерам, то пирамида численностей дает искаженные представления об истинныхсоотношениях трофических уровней. Например, в сообществе планктона численность продуцентов в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу сотни тысяч консумен-тов могут питаться органами одного дерева - продуцента.

2. Пирамида биомасс показывает количество живого вещества, или биомассы, на каждом трофическом уровне. В большинстве наземных экосистем биомасса продуцентов, т. е. суммарная масса растений наибольшая, а биомасса организмов каждого последующего трофического уровня меньше предыдущего. Однако в некоторых сообществах биомасса консументов I порядка бывает больше биомассы продуцентов. Например, в океанах, где основными продуцентами являются одноклеточные водоросли с высокой скоростью размножения, их годовая продукция в десятки и даже сотни раз может превышать запас биомассы. Вместе с тем, вся образованная водорослями продукция так быстро вовлекается в цепи питания, что накопление биомассы водорослей мало, но вследствие высоких темпов размножения небольшой их запас оказывается достаточным для поддержания скорости воссоздания органического вещества. В связи с этим в океане пирамида биомасс имеет обратное соотношение, т. е. «перевернута». На высших трофических уровнях преобладает тенденция к накоплению биомассы, так как длительность жизни хищников велика, скорость оборота их генераций, наоборот, мала, и в их теле задерживается значительная часть вещества, поступающего по цепям питания.

3. Пирамида энергии отражает величину потока энергии в цепи питания. На форму этой пирамиды не влияют размеры особей, и она всегда будет иметь треугольную форму с широким основанием внизу, как это диктуется вторым законом термодинамики. Поэтому пирамида энергии дает наиболее полное и точное представление о функциональной организации сообщества, о всех обменных процессах в экосистеме. Если пирамиды чисел и биомасс отражают статику экосистемы (количество и биомассу организмов в данный момент), то пирамида энергии -динамику прохождения массы пищи через цепи питания. Таким образом, основание в пирамидах чисел и биомасс может быть больше или меньше, чем последующие трофические уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов в различных экосистемах). Пирамида энергии всегда суживается кверху. Это обусловлено тем, что энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы. Поэтому каждый последующий уровень всегда будет меньше предыдущего. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается снижением численности и биомассы особей на каждом трофическом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов цепи питания не могут быть длинными; обычно они состоят из 3-5 звеньев (трофических уровней).

Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют важное практическое значение, поскольку продукция природных и искусственных сообществ (агроиенозов) является основным источником запасов пищи для человечества. Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода необходимой для человека продукции.

Чтобы проследить взаимосвязь живой и неживой природы, необходимо понимать, как происходит круговорот веществ в биосфере.

Смысл

Круговорот веществ - это повторяющееся участие одних и тех же веществ в процессах, происходящих в литосфере, гидросфере и атмосфере.

Выделяют два типа круговорота веществ:

• геологический (большой круговорот);
• биологический (малый круговорот).

Движущей силой геологического круговорота веществ являются внешние (солнечная радиация, гравитация) и внутренние (энергия недр Земли, температура, давление) геологические процессы, биологического - деятельность живых существ.

Большой круговорот происходит без участия живых организмов. Под действием внешних и внутренних факторов формируется и сглаживается рельеф. В результате землетрясений, выветривания, извержения вулканов, движения земной коры образуются долины, горы, реки, холмы, формируются геологические слои.

Рис. 1. Геологический круговорот.

Биологический круговорот веществ в биосфере происходит при участии живых организмов, которые преобразуют и передают энергию по пищевой цепочке. Устойчивая система взаимодействия живого (биотического) и неживого (абиотического) веществ называется биогеоценозом.

ТОП-3 статьи которые читают вместе с этой

Чтобы происходил круговорот веществ, необходимо выполнение нескольких условий:

• наличие примерно 40 химических элементов;
• присутствие солнечной энергии;
• взаимодействие живых организмов.

Рис. 2. Биологический круговорот.

У цикла веществ нет определённой отправной точки. Процесс непрерывный и одна стадия неизменно перетекает в другую. Можно начать рассматривать цикл из любой точки, суть останется прежней.

Общий круговорот веществ включает следующие процессы:

• фотосинтез;
• метаболизм;
• разложение.

Растения, являющиеся продуцентами в пищевой цепочке, преобразуют солнечную энергию в органические вещества, которые поступают с пищей в организм животных - редуцентов. После смерти происходит разложение растений и животных с помощью консументов - бактерий, грибов, червей.

Рис. 3. Пищевая цепочка.

Круговорот веществ

В зависимости от расположения веществ в природе выделяют два типа круговорота:

• газовый - происходит в гидросфере и атмосфере (кислород, азот, углерод);
• осадочный - происходит в земной коре (кальций, железо, фосфор).

Круговорот веществ и энергии в биосфере на примере нескольких элементов описан в таблице.

Прекращение круговорота веществ в природе означает нарушение хода жизни. Чтобы жизнь продолжалась, необходимо, чтобы энергия проходила цикл за циклом.

Что мы узнали?

Из урока узнали о сущности большого и малого круговорота веществ в биосфере, взаимодействии неживой природы с живыми организмами, а также рассмотрели круговорот воды, углерода, азота, кислорода, серы и фосфора.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.5 . Всего получено оценок: 129.