Книжки | Реферати

Реферат: Кругообіг речовин і потік енергії в екосистемах

Кругообіг речовин і потік енергії в екосистемах

Харчування - Основний спосіб руху речовин і енергії.

Організми в екосистемі пов'язані спільністю енергії і поживних речовин, які необхідні для підтримки життя. Головним джерелом енергії для переважної більшості живих організмів на Землі є Сонце. Фотосинтезуючі організми (зелені рослини, ціанобактерії, деякі бактерії) безпосередньо використовують енергію сонячного світла. При цьому з вуглекислого газу і води утворюються складні органічні речовини, у яких частина сонячної енергії накопичується у формі хімічної енергії. Органічні речовини служать джерелом енергії не тільки для самої рослини, але і для інших організмів екосистеми. Вивільнення укладеної в їжі енергії відбувається в процесі дихання. Продукти дихання - вуглекислий газ, вода і неорганічні речовини -- можуть знову використовуватися зеленими рослинами. У підсумку речовини в даній екосистемі здійснюють нескінченний круговорот. При цьому енергія, укладена в їжі, не здійснює кругообіг, а поступово перетворюється на теплову енергію та йде з екосистеми. Тому необхідною умовою існування екосистеми є постійний приплив енергії ззовні (рис. 14.5).

Рис. 14.5. Сулммарний потік енергії (темні стрілки) і кругообіг речовин (світлі стрілки) в екосистемі.

Таким чином, основу екосистеми складають автотрофні організми-продуценти (виробники, творці), які в процесі фотосинтезу створюють багату енергією їжу - первинне органічна речовина. У наземних екосистемах найбільш важлива роль належить вищим рослинам, які, утворюючи органічні речовини, що дають початок усім трофічних зв'язків у екосистемі, служать субстратом для багатьох тварин, грибів і мікроорганізмів, які активно впливають на мікроклімат біотопу. У водних екосистемах головними виробниками первинного органічної речовини є водорості.

Готові органічні речовини використовують для отримання та накопичення енергії гетеротрофи, або консументи (споживачі). До гетеротрофи відносяться рослиноїдні тварини (консументи I Порядку), м'ясоїдні, що живуть за рахунок рослиноїдних форм (консументи II порядку), що споживають інших м'ясоїдних (консументи Ш порядку) і т. д.

Особливу групу консументів складають редуценти (руйнівники, або] деструктори), розкладають органічні залишки продуцентів і консументів до простих неорганічних сполук, що зат-му використовуються продуцентами. До редуцентам відносяться головним чином мікрорганізми - бактерії і гриби. У наземних екосистемах особливо важливе значення мають грунтові редуценти, залучають до загального кругообіг органічні речовини відмерлих рослин (вони споживають до 90% первинної продукції лісу). Таким чином, кожна жива організм у складі екосистеми займає певну екологічну нішу (місце) в складній системі екологічних взаємовідносин з іншими організмами і абіотичних умов середовища.

Харчові ланцюги (мережі) і трофічні рівні. Основою будь-якої екосистеми, її фундаментом є харчові (трофічні) і супутні їм енергетичні зв'язки. У них постійно відбувається перенесення Речовини та енергії, які укладені в їжі, створеної переважно рослинами.

Перенесення потенційної енергії їжі, створеної рослинами, через ряд організмів шляхом поїдання одних видів іншими називається ланцюгом живлення або харчової ланцюгом, а кожне її ланка-трофічних рівнем (рис. 14.6).

Рис. 14.6. Ланцюги живлення африканської саваною.

Перший трофічний рівень утворюють продуценти (рослини), другий - первинні консументи (рослиноїдні тварини), третє - вторинні консументи (м'ясоїдні тварини і паразити). Оскільки кожен організм має кілька джерел живлення і сам є об'єктом харчування для інших організмів з однієї і тієї ж харчового ланцюга або навіть з різних (всеїдні організми, наприклад людина, ведмідь, горобець, споживають як продуцентів, так і консументів, тобто живуть на різних трофічних рівнях), ланцюги харчування багаторазово розгалужуються і переплітаються в складні харчові мережі (мал. 14.7).

Рис. 14.7. Мережі харчування в екологічній системі.

Існують два основних типи харчових ланцюгів - пасовищні (ланцюги виїданням, або ланцюга споживання) і детрітние (ланцюги розкладання). Пасовищні ланцюга починаються з продуцентів: конюшина -> кролик -> вовк; фітопланктон (водорості) -> зоопланктон (найпростіші) -> плітка -> щука -> скопа.

Детрітние ланцюга починаються від рослинних і тваринних решток, екскрементів тварин -- детриту; йдуть до мікроорганізмів, які ними харчуються, а потім до дрібних тваринам (детрітофагам) і до їх споживачів - хижаків. Детрітние ланцюга найбільш поширені в лісах, де більша частина (понад 90%) щорічного приросту біомаси рослин не споживається безпосередньо рослиноїдних тваринами, а відмирає, піддаючись розкладання (сапротрофнимі організмами) і мінералізації. Типовим прикладом детрітной харчової зв'язку наших лісів є наступний: листова підстилка -> дощовий черв'як -> чорний дрізд-> яструб-перепелятник. Крім дощових черв'яків, детрітофагамі є мокриці, кльоші, ногохвосткі, нематоди та ін

Екологічні піраміди. Харчові мережі всередині кожного біогеоценозу мають добре виражену структуру. Вона характеризується кількістю, розміром і загальною масою організмів - Біомасою - на кожному рівні ланцюга живлення. Для пасовищних харчових ланцюгів характерно збільшення щільності популяцій, швидкості розмноження і продуктивності їх біомас. Зниження біомаси при переході з одного харчового рівня на інший обумовлено тим, що далеко не вся їжа асимілюється консументами. Так, наприклад, у гусені, живиться листям, у кишечнику всмоктується тільки половина рослинного матеріалу, решта виділяється у вигляді екскрементів. Крім того, більша частина поживних речовин, всмоктується кишечником, витрачається на дихання і лише 10-15% у кінцевому рахунку використовується на побудова нових кліток і тканин гусениці. З цієї причини продукція організмів кожного наступного трофічного рівня завжди менше (в середньому в 10 разів) продукції попереднього, тобто маса кожної наступної ланки в ланцюзі харчування прогресивно зменшується. Ця закономірність отримала назву правило екологічної піраміди (рис. 14.8).

Рис, 14.8. Спрощена екологічна піраміда.

Розрізняють три способи складання екологічних пірамід:

1. Піраміда чисельностей відображає чисельне співвідношення особин різних трофічних рівнів екосистеми. Якщо організми в межах одного чи різних трофічних рівнів сильно розрізняються між собою за розмірами, то піраміда чисельностей дає спотворені уявлення про істіннихсоотношеніях трофічних рівнів. Наприклад, в співтоваристві планктону чисельність продуцентів в десятки і сотні разів більше чисельності консументів, а в лісі сотні тисяч Консум-тов можуть харчуватися органами одного дерева - продуцента.

2. Піраміда біомас показує кількість живої речовини, або біомаси, на кожному трофічні рівні. У більшості наземних екосистем біомаса продуцентів, т. тобто сумарна маса рослин найбільша, а біомаса організмів кожного подальшого трофічного рівня менше попереднього. Однак у деяких спільнотах біомаса консументів I порядку буває більше біомаси продуцентів. Наприклад, в океанах, де основними продуцентами є одноклітинні водорості з високою швидкістю розмноження, їх річна продукція в десятки і навіть сотні разів може перевищувати запас біомаси. Разом з тим, вся освічена водоростями продукція так швидко втягується в ланцюзі харчування, що нагромадження біомаси водоростей мало, але внаслідок високих темпів розмноження невеликої їх запас виявляється достатнім для підтримки швидкості відтворення органічної речовини. У зв'язку з цим в океані піраміда біомас має зворотну співвідношення, тобто «перевернута». На вищих трофічних рівнях переважає тенденція до накопичення біомаси, так як тривалість життя хижаків велика, швидкість обороту їх генерацій, навпаки, мала, і в їхньому тілі затримується значна частина речовини, що поступає по ланцюгах харчування.

3. Піраміда енергії відбиває величину потоку енергії в ланцюзі харчування. На форму цієї піраміди не впливають розміри особин, і вона завжди буде мати трикутну форму з широкою основою внизу, як це диктується другим законом термодинаміки. Тому піраміда енергії дає найбільш повне і точне уявлення про функціональної організації спільноти, про всіх обмінних процесах в екосистемі. Якщо піраміди чисел і біомас відображають статику екосистеми (кількість і біомасу організмів в даний момент), то піраміда енергії-динаміку проходження маси їжі через ланцюги живлення. Таким чином, підстава в пірамідах чисел і біомас може бути більше або менше, ніж наступні трофічні рівні (в залежно від співвідношення продуцентів і консументів в різних екосистемах). Піраміда енергії завжди звужується догори. витрачена на дихання, не передається на наступний трофічний рівень і йде з екосистеми. Тому кожен наступний рівень завжди буде менше попереднього. У наземних екосистемах зменшення кількості доступної енергії зазвичай супроводжується зниженням чисельності та біомаси особин на кожному трофічні рівні. Внаслідок таких великих втрат енергії на побудову нових тканин і дихання організмів ланцюга харчування не можуть бути довгими; зазвичай вони складаються з 3-5 ланок (трофічних рівнів).

Знання законів продуктивності екосистем, можливість кількісного обліку потоку енергії мають важливе практичне значення, оскільки продукція природних і штучних спільнот (агроіенозов) є основним джерелом запасів їжі для людства. Точні розрахунки потоку енергії і масштабів продуктивності екосистем дозволяють регулювати в них кругообіг речовин таким чином, щоб домагатися найбільшого виходу необхідної для людини продукції.

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://biology.asvu.ru

розмістити на Facebook розмістити в Twitter розмістити на ВКонтакте.ру