Потоки энергии (биологической и геохимической) в экосистемах
Потоки биологической энергии
Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. Вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводиться фотосинтезирующими организмами (автотрофами) в химические связи органических соединений. Гетеротрофы (растительноядные и хищники) получают энергию с пищей. Все живые существа включены в трофические связи.
Пищевые цепи и пищевая сеть. В функционирующей природной экосистеме не существует отходов. Все организмы, живые или мертвые, потенциально являются пищей для других организмов: гусеница ест листву, дрозд питается гусеницами, ястреб способен съесть дрозда. Когда растения, гусеница, дрозд и ястреб погибают, они в свою очередь перерабатываются редуцентами.
Пищевая цепь – последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Пищевые цепи – это также движение питательных веществ от продуцентов, консументов (травоядных, плотоядных и всеядных) к редуцентам и обратно к продуцентам.
Движение биологической энергии в экосистемах происходит посредством двух связанных типов пищевых цепей: пастбищной и детритной (рис. 3.5).В пастбищной пищевой сети живые растения поедаются фитофагами, а сами фитофаги являются пищей для хищников и паразитов.
В детритной пищевой сети отходы жизнедеятельности и мертвые организмы разлагаются детритофагами и деструкторами до простых неорганических соединений, которые вновь используются растениями.
|
|
|
Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню (от греческого слова trophos – «питающиеся»).
Рисунок 3.5 – Пастбищная и детритная пищевые цепи
Организмы природных экосистем вовлечены в сложную сеть пищевых отношений. Такая сеть называется пищевой сетью (рис. 3.6).
Рисунок 3.6 – Пищевая сеть
Пирамиды энергетических потоков. С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии, доступной организмам следующего трофического уровня, снижается.
Как правило, при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и только 10% передается на следующий уровень.
Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется запасённой энергии. Поэтому длина пищевой цепи обычно не превышает 4 - 5 звеньев.
Пирамиды численностей и биомасс. Мы можем собрать все образцы организмов в экосистеме и подсчитать численность всех видов, обнаруженных на каждом трофическом уровне. Такая информация необходима для создания пирамиды численностей для экосистем (рис. 3.7).
|
|
|
Рисунок 3.7 – Обобщенные пирамиды численностей в экосистемах
Вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы, называется биомассой. Каждый трофический уровень пищевой цепи содержит определенное количество биомассы, которые в дальнейшем используются для построения пирамиды биомасс для определенной экосистемы (рис. 3.8).
Рисунок 3.8 – Обобщенные пирамиды биомасс в экосистемах. Размер каждого слоя пропорционален сухой массе на квадратный метр всех организмов
на данном трофическом уровне
Потоки геохимической энергии
Круговорот веществ – это обмен химическими элементами между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят в середине экосистемы. Осуществление круговорота веществ и освобождение запасенной в органическом веществе энергии – важная часть функции пищевых цепей в экосистеме.
Если пищевую цепь дополнить редуцентами, которые превращают органическое вещество в минеральное, усвоенное продуцентами в процессе образования органического вещества, то получим замкнутую цепь. По таким замкнутым цепям в природе происходит направленное цикличное движение химических веществ или круговорот веществ. Подобные круговороты в природе называются биогеохимическими круговоротами или биогеохимическими циклами.
|
|
|
I. Круговорот углерода (рис. 3.9-3.10).
Источником углерода в экосистеме является СО2 атмосферы. Растения поглощают СО2 и синтезируют углеводы, жиры, белки и другие органические соединения, которые используются в пищевых цепях.
Рисунок 3.9 – Круговорот углерода в биосфере
Рисунок 3.10 – Упрощенная диаграмма части углеродного цикла, показывающая круговорот вещества и однонаправленный поток энергии в процессах
фотосинтеза и аэробного дыхания.
Вмешательство человека в круговорот углерода происходит в основном двумя способами:
1. Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2.
2. Сжигание углеродосодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при этом углекислый газ попадает в атмосферу.
II. Круговорот азота (рис. 3.11).
Источником азота в экосистеме является почва. Азот поступает в корневую систему растений в виде водных растворов нитритов (NO2-), нитратов (NO3-) и аммонийных соединений (NН4+). Без азотистых соединений нет роста растений, которые используются травоядными животными и далее по пищевым цепях.
|
|
|
Рисунок 3.11 – Упрощенная диаграмма круговорота азота
Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем:
- Сжигание древесины или ископаемого топлива.
- Производство азотных удобрений и их широкое применение.
Попадание в водные экосистемы загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также очищенных коммунально-бытовых канализационных стоков.
III. Круговорот фосфора (рис. 3.12.)
Рисунок 3.12 – Упрощенная диаграмма круговорота фосфора
Источником фосфора в экосистеме является почва. В почву фосфор попадает в результате эрозий, выщелачивания и выветривания минеральных пород, речного стока, а также разложения органических остатков. Фосфор поступает в корневую систему растений в виде водных растворов. Растения потребляются травоядными животными и далее по пищевым цепях.
Вмешательство человека в круговорот фосфора сводится в основном к двум вариантам:
- Добыча больших количеств фосфатных руд для производств минеральных удобрений и моющих средств.
- Увеличение избытка фосфат-ионов в водных экосистемах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных коммунально-бытовых стоков.
IV. Круговорот серы (рис. 3.13).
Источником серы в экосистеме является почва. В почву сера попадает в результате эрозий, выщелачивания и выветривания минеральных пород, речного стока, а также разложения органических остатков. Сера поступает в корневую систему растений в виде водных растворов. Растения потребляются травоядными животными и далее по пищевым цепях.
 |
Рисунок 3.13 – Упрощенная диаграмма круговорота серы
Вмешательство человека в круговорот серы сводится в основном к сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии. Это дает примерно две трети всех антропогенных выбросов серы в атмосферу. Оставшаяся треть выделяется во время переработки нефти, выплавки металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.
V. Круговорот воды (рис. 3.14).
Источником воды в экосистеме является почва. В почву вода попадает в результате атмосферных осадков, речного стока, а также разложения органических остатков. Вода поступает в корневую систему растений в виде водных растворов. Растения потребляются травоядными животными и далее по пищевым цепях. При недостатке воды в организме, многие животные употребляют её помимо пищи (пьют), хотя некоторые обходятся только пищей (грызуны, змеи, насекомые и т.д.).
а)
б)
а – в экосистеме; б – в природе
Рисунок 3.14 – Круговорот воды
Человек вмешивается в круговорот воды двумя способами:
1. Забор больших количеств пресной воды из рек, озер и водоносных горизонтов. В густозаселенных или интенсивно орошаемых районах водозабор привел к истощению запасов грунтовых вод или к вторжению соленой воды в подземные водоносные горизонты.
2. Сведение растительного покрова суши в интересах развития сельского хозяйства, при добыче полезных ископаемых, строительстве дорог, автостоянок, жилья и других видах деятельности. Это приводит к увеличению испарения, что сокращает пополнение запасов грунтовых вод, и повышает интенсивность поверхностного стока, тем самым, усиливая эрозию почв.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 357; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!