Круговорот веществ в экосистеме

Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах

Круговорот веществ в экосистеме

Вне зависимости от величины и степени сложности эко­системы являются открытыми системами и в большей или меньшей степени требуют постоянного притока энергии и различных веществ.

В процессе жизнедеятельности орга­низмов происходит постоянный приток энергии и кругово­рот веществ, причем каждый вид использует лишь часть со­держащейся в органических веществах энергии.

Происхо­дит этот процесс через цепи питания (трофические уровни), представляющие собой последовательность видов, извлека­ющих органические вещества и энергию из исходного пище­вого вещества; при этом каждое предыдущее звено стано­вится пищей для следующего (рис. 24).

Круговорот веществ — это перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от проду­центов к редуцентам, через консументы или без них и опять к продуцентам. Растения — автотрофные организ­мы, способные в процессе фотосинтеза синтезировать орга­нические вещества из неорганических, поэтому их называ­ют продуцентами, или производителями.

Рис. 24. Поток энергии и круговорот веществ в экосистеме

Растения используются в качестве пищи животными, ко­торые сами не способны к синтезу органики из неорганики. Такие гетеротрофные организмы называют консументами, или потребителями.Бактерии и грибы выполняют главную

роль в разложении отмершей органики на исходные неорга­нические вещества, возвращая их в среду. Поэтому их назы­вают деструкторами или редуцентами, т. е. разрушителя­ми или восстановителями.

Итак, органическое вещество, образованное растениями, переходит в тело животных, а затем при участии бактерий вновь превращается в неорганические вещества, усваивае­мые растениями. Таким образом в экосистеме осуществля­ется круговорот веществ.

Поток энергии — переход энергии в виде химических свя­зей органических соединений (пищи) по цепям питания от одного трофического уровня к другому (более высокому) (рис. 25). Солнце является единственным источником энер­гии на Земле.

Оно обеспечивает постоянный, непрерывный, незамкнутый приток энергии на Землю. В отличие от ве­ществ, которые циркулируют по звеньям экосистемы и вхо­дят в круговорот, используясь многократно, энергия может быть использована только один раз.

Для понимания процессов потока энергии в экосистемах важно знать законы термодинамики. Первый закон термо­динамики гласит, что энергия не может создаваться заново и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую. Поэтому энергия в экосистеме не может появиться сама со­бой, а поступает в нее извне — от Солнца.

Рис. 25. Поток энергии в экосистеме

Второй закон термодинамики гласит, что процессы, свя­занные с превращениями энергии, могут протекать само произвольно лишь при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную. В соответствии с этим законом растениями используется лишь часть посту­пающей в экосистему солнечной энергии.

Остальная энер­гия рассеивается и переходит в тепловую, которая расходу­ется на нагревание среды экосистемы. Небольшая часть сол­нечной энергии, поглощенная растением, расходуется на продукционный процесс, т. е. образование биомассы.

Далее, переходя на следующие трофические уровни, вместе с пи­щей в виде химических связей, энергия также рассеивается и уменьшается в количестве, пока полностью не рассеется.

Пищевая цепь — основной канал переноса энергии в экосистеме. Растения являются первичными поставщика­ми энергии для всех других организмов в цепях питания. Существуют определенные закономерности перехода энер­гии с одного трофического уровня на другой вместе с по­требляемой пищей.

Во-первых, основная часть энергии, усвоенная консументом с пищей, расходуется на его жиз­необеспечение (движение, поддержание температуры и т.п.). Эту часть энергии рассматривают как траты на дыха­ние. Во-вторых, часть энергии переходит в тело организма потребителя «в запас».

В-третьих, некоторая доля пищи не усваивается организмом, следовательно, из нее не вы­свобождается энергия. В последующем она высвобождает­ся из экскрементов, но другими организмами (деструкто­рами), которые потребляют их в пищу. Выделение энергии с экскрементами у хищников невелико, у травоядных оно более значительно.

Например, гусеницы некоторых насе­комых, питающиеся растениями, выделяют с экскремен­тами до 70% энергии.

В каждом звене пищевой цепи большая часть энергии расходуется в виде тепла, теряется, что ограничивает число звеньев. В среднем, максимальные траты на дыхание в сум­ме с неусвоенной пищей составляют около 90% от потреб­ленной.

Поэтому переход энергии с одного трофического уровня на другой составляет всего около 10% энергии, употребленной в пищу. Нетрудно подсчитать, что энергия, доходящая до 5 уровня, составляет всего 0,01% энергии, поглощенной продуцентами. Эта закономерность называет­ся «правилом десяти процентов».

Она показывает, что цепь питания имеет ограниченное число звеньев, обычно не бо­лее 4—5. Пройдя через них, практически вся энергия ока-

зывается рассеянной. Поэтому необходим постоянный при­ток энергии, чтобы экосистема могла существовать.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/17_132002_krugovorot-veshchestv-i-potok-energii-v-ekosistemah.html

Экология СПРАВОЧНИК

Круговорот веществ в экосистеме

В табл. 6 приведены основные загрязнители и показано их участие в атмосферных процессах. Между А. и земной поверхностью происходит постоянный обмен теплом, влагой и химическими элементами (см. Круговорот веществ в экосистеме и биосфере).[ …]

Экосистема – совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества. Любая экосистема включает живую часть – биоценоз и его физическое окружение.

Более мелкие экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до общей экосистемы Земли – биосферы.

Экосистема может обеспечить круговорот вещества только при наличии четырех составных частей: запасов биогенных элементов, продуцентов, консументов и редуцентов.[ …]

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ БИОСФЕРНЫЙ — явление безостано вочного, непрерывного, относительно циклического, но неравномерного в пространстве и во времени и сопровождающегося более или менее значительными потерями закономерного перераспределения веществ, энергии и информации, постоянно входящих и обновляющих экосистемы всей биосферы.[ …]

ВЕЩЕСТВО АНТРОПОГЕННОЕ — химическое соединение, включенное н геосферы благодаря деятельности человека. Отличают В.

а-ные, входящие в биологический круговорот, а потому рано или поздно утилизируемые в экосистемах, и искусственные соединения, чуждые природе, очень медленно разрушаемые живыми организмами и абиотическими факторами среды и остающиеся вне биосферного обмена веществ. Эти последние накапливаются в биосфере и служат угрозой жизни.[ …]

В составе биосферы функционируют две основные группы экосистем: экосистемы континентальной суши и океанические водные системы. Совокупности каждой из этих групп охватывают огромные пространства на поверхности Земли и обусловливают глобальный масштаб биосферы.

Общие принципы функционирования этих экосистем полностью совпадают (конкурентное взаимодействие, естественный отбор, круговорот веществ), тем не менее существование некоторых особенностей протекающих в них процессов позволяет рассматривать биосферу как состоящую из двух частей; континентальной и океаниче-скои.[ …]

Биосфера, весьма динамичная планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно изменялась под воздействием различных природных процессов.

В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных процессов.

Достигалось это посредством сложного механизма круговорота веществ, рассмотренного нами во втором разделе.[ …]

В водной среде формируются особые типы экосистем (см. Пресноводные экосистемы, Морские экосистемы). Благодаря тепловой энергии солнечного света В. постоянно циркулирует в биосфере (см. Круговорот воды, Гидросфера). Возможно антропогенное регулирование водообеспеченности экосистем (см. Гидромелиорация). ВОДООХРАННАЯ ЗОНА (В.з.

) — покрытая лесом территория, выделяемая для охраны надземных и подземных вод от загрязнения (вокруг озер, рек, родников и т. д.). Большую роль при этом играет лесная подстилка, хорошо впитывающая воду и усиливающая ее фильтрацию через почву. В процессе этой фильтрации загрязняющие вещества удерживаются почвенными коллоидами, а часть из них разрушается микроорганизмами. В В.з.

запрещено создание животноводческих летних ферм.[ …]

ВЕЩЕСТВО АНТРОПОГЕННОЕ — химическое соединение, включенное в геосферу благодаря деятельности человека.

Различают вещества, входящие в биологический круговорот, а потому рано или поздно утилизируемые в экосистемах; и искусственные соединения, чуждые природе, очень медленно разрушаемые живыми организмами и абиотическими агентами и остающиеся вне биосферного обмена веществ.

Последние накапливаются в биосфере и представляют угрозу для жизни. Особо можно выделить химические соединения и элементы, естественно входящие в природные образования, но перемещаемые человеком из одних геосфер в другие и искусственно концентрируемые им.

Примером таких элементов могут служить тяжелые металлы, извлекаемые человеком из глубин Земли на ее поверхность и здесь рассеиваемые, и радиоактивные вещества, в естественных условиях обычно рассредоточенные на больших пространствах и в небольших концентрациях.[ …]

На разных этапах развития биосферы процессы в ней не были одинаковыми, несмотря на то, что шли по аналогичным схемам. Наличие ярко выраженного круговорота веществ, согласно закону глобального замыкания биогеохимического круговорота, является обязательным свойством биосферы любого этапа ее развития. Вероятно, это непреложный закон ее существования.

Следует особо обратить внимание на увеличение доли биологического, а не геохимического, компонента в замыкании биогеохимического круговорота веществ.

Если на первых этапах эволюции преобладал общебиосферный цикл — большой биосферный круг обмена (сначала только в пределах водной среды, а затем разделенный на два подцикла — суши и океана), то в дальнейшем он стал дробиться.

Вместо относительно гомогенной биоты появились и все глубже дифференцировались экосистемы различного уровня иерархии и географической дислокации. Приобрели важное значение малые, биогеоценотические, обменные круги. Возник так называемый «обмен обменов» — стройная система биогеохимических круговоротов с высочайшим значением биотической составляющей.[ …]

В реальных экосистемах круговорот обычно бывает незамкнутым, т. к. часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть поступает извне. Но в целом принцип круговорота в природе сохраняется.

Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере. Жизнь на Земле возникла около 3 млрд. лет назад.

Если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, запасы их бы давно исчерпались и жизнь прекратилась бы.[ …]

Экосистема — совокупность в биосфере организмов и неорганических компонентов, в которой осуществляется биотический круговорот веществ. Понятие, часто употребляемое вместо термина «биогеоценоз», но более общее, безразмерное.[ …]

В биогеоценозах осуществляется биотический круговорот веществ, но полностью замкнутой и независимой экосистемы никогда не образуется, поскольку подвижные, эвритопные животные могут входить в несколько биогеоценозов.

Происходит также обмен с соседними биогеоценозами атмосферой, водой, нередко минеральными солями, организмами в различных фазах развития и т.д. Единственная практически замкнутая система — это биосфера в целом.

Однако устойчивость биосферы и определяется тем, что она слагается из сложной и мозаичной системы относительно независимых биогеоценозов — следующего уровня жизни после биосферы.[ …]

Вещества переносятся между экосистемами, равным образом как и внутри локальных экосистем.

Круговороты питательных веществ наземных и водных экосистем объединены переносом питательных веществ с суши в море посредством рек и из морей на сушу с атмосферными осадками, а также длительным циклом накопления осадков в океане с последующим обнажением осадочных пород после подъема их на земную поверхность. Экосистемы мира, таким образом, соединены воедино биогеохимическими циклами, структурой переноса и накопления веществ. Химические характеристики атмосферы, почвы и вод океана определяются (или в значительной степени испытывают влияние) деятельностью организмов. Биосфера как сообщество всех организмов земного шара соответствует мировой экосистеме (или экосфере) как функциональной системе, охватывающей атмосферу, почву, поверхностные воды и организмы.[ …]

Круговорот веществ как в биосфере в целом, так и в отдельных экосистемах слагается из огромного числа разнообразных повторяющихся в основных частях процессов превращения и перемещения веществ, сопровождающихся временными состояниями равновесия.

Строго говоря, в отдельных экосистемах полный возврат системы в результате круговорота к первоначальному состоянию происходит не всегда, следовательно, круговороты не всегда замкнуты. Различие между начальными и конечными стадиями круговоротов свидетельствует о поступательном движении экосистем и способности их к изменениям.

Систематические значительные различия этих стадий могут привести в конечном счете к разрушению саморегулируемости биологических циклов и разрушению данной экосистемы за исторически короткий срок.

Такие нарушения биотических циклов происходят, как правило, из-за чрезмерной нагрузки экосистем каким-либо элементом (веществом) или слишком интенсивного изъятия его из круговорота, вызываемых естественными причинами (природные катаклизмы) или человеческой деятельностью (загрязнение среды, интенсивная добыча и т.д.).[ …]

Круговорот кислорода. Основная масса кислорода на Земле находится в связанном состоянии в молекулах воды, оксидах, солях и иных твердых веществах и непосредственно для использования в экосистеме недоступна.

Доступный для фотосинтеза кислород содержится в атмосфере (приблизительно 1,1 ■ 1015 т) и теоретически проходит через растительные компоненты биосферы в течение 2,5 тыс. лет.

В процессе фотосинтеза С02 превращается в органическое вещество с выделением свободного 02.[ …]

Потери вещества из-за незамкнутости круговорота минимальны в биосфере (самой крупной экосистеме планеты). Информация в экосистемах теряется с гибелью видов и необратимыми генетическими перестройками.[ …]

Биотический круговорот круговорот биогенных элементов и вовлекаемых им других веществ в экосистемах, в биосфере между их биотическими и абиотическими компонентами.[ …]

Биотический круговорот. Круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и распадом органических веществ в экосистеме, называет биотическим круговоротом веществ.

Кроме биогенных элементов в биотический круговорот вовлечены важнейшие для биоты минеральные элементы и множество различных соединений.

Поэтому весь циклический процесс химических превращений, обусловленных биотой, особенно когда речь идет о всей биосфере, называют еще биогеахимическим круговоротом.[ …]

Биогеоценоз (экосистема) является важнейшим элементом биосферы, основным функциональным элементом. Экосистема объединяет все организмы, обитающие на данной территории.

Взаимодействие биотического сообщества со средой образует биотические структуры, круговорот вещества между живой и неживой частью экосистемы. Понятие биогеоценоза возникло в 30-е годы XX века.

Английский геоботаник Тэнсли определил биогеоценоз как целостное образование в биосфере, в котором организмы и неорганические факторы выступают компонентами в относительно устойчивом состоянии.[ …]

Границы этой экосистемы очерчены границами лишайника, но ее существование будет достаточно стабильным, если вынос будет компенсироваться поступлением вещества.

Но есть экосистемы, в которых внутренний круговорот вещества вообще малоэффективен — реки, склоны гор — здесь стабильность поддерживается только перетоком вещества извне. Многие системы достаточно автономны — пруды, озера, океан, леса и др.

Но даже биосфера Земли часть веществ отдает в Космос и получает вещества из Космоса.[ …]

Таким, образом, в биосфере замкнутый круговорот биологически активных веществ формируется как результат круговорота веществ в огромном числе локальных экосистем Круговорот веществ в локальной экосистеме осуществляется согласованным взаимодействием трех групп организмов, составляющих ее сообщество : продуцентов, консу-ментов и редуцентов. Замкнутость круговорота обеспечивается совпадением с высокой точностью стабильных потоков синтеза и разложения органического вещества в локальной экосистеме.[ …]

Полнота сукцессий и видовое разнообразие возможны в случае надежной «работы» круговорота питательных веществ и только тогда можно говорить о стабильности экосистемы.

Полным биоразнообразием обладает биосфера, являясь самой стабильной глобальной экосистемой.

Но биологическое разнообразие, обеспечивающее ее стабильность, — прежде всего обусловлено разнообразием стабильных природных экосистем, отличающихся богатым видовым разнообразием естественной биоты.[ …]

Эти организмы, практически “прописанные” в локальной экосистеме и функционирующие только в пределах, способны обеспечивать протекание всех процессов необходимых для существования круговорота биогенов в пределах локальной экосистемы.

При такой ситуации можно предположить, что консументы, формирующие пастбищные цепи, выполняют в круговороте биогенов в локальных экосистемах, по-видимому, какие-то необходимые, но вторичные, подчиненные функции. Такими функциями, как было допущено ранее, могут быть функции стабилизации круговорота веществ в случае различных флуктуаций продукции продуцентов.

Флуктуации продуцентов могут возникать из-за колебания масштабов потоков внешней энергии: солнечной радиации, количества осадков, концентрации диоксида углерода в атмосфере и др.

В случае гашения таких нерегулярных колебаний метаболической мощности локальных экосистем консумента-ми пастбищных цепей устраняется необходимость соответствующих колебаний в функционировании основных групп организмов, осуществляющих процессы круговорота, что обеспечивает стабилизацию био-химических циклов биогенов.[ …]

На континентальных экосистемах редуцентры располагаются в почве, а в водных экосистемах – в сапропели донных отложений. Поэтому любые пищевые цепи, начатые органическим веществом продуцентов, на каких-то пищевых уровнях обязательно смыкаются с сообществом редуцентов.

Продукцией редуцентов являются неорганические биогенные соединения, которые, в свою очередь, представляют собой питательные вещества для организмов следующего этапа круговорота – продуцентов; следовательно, для стабилизации круговорота вещества в биосфере продуктивность продуцентов и редуцентов должна быть строго скоррелирована.[ …]

Выше указывалось, что в основе жизни находится обмен веществом, между организмом и окружающей его средой, представляющий собой совокупность химических (биохимических) процессов.

В конечном счете живой организм – это сложная химическая “машина”, осуществляющая ассимиляцию, трансформацию и диссимиляцию химических элементов, входящих в состав сложных органических и неорганических соединений.

В то же время экологическая система как структурная часть биосферы, являющаяся источником требуемых организму материальных ресурсов, представляет собой химическую среду обитания. От соответствия химического состава биосферы требованиям живых организмов зависит жизнедеятельность последних.

На уровне экосистемы и биосферы в целом также происходят непрерывные физикохимические процессы, в общем случае представляющие собой биогеохимические циклы. Составным элементом последних является биотический круговорот, т. е. та часть биогеохимиче-ских циклов, в которой непосредственно участвуют живые организмы. Взаимодействие живого и неживого на глобальном уровне лежит в основе учения В. И. Вернадского о биосфере.[ …]

Замкнутость биотических круговоротов природных биогеоценозов относительна. В процессе эволюции биосферы круговороты изменяются, происходит поступательное развитие и преобразование БГЦ. Например, болотная экосистема с травами, растущими в прибрежной полосе, может трансформироваться в травяной биогеоценоз.

Причина этого в том, что после каждого годичного геохимического цикла определенное количество органических веществ, не подвергшихся полной минерализации, захороняется и остается на дне болота в форме ила. Дно поднимается, болото мелеет.

Оно все более и более зарастает травами и в конце концов превращается в травяной биогеоценоз.[ …]

Наиболее устойчивы крупные экосистемы и самая стабильная из них — биосфера, а наименее устойчивы — молодые экосистемы. Это объясняется тем, что в больших экосистемах создается саморегулирующий гомеостаз за счет взаимодействия круговоротов веществ и потоков энергии (Ю. Одум, 1975).[ …]

Взаимосвязи между компонентами экосистемы обеспечивают круговорот веществ и закономерное прохождение потока энергии в биосфере.[ …]

Итак, мы показали, как длительный и сложный процесс разложения органического вещества контролирует различные важные функции экосистемы: 1) возвращение в круговорот элементов минерального питания благодаря минерализации мертвого органического вещества, образованию хелатных комплексов и микробиологической регенерации в гетеротрофном ярусе; 2) производство пищи для последовательного ряда организмов в детритной пищевой цепи; 3) производство регуляторных «эктокринных» веществ и 4) преобразование инертных веществ земной поверхности (в результате чего образуется, например, такое уникальное природное тело, как почва). Мы подчеркнули самое главное— значение сбалансированности продуцирования и разложения как основного условия существования всего живого в биосфере. Мы показали, что отставание утилизации вещества, произведенного автотрофами, не только обеспечивает построение биологических структур, смягчающих суровые условия окружающей среды, но и обусловливает существование кислородной атмосферы, к которой приспособлены человек и высшие животные. Большая часть органического вещества, не разложившегося по тем или иным причинам, оказывается погребенным в подводных отложениях; вот почему нефть встречается только там, где местность находится или находилась прежде под водой.[ …]

Живые организмы находятся между собой и абиотическими условиями среды обитания в определенных отношениях, образуя тем самым, так называемые, экологические системы. Биоценоз — совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории. Растительный компонент биоценоза называют фитоценозом, животный — зооценозом, микробный — микробоценозом.

Ведущим компонентом в биоценозе является фитоценоз. Он определяет, каким будет зооценоз и микробоценоз. Биотоп — определенная территория со свойственными ей абиотическими факторами среды обитания (климат, почва). Биогеоценоз — совокупность биоценоза и биотопа (рис. 16).

Экосистема (экологическая система) — система совместно обитающих живых организмов и условий их существования, связанных потоком энергии и круговоротом веществ (рис. 17). Экосистема» и «биогеоценоз» — понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз — это экосистема в границах фитоценоза. Экосистема — понятие более общее.

Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Единая экосистема нашей планеты называется биосферой. Биосфера — экосистема высшего порядка.[ …]

При незначительном вмешательстве человека в экосистемы биосфера сохраняет свое равновесие.

Однако усиливающееся влияние человека на природу, например, вырубка лесов, которые выделяют кислород и испаряют много воды, сжигание больших количеств содержащего углерод топлива с выделением углекислого газа, уменьшение испарения с поверхности океана из-за загрязнения нефтью – все это нарушает круговороты веществ и приводит к глобальному ухудшению состояния биосферы.[ …]

Очень краткое определение экологической системы (экосистемы) — пространственно ограниченное взаимодействие организмов и окружающей их среды. Ограничение может быть физико-химическим (например, граница капли воды, пруда, озера, острова, пределов биосферы Земли в целом) или связанным с круговоротом веществ, интенсивность которого внутри экосистемы выше, чем между нею и внешним миром.

В последнем случае границы экосистемы размыты, имеется более или менее широкая переходная полоса. Так как все экосистемы составляют иерархию в составе биосферы планеты и функционально связаны между собой, имеется непрерывный континуум (как сказано выше, он проблематичен между сушей и океаном). Прерывность и непрерывность сосуществуют одновременно. Об этом уже было упомянуто в главе 2.

Там же была приведена схема экологических компонентов экосистемы (рис. 2.4).

Это позволяет здесь дать лишь ее развернутое определение: информационно саморазвиваю-щаяся, термодинамически открытая совокупность биотических экологических компонентов и абиотических источников вещества и энергии, единство и функциональная связь которых в пределах характерного для определенного участка биосферы времени и пространства (включая биосферу в целом) обеспечивает превышение на этом участке внутренних закономерных перемещений вещества, энергии и информации над внешним обменом (в том числе между соседними аналогичными совокупностями) и на основе этого неопределенно долгую саморегуляцию и развитие целого под управляющим воздействием биотических и биогенных составляющих.[ …]

Основная экологическая роль всех вариантов пищевых связей в сообществах заключается в том, что, последовательно питаясь друг другом, живые организмы создают условия для круговорота веществ, без которого невозможна жизнь.

Причина определяет и следствие: эти отношения видов оказывают влияние на численность представленных в сообществе видов, происходит взаимная регуляция их численности. С биогеохимическим круговоротом веществ на уровне биосферы вы уже хорошо знакомы.

Это явление имеет принципиальное значение, определяя первый принцип функционирования экосистемы: получение ресурсов (вещество, энергия) и избавление от отходов происходят в экосистеме в рамках круговорота всех элементов.[ …]

Все вышеуказанные процессы представляет собой важнейшие этапы и фазы биохимических круговоротов (углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и др.).

Таким образом, живое вещество в процессе своего метаболизма обеспечивает стабильность существования биосферы при определенном составе воздуха, воды, почвы и без вмешательства человека этот гомеостаз экосистемы «Земля» сохранялся бы бесконечно долго.[ …]

За время существования органической жизни элементы, вовлеченные в биологический круговорот, проходили через экосистемы многократно.

Полное обновление Живого вещества в биосфере осуществляется за 8 лет, но в разных геосферах это не совсем так: на суше вся фитомасса (масса растительного вещества) обновляется за 14 лет, а вот в океане вся биомасса проходит круговорот всего за 33 дня, а фитомасса —даже за 24 ч.

Выше мы уже отмечали, какими темпами происходит вовлечение в круговорот и движение в них жизненно важных химических элементов, в частности диоксид углерода в биологическом круговороте обновляется за 300 лет.[ …]

Компетенция экологии начинается с организменного уровня (рис. 3.1).

На уровне организма осуществляется обмен веществом, энергией и информацией с окружающей средой; на уровне популяции к этому добавляются воспроизведение вида, его эволюция и участие в многовидовых сообществах; на уровне экосистемы поддерживается устойчивый круговорот веществ и формирование общей среды сообщества организмов; на уровне биосферы — глобальный круговорот, кооперативное взаимодействие и жизнеобеспечение всех экосистем, создание планетарной среды жизни.[ …]

Источник: https://ru-ecology.info/term/48799/

Круговорот веществ в экосистеме

Круговорот веществ в экосистеме

Благодаря пищевым цепям, в экосистеме, наряду с перемещением энергии, происходит и транспортировка различных химических элементов. Как и в случае с энергетическими потоками, движущей силой круговорота веществ служит солнечная энергия.

Это связано с тем, что в биомассе организмов происходит накопление тех или иных химических веществ, а, значит, при переходе энергии по пищевым цепям также осуществляется и передача веществ, содержащихся в биомассе. Поток веществ сопровождает собой поток энергии в экосистеме, который, в свою очередь, берет начало от энергии солнечного света.

Круговорот химических веществ обусловлен также влиянием абиотических составляющих экосистемы (например, климатическим фактором), а также активной хозяйственной деятельностью человека. Потоки веществ в экосистеме объединены понятием биогеохимический круговорот.

Биогеохимический круговорот — циркуляция в биосфере химических элементов и неорганических соединений по характерным путям из внешней среды в организмы и из организмов во внешнюю среду. Химические элементы, участвующие в круговороте, не бывают равномерно распределены по всей экосистеме. Кроме того, они могут находиться в различных химических формах.

Поэтому, при изучении биогеохимических циклов следует выделить две части. 1) Резервный фонд — большая масса медленно движущихся веществ, в основном не связанных с организмами. Он сосредоточен в земной коре, атмосфере и гидросфере. Перемещение веществ в резервном фонде происходит благодаря влиянию абиотических факторов экосистемы. 2) Обменный фонд.

Он представляет собой неорганические вещества, содержащиеся в живых организмах. Для него характерно быстрое перемещение химических элементов между органической и неорганической средами. По своей природе биогеохимические циклы также подразделяются на две категории. Первая из них — круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере.

Другая же представляет собой осадочный цикл (т.е. круговорот твердых веществ) с резервным фондом в земной коре. Круговорот газообразных веществ отличает его способность к поддержанию определенных концентраций тех или иных газов, причем концентрации будут примерно одинаковыми во всех точках атмосферы и гидросферы.

В осадочных циклах скорость потока веществ намного ниже, чем в газообразном круговороте, так как основная масса их сосредоточена в земной коре, отличающейся своей малоподвижностью и малоактивностью. Из-за этого, способность к саморегуляции в осадочном круговороте не так велика, как в случае с циркуляцией газообразных веществ.

При изображении биогеохимических циклов отдельных веществ акцент делается на обмене между организмами и резервным фондом, а также на путях движения веществ внутри экосистемы. В связи с этим, любую экосистему можно представить в виде ряда блоков, через которые проходят различные вещества, и в которых данные вещества могут оставаться на протяжении различных периодов времени.

В круговоротах минеральных веществ в экосистеме обычно участвуют три блока: живые организмы, мертвый органический детрит и доступные неорганические вещества. В качестве примеров биогеохимических циклов можно рассмотреть круговороты азота, фосфора и серы. Концентрация азота и фосфора в экосистеме часто напрямую влияют на численность организмов в экосистеме (т.е.

являются лимитирующими факторами), а круговорот серы может служить наглядной иллюстрацией связей, сложившихся между атмосферой, гидросферой и земной корой. Резервный фонд круговорота азота сосредоточен в атмосфере.

Атмосферный азот, благодаря деятельности азотофиксирующих бактерий, а также посредством атмосферных явлений, попадает в почву или воду в виде соединений с другими элементами (т.н. нитратов). Затем азот усваивается продуцентами, а после и консументами.

При разложении деструкторами мертвого органического вещества и вместе с продуктами выделения животных, в почвенной и водной средах происходит накопление азотосодержащего газа аммиака. В дальнейшем, под воздействием различных бактерий, азот либо снова попадает в атмосферу, либо в составе нитратов оказывается в почве и воде.

Причем растворенные в воде нитраты могут оседать на дне водоемов, и в этом случае азот, содержащийся в них, выпадает из круговорота веществ. В отличии от азота, резервным фондом круговорота фосфора служат горные породы и другие отложения, образовавшиеся в течении миллионов лет.

Содержащиеся в них соединения фосфора (фосфаты) подвергаются постепенному растворению, после чего фосфор из растворенных фосфатов переходит к растениям, а затем и к животным. После разложения мертвого органического вещества, фосфор, находившейся в нем, оказывается в составе соединений, содержащихся в воде и почве, и снова попадает в обменый фонд круговорота.

Однако часть останков животных (прежде всего костная ткань) со временем соединяется с фосфатными породами или отложениями на дне водоемов. В последнем случае происходит выпадение фосфора из беогеохимического цикла. Но возвращение фосфора в круговорот происходит в гораздо меньших количествах, чем выпадение из него. Деятельность человека также приводит к большим утечкам фосфора, в результате чего в будущем может начаться дефицит данного элемента. Одной из основных особенностей круговорота серы состоит в том, что его резервный фонд находится одновременно и в почве, и в атмосфере. В виде соединений с металлами (сульфидов) она залегает в виде руд на суше и входит в состав глубоководных отложений. В доступную для усвоения организмами растворимую форму эти соединения переводятся так называемыми хемосинтезирующими бактериями, способными получать энергию путём окисления восстановленных соединений серы. В результате образуются т.н. сульфаты, которые используются растениями. Глубоко залегающие сульфаты вовлекаются в круговорот другой группой микроорганизмов, восстанавливающих сульфаты до сероводорода.

В заключении, необходимо рассмотреть биогеохимические циклы углерода и воды. Углерод имеет исключительное значение для живого вещества. Из углерода в экосистеме создаются миллионы органических соединений.

Углерод из углекислого газа атмосферы в процессе фотосинтеза, осуществляемого растениями, ассимилируется и превращается в органические соединения растений, а затем и животных.

На следующем этапе круговорота органическая масса в результате дыхания и разложения превращается в углекислый газ или оседают в виде органических отложений (например, торфа) которые, в свою очередь, дают начало многим другим соединениям — каменным углям, нефти. Огромное количество углекислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и других пород.

Между углекислым газом атмосферы и водой океана существует подвижное равновесие. Организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Атмосфера пополняется углекислым газом благодаря процессам разложения органических веществ, карбонатов и т.д.

Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых состоят главным образом из паров воды и углекислого газа, а также сжигание ископаемого топлива человеком. В процессе протекания круговорота воды, происходит испарение влаги с поверхности водоемов и уход ее в воздушную среду, после чего она переносится потоками воздуха на большие расстояния.

В дальнейшем, вода выделяется из атмосферы посредством осадков. Часть из них растворяют горные породы и таким образом делают содержащиеся в их составе соединения доступными для усвоения продуцентами. Благодаря атмосферным осадкам также образуется фонд грунтовых вод. Не следует забывать и о потреблении воды живыми организмами.

Особое внимание следует акцентировать на том, что водоемы с испарением теряют больше воды, чем получают с осадками. Кроме того, в результате деятельности человека сокращается пополнение грунтовых вод. Следовательно, вода является трудновосполнимым ресурсом, требующим очень рационального использования.

Таким образом, главное свойство потоков веществ в экосистемах — их цикличность. Вещества в экосистемах совершают сложный многоступенчатый круговорот, попадая сначала к живым организмам, затем в абиотическую среду и вновь возвращаясь к организмам. При этом, часть массы веществ могут надолго выпасть из биогеохиимческих циклов. Биогеохимические циклы веществ сопровождают энергетические потоки в экосистемах. Вмешательство человека в данные процессы может неблагоприятно сказаться на состоянии отдельных экосистем и биосферы в целом. Экологические законы.

Природа действует в согласии со своими законами, а человек – в соответсвии со своими представлениями о законе.

В биологических, экологических науках нет общих законов типа общей и частичной теории относительности или ньютоновской механики. Существует лишь широкие эмпирические обобщения всегда с неизбежными исключениями, а потому они объясняют только часть наблюдаемого мира и крайне редко предсказывают новые факты.

Жизнь намного сложнее физических явлений и не сводима к ним. Поэтому она и требует разветвленной сети обобщений. Поэтому физике – физиково, биологии- биологиево, экологии – экологиево. В «Природопользовании» Н.Ф. Реймерс обращает внимание на максимум экологических закономерностей в рамках всего цикла экологических наук и природопользования. Ю.

Одум в «Основах экологии» приводит 66 экологических принципов и концепций.

Закон внутреннего динамического равновесия:

Н. Ф.

Реймерс описал этот закон; устанавливающий, что энергия, вещество, информация и динамическое качество отдельных природных систем, включая экосистемы и биосферу в целом и их иерархии, взаимосвязаны и любое изменение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функционально структурные количественные и качественные перемены всех других показателей, сохраняя общую сумму качеств систем.

Следствия действия этого закона обнаруживаются в том, что после любых изменений элементов естественной среды (вещественного состава, энергии, информации, скорости естественных процессов и т.п.

) обязательно развиваются цепные реакции, которые стараются нейтрализовать эти изменения.

Следует отметить, что незначительное изменение одного показателя может послужить причиной сильных отклонений в других и в всей экосистеме.

Изменения в больших экосистемах могут иметь необратимый характер, а любые локальные преобразования природы вызовут в биосфере планеты (то есть в глобальном масштабе) и в ее наибольших подразделах реакции ответа, которые предопределяют относительную неизменность эколого-экономического потенциала. Искусственное возрастание эколого-экономического потенциала ограниченное термодинамической стойкостью естественных систем.

Закон генетического разнообразия:

Все живое генетическое разное и имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности.

Закон имеет важное значение в природопользовании, в особенности в сфере биотехнологии (генная инженерия, биопрепараты), если не всегда можно предусмотреть результат нововведений во время выращивания новых микрокультур через возникающие мутации или распространение действия новых биопрепаратов не на те виды организмов, на которые они рассчитывались.

Закон исторической необратимости:развитие биосферы и человечества как целого не может происходить от более поздний фаз к начальным, общий процесс развития однонаправленный. Повторяются лишь отдельные элементы социальных отношений (рабство) или типы хозяйничанья.

Закон константности (сформулированный В. Вернадским):

Количество живого вещества биосферы (за определенное геологическое время) есть величина постоянная. Этот закон тесно связан с законом внутреннего динамического равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неминуемое приводит к такой же по объему изменения вещества в другом регионе, только с обратным знаком.

Следствием этого закона есть правило обязательного заполнения экологических ниш.

Закон корреляции (сформулированный Ж. Кювье): в организме как целостной системе все его части отвечают одна другой как за строением, так и за функциями. Изменение одной части неминуемо вызовет изменения в других.

Закон максимизации энергии (сформулированный Г. и Ю. Одумами и дополненный М. Рэймерсом):

В конкуренции с другими системами сохраняется та из них, которая наибольшее оказывает содействие поступлению энергии и информации и использует максимальную их количество наиэффективнее.

Для этого такая система, большей частью, образовывает накопители (хранилища) высококачественной энергии, часть которой тратит на обеспечение поступления новой энергии, обеспечивает нормальный кругооборот веществ и создает механизмы регулирования, поддержки, стойкости системы, ее способности приспосабливаться к изменениям, налаживает обмен с другими системами. Максимизация — это повышение шансов на выживание.

Закон максимума биогенной энергии (закон В.И. Вернадского—Э.С. Бауэра):

Любая биологическая и «бионесовершенная» система с биотой, которая находится в состоянии «стойкого неравновесия» (динамично подвижного равновесия с окружающей средой), увеличивает, развиваясь, свое влияние на среду.

В процессе эволюции видов, пишет Вернадский, выживают те, которые увеличивают биогенную геохимическую энергию. По мнению Бауэра, живые системы никогда не находятся в состоянии равновесия и выполняют за счет своей свободной энергии полезную работу против равновесия, которого требуют законы физики и химии за существующих внешних условий.

Вместе с другими фундаментальными положениями закон максимума биогенной энергии служит основой разработки стратегии природопользования.

Закон минимума (сформулированный Ю. Либихом):

Стойкость организма определяется самым слабым звеном в цепи ее экологических потребностей. Если количество и качество экологических факторов близки к необходимому организму минимума, он выживает, если меньшие за этот минимум, организм гибнет, экосистема разрушается.

Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнение экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.

Закон ограниченности естественных ресурсов:

Все естественные ресурсы в условиях Земли исчерпаемые. Планета есть естественно ограниченным телом, и на ней не могут существовать бесконечные составные части.

Закон однонаправленности потока энергии:

Энергия, которую получает экосистема и которая усваивается продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго, третьего и других порядков, а потом редуцентам, что сопровождается потерей определенного количества энергии на каждом трофическом уровне в результате процессов, которые сопровождают дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) попадает очень мало начальной энергии (не большее 0,25%), термин «кругооборот энергии» есть довольно условным

Закон оптимальности:

Никакая система не может суживаться или расширяться к бесконечности. Никакой целостный организм не может превысить определенные критические размеры, которые обеспечивают поддержку его энергетики. Эти размеры зависят от условий питания и факторов существования.

В природопользовании закон оптимальности помогает найти оптимальные с точки зрения производительности размеры для участков полей, выращиваемых животных, растений.

Игнорирование закона – создание огромных площадей монокультур, выравнивание ландшафта массовыми застройками и т.п.

-привело к неприродной однообразности на больших территориях и вызвало нарушение в функционировании экосистем, экологические кризы.

Закон пирамиды энергий (сформулированный Р. Линдеманом):

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другого переходит в среднем не более 10 % энергии.

По этому закону можно выполнять расчеты земельных площадей, лесных угодий с целью обеспечения население продовольствием и другими ресурсами.

Закон равнозначности условий жизни:

Все естественные условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначные роли. Из него вытекает другой закон-совокупного действия экологических факторов. Этот закон часто игнорируется, хотя имеет большое значение.

Закон развития окружающей среды:

Любая естественная система развивается лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно — это вывод из законов термодинамики.

Очень важными являются следствия закона.

1. Абсолютно безотходное производство невозможное.

2. Любая более высокоорганизованная биотическая система в своем развитии есть потенциальной угрозой для менее организованных систем. Поэтому в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни — оно будет уничтожено уже существующими организмами

3. Биосфера Земли, как система, развивается за счет внутренних и космических ресурсов.

Закон уменьшения энергоотдачи в природопользовании: в процессе получения из естественных систем полезной продукции с течением времени (в историческом аспекте) на ее изготовление в среднем расходуется все больше энергии (возрастают энергетические затраты на одного человека).

Так, ныне затраты энергии на одного человека за сутки почти в 60 раз большие, чем во времена наших далеких предков (несколько тысяч лет тому).

Увеличение энергетических затрат не может происходить бесконечно, его можно и следует рассчитывать, планируя свои отношения с природой с целью их гармонизации.

Закон совокупного действия естественных факторов (закон Митчерлиха—Тинемана—Бауле):

Объем урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего фактора, а от всей совокупности экологических факторов одновременно. Частицу каждого фактора в совокупном действии ныне можно подсчитать. Закон имеет силу при определенных условиях – если влияние монотонное и максимально обнаруживается каждый фактор при неизменности других в той совокупности, которая рассматривается.

Закон толерантности (закон Шелфорда):

Лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору. Соответственно закону любой излишек вещества или энергии в экосистеме становится его врагом, загрязнителем.

Закон грунтоистощения (уменьшение плодородия):

Постепенное снижение естественного плодородия почв происходит из-за продолжительного их использования и нарушения естественных процессов почвообразования, а также вследствие продолжительного выращивания монокультур (в результате накопления токсичных веществ, которые выделяются растениями, остатков пестицидов и минеральных удобрений).

Закон физико-химического единства живого вещества (сформулированный В. Вернадским):

Все живое вещество Земли имеет единую физико-химическую природу. Из этого явствует, что вредное для одной части живого вещества вредит и другой его части, только, конечно, разной мерой. Разность состоит лишь в стойкости видов к действию того ли другого агента.

Кроме того, наличие в любой популяции более или менее стойких к физико-химическому влиянию видов, приводит к тому, что скорость отбора по выносливости популяций к вредному агенту прямо пропорциональная скорости размножения организмов и дежурство поколений.

Поэтому продолжительное употребление пестицидов экологически недопустимо, так как вредители, которые интенсивно размножаются, более быстро приспосабливаются и выживают, а объемы химических загрязнений приходится все более увеличивать.

Закон экологической корреляции:

В экосистеме, как и в любой другой системе, все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально отвечают один другому. Выпадание одной части системы (вида) неминуемо приводит к выключению связанных с ею других частей экосистемы и функциональных изменений.

Научной общественности широко известны четыре афоризма «закона» экологии американского ученого Б. Коммонера:

1)все связано со всем;

2)все должно куда-то деваться;

3)природа «знает» лучше;

4) ничто не дается даром.

Как отмечает М. Реймерс, первый закон Б.

Коммонера близкий по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия, второй — к этому же закону и закону развития естественной системы за счет окружающей среды, третий — предостерегает нас от самоуверенности, четвертый — снова затрагивает проблемы, которые обобщают закон внутреннего динамического равновесия, законы константности и развития естественной системы. По четвертому закону Б. Коммонера мы должны возвращать природе то, что берем у нее, иначе катастрофа с течением времени неминуемая.

Следует вспомнить также важные экологические законы, сформулированные в работах известного американского эколога Д. Чираса в 1991—1993 гг.

Он подчеркивает, что Природа существует вечно (с точки зрения человека) и сопротивляется деградации благодаря действию четырех экологических законов: 1) рецикличности или повторного многоразового использования важнейших веществ; 2) постоянного восстановления ресурсов; 3) консервативного потребления (если живые существа потребляют лишь то (и в таком количестве), что им необходимо, не больше и не меньше); 4) популяционного контроля (природа не допускает «взрывного» роста популяций, регулируя количественный состав того ли другого вида путем создания соответствующих условий для его существования и размножения). Важнейшей задачей экологии Д. Чирас считает изучение структуры и функций экосистем, их уравновешенности, или неуравновешенности, то есть причин стабильности и разбалансирования экосистем.

Таким образом, круг задач современной экологии очень широкий и охватывает практически все вопросы, которые затрагивают взаимоотношения человеческого общества и естественной среды, а также проблемы гармонизации этих отношений.

Дата добавления: 2015-06-15; просмотров: 1121. Нарушение авторских прав

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://studopedia.info/2-117866.html

Что такое круговорот веществ? Круговорот веществ в экосистеме. Схема круговорота веществ в природе

Круговорот веществ в экосистеме

С самого начала существования нашей планеты постоянно происходят различные процессы передачи энергии между живыми организмами и окружающей средой.

Она преобразуется, переходит в иные формы, связывается и снова рассеивается. То же самое можно сказать и о любом веществе, составляющем основу жизни.

Каждое из них проходит множество инстанций, претерпевает многократные изменения и в итоге возвращается.

Эти процессы дают представление о том, что такое круговорот веществ в природе. Они позволяют проследить движение не только соединений, но и отдельных элементов. Постараемся подробнее разобраться в данном вопросе.

Общее понятие о круговороте веществ

Что такое круговорот веществ? Это циклические переходы из одной формы в другую, сопровождающиеся частичной потерей или рассеиванием, но имеющие постоянный, устойчивый характер. То есть любое вещество или элемент совершает ряд переходов по ступеням, при этом преобразуясь и изменяясь, но в итоге все равно возвращается в начальную форму.

Естественно, что с течением времени могут быть частичные потери в количестве рассматриваемого соединения или элемента. Однако общая схема постоянна и сохраняется уже многие тысячелетия.

Что такое круговорот веществ, можно рассмотреть на примере. Самый простой из них – это преобразования органических веществ. Изначально из них состоят все многоклеточные живые существа.

После завершения их жизненного цикла тела их разлагаются специальными организмами, и органические соединения преобразуются в неорганические.

После эти соединения поглощаются другими существами и внутри их тела снова восстанавливаются до органической формы. Далее процесс повторяется и циклически продолжается все время.

Схема круговорота веществ в природе дает понять, что ничто не возникает ниоткуда и не исчезает в никуда. У всего есть свое начало, конец и переходные формы. Это основные правила жизни. Им же подчиняется энергия. Рассмотрим примеры преобразования, которые происходят в экосистемах, живых существах. А также разберемся, что такое круговорот веществ, основанный на одном определенном элементе.

Живое вещество в природе

Самое главное вещество биосферы – живое. Что это такое? Это каждый представитель живой природы. Все вместе они формируют биомассу. Она, естественно, претерпевает изменения, является участником всех процессов, происходящих в окружающей среде.

Круговорот живого вещества можно проиллюстрировать примером следующего рода.

  1. Первые создания, которые непосредственно улавливают энергию солнечного света и преобразуют ее в энергию химических связей – это растения, сине-зеленые бактерии. Происходит это за счет пигмента хлорофилла в процессе фотосинтеза. Результат – синтез органического вещества из неорганических компонентов. Так сформировалось первое звено среди живого вещества биосферы.
  2. Далее идут животные, которые способны непосредственно питаться растениями. А также всеядные существа, к которым относится и человек в том числе. Они потребляют первое звено и преобразуют органическое вещество внутри себя в другую форму – неорганику.
  3. Растительноядные существа подвергаются поеданию со стороны плотоядных животных. Так вещества переходят уже в иные организмы.
  4. Далее идут те организмы, которые способны питаться плотоядными формами. Высшие хищники. Они – заключительное звено циркуляции органики. После их отмирания в ход вступают следующие организмы.
  5. Детритофаги – микроорганизмы, грибки, простейшие, которые разлагают мертвые останки живых существ и переводят все вещества в неорганическую форму.
  6. Эти соединения (углекислый газ, вода, минеральные соли) используются снова растениями в процессе создания органических соединений.

Таким образом, приведенная схема круговорота веществ в природе отражает преобразования живой составляющей биосферы. Все начинается с растений и заканчивается ими же. Полный циклический процесс, который имеет массу ответвлений и сложных завитков.

Круговорот веществ в экосистеме

Любая экосистема – это целое сообщество различных организмов, объединенных между собой сложными взаимоотношениями в пищевом плане, а также находящихся под влиянием сходных условий окружающей среды.

Круговорот веществ в экосистеме подчиняется определенным экологическим законам. Так, обязательно строгое соподчинение по цепям питания. Обмен энергией, веществами, циркуляция многих элементов – все это происходит между особями внутри данной экологической группы.

При этом все они делятся на несколько групп:

  • продуценты;
  • консументы первого порядка;
  • консументы второго порядка;
  • консументы третьего порядка;
  • всеядные организмы;
  • редуценты или детритофаги.

Схема круговорота веществ может выглядеть примерно так:

  • растение (продуцент) дает органическое вещество;
  • растительноядное животное (консумент первого порядка) преобразует его в неорганическое и другую органику;
  • плотоядное животное (консумент второго порядка) преобразует в другую органику;
  • высший хищник (консумент третьего порядка) опять частично рассеивает ее в виде тепла, а частично концентрирует в форме внутренних органических веществ;
  • микроорганизмы, например бактерии, грибки и прочие (редуценты или детритофаги), разлагают мертвые останки животных и формируют массу неорганических соединений;
  • растения поглощают неорганику и снова создают в процессе фотосинтеза ряд важных органических соединений, то есть продуцируют.

Вещества экосистемы

Очевидно, что в одной экосистеме в тесном взаимодействии находится два основных типа вещества: органические и неорганические. Из органики это:

Неорганические соединения следующие:

  • вода;
  • углекислый газ;
  • минеральные соли;
  • ряд важных макроэлементов.

Очень важным условием для нормального функционирования любой экосистемы является постоянный приток солнечной энергии. Ведь растения могут осуществлять фотосинтез только при этом условии.

Кроме того, энергия, которая заключается в химических связях соединений, рассеивается в виде тепла в достаточно больших количествах.

Поэтому вещества не могут циркулировать в неизменном состоянии без потерь.

Схема круговорота веществ на лугу

Луг – это особенное природное сообщество. Ведь он имеет некоторые отличия от всех других, например от лесного. В чем заключаются эти отличия?

  1. На лугу преобладает только травяная растительность, состоящая из многолетних и однолетних невысоких трав. При этом они между собой отличаются. Более светолюбивые обладают высоким ростом, а те, что могут жить в тени, низким.
  2. В пределах данного сообщества нет крупных представителей животного мира. Это связано с тем, что им просто негде будет прятаться, ведь деревьев нет.
  3. Периодически во время сильных дождей все пространство луга заливается водой. Отсюда и другое их название – заливные или наливные. В таких условиях могут существовать далеко не все живые существа.

Если же говорить о сходствах лугового и лесного, к примеру, сообщества, то следует выделить главную черту: на обеих территориях обитают представители растений, насекомых, грызунов, птиц, пресмыкающихся, земноводных и млекопитающих.

Схема круговорота веществ на лугу может иметь следующий вид:

  • минеральные вещества и вода, которые потребляет непосредственно из земли растение;
  • насекомые, которые опыляют цветки и позволяют им размножаться, при этом питаясь нектаром, то есть производимым растением органическим веществом;
  • птицы и млекопитающие, поедающие насекомых и растения, то есть употребляющие органическое вещество;
  • микроорганизмы, которые разлагают мертвые остатки растений и животных и высвобождают неорганические вещества (минеральные соли, воду, углекислый газ).

Пример лугового круговорота

Важное значение имеют все звенья, обозначенные в примере. Круговорот веществ на лугу – необходимое условие для существования данного сообщества. Почва способна обогащаться полезными веществами и элементами только благодаря деятельности ее обитателей – микроорганизмов-детритофагов, червей, мокриц и прочих существ.

Без этого условия растениям будет недоставать неорганики для фотосинтеза и роста, а значит, будет в дефиците и органическое вещество, которое они производят. Такое, как крахмал, целлюлоза, белок и прочие. Это приведет к сокращению численности животных и птиц, а значит, и органического вещества в целом.

Пострадают в итоге и детритофаги, так цикл нарушится.

Круговорот веществ на лугу можно проиллюстрировать и более конкретным примером. Попробуем составить такую схему.

  • Минеральные соли, вода, углекислый газ, кислород потребляет ромашка аптечная.
  • Пчела медоносная опыляет обозначенное растение и поедает его пыльцу, то есть углеводы и белки.
  • Пчелоед и осоед склевывают пчелу медоносную и потребляют органическое вещество ее тела (хитин, белок, углеводы).
  • Луговая полевка и другие мелкие грызуны и более крупные виды поедают органическую составляющую растений и насекомых.
  • Пустельга (птица) поедает грызунов и потребляет питательные вещества.
  • После смерти все животные и насекомые попадают на землю, где их тело подвергается разложению на составляющие соединения деятельностью микроорганизмов, червей, мокриц и других детритофагов.
  • В результате почва снова насыщается неорганическими солями, водой и прочими соединениями, которые поглощают корни растений.

Цепи и сети питания

Круговорот веществ и энергии, как уже стало понятно, тесно связан с таким экологическим понятием, как цепь или сеть питания. Ведь любое вещество – это материал, продукт, который служит строительным материалом для формирования структурных частей клеток, тканей и органов.

Каждая цепь питания неотвратимо влечет за собой и циклические преобразования веществ. А любые процессы синтеза и распада требуют затраты или высвобождения энергии. Следовательно, она также вовлекается в единый круговорот в природе.

Почему существуют понятия “цепь” и “сеть питания”? Все дело в том, что взаимоотношения между организмами в пределах одной экологической группы часто намного сложнее, чем просто обычная рядовая цепь.

Ведь один и тот же представитель животного мира может быть и травоядным, и хищником. Существуют всеядные организмы.

Кроме того, для многих создается конкурентная среда за добычу и пропитание, что также накладывает свой отпечаток на общий план взаимоотношений внутри биогеоценоза.

Вот в этих случаях цепи тесно переплетаются между собой и формируются так называемые сети питания. Особенно хорошо это заметно в многонаселенных обитателями местах: лесных, озерных сообществах, тропических лесах и прочих.

Все цепи питания можно условно разделить на два вида:

  • выедания, или пастбищные;
  • разложения, или детритные.

Основное различие между ними в том, что в первом случае все начинается с живого организма – растения. Во втором же – с мертвых остатков, экскрементов и прочих отложений, которые перерабатываются микроорганизмами, червями и так далее.

Изменения энергии

Энергия, как и вещества, претерпевает ряд изменений в ходе процессов в экосистемах. Вся она делится на два основных вида:

  • солнечного света;
  • химических связей.

В ходе построения цепей питания энергия как раз и переходит из одной формы в другую. При этом происходят частичные ее потери. Ведь она расходуется на жизненные процессы каждого существа, рассеивается в виде тепла. Именно поэтому важно, чтобы солнечная энергия как первоисточник постоянно пополняла запасы любого сообщества.

Непосредственно в форме света от Солнца ее могут потреблять только такие организмы, как:

  • растения;
  • бактерии;
  • фотосинтезирующие одноклеточные.

После них вся энергия переходит в следующую форму – химические связи соединений. В данной форме ее потребляют гетеротрофные представители биосферы.

Круговорот воды

Мы уже обозначили, что самый важный и исторически сложившийся жизненный процесс – это круговорот веществ в природе. Вода является тем неорганическим соединением, значение которого особенно важно и масштабно. Поэтому то, как происходит ее циркуляция, рассмотрим в общих чертах.

  1. Огромное количество воды сосредоточено на поверхности нашей планеты в водоемах разного рода. Это моря и океаны, болота, реки, озера, ручьи, искусственные сооружения. С их поверхности происходит постоянное испарение влаги, то есть вода в виде пара переходит в слои атмосферы.
  2. Почва, как ее наружная, так и внутренняя часть, также содержит много влаги. Это подземные или грунтовые воды. С поверхности пар поступает в атмосферу, с внутренних слоев стекает в водоемы, а оттуда испаряется.
  3. Конденсируясь в атмосфере, вода постепенно достигает максимума и начинает возвращаться на землю в виде осадков. Зимой это снег, летом – дождь.
  4. Растения принимают активное участие в поглощении и транспирации воды, так как проносят через себя огромное ее количество.

Таким образом, круговорот воды и круговорот веществ в природе обеспечивают нормальное состояние любой экосистемы, а значит, и организмов.

Изучение круговорота веществ в начальной школе

Чтобы дети имели представление о том, какие циклические изменения происходят в природе, рассказывать им об этом следует еще с начальных ступеней обучения. Ребята должны иметь знания о том, что такое круговорот веществ. 3 класс – вполне подходящее для этого время. В этот период дети достаточно взрослые, чтобы полностью осознать и усвоить информацию подобного рода.

Во многих образовательных программах по окружающему миру представлена хорошая схема “Круговорот веществ. 3 класс”. Она отражает основные типы преобразований воды, вещества, пищевые цепи, которые характерны для каждой экосистемы.

Примерная схема круговорота веществ для младших школьников может иметь вид: вода и минеральные вещества в растениях – органическое вещество в животных – вода и минеральные соли после отмирания растений и животных.

Каждый этап следует пояснить примерами и подробным описанием для формирования четкого представления о происходящих природных процессах.

Источник: https://FB.ru/article/190517/chto-takoe-krugovorot-veschestv-krugovorot-veschestv-v-ekosisteme-shema-krugovorota-veschestv-v-prirode

Book for ucheba
Добавить комментарий