🗊Энергия в экосистеме

Энергия в экосистеме

План 1. Пищевые цепи и пищевая сеть. 2. Пирамиды энергетических потоков. 3. Пирамиды численностей и биомасс. 4. Чистая первичная продуктивность растений. 5. Круговорот веществ в экосистемах. 5.1. Круговорот углерода 5.2. Круговорот азота. 5.3. Круговорот фосфора. 5.4. Круговорот серы. 5.5. Круговорот воды.

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.

Все организмы, пользующиеся одним типом пищи, принадлежат к одному трофическому уровню (от греческого слова trophos – «питающиеся»). Организмы природных экосистем вовлечены в сложную сеть многих связанных между собой пищевых цепей. Такая сеть называется пищевой сетью.

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.

Пирамиды энергетических потоков. С каждым переходом из одного трофического уровня в другой в пределах пищевой цепи или сети совершается работа и в окружающую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня, снижается.   Правило 10%: при переходе с одного трофического уровня на другой 90% энергии теряется, и  10% передается на следующий уровень. Чем длиннее пищевая цепь, тем больше теряется полезной 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.

Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы, называется биомассой. Каждый трофический уровень пищевой цепи или сети содержит определенное количество биомассы. Ее можно вычислить, если собрать все живые организмы с различных произвольно выбранных участков. Собранные экземпляры необходимо рассортировать по трофическим уровням, высушить и взвесить. Полученные данные в дальнейшем используются для построения пирамиды биомасс для определенной экосистемы.

Чистая первичная продуктивность растений. Скорость, с которой растения экосистемы производят полезную химическую энергию или биомассу, называется чистой первичной продуктивностью.   Чистая первичная продуктивность =  скорость, с которой растения        -        скорость, с которой растения  производят химическую энер-           расходуютхимическую энер-гию в процессе фотосинтеза      гию в процессе дыхания

КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ В ЭКОСИСТЕМАХ. I. Круговорот углерода

Углерод является основным «строительным материалом» молекул углеводов, жиров, белков, нуклеиновых кислот (таких как ДНК и РНК) и других важных для жизни органических соединений. Вмешательство человека в круговорот углерода резко возрастает, особенно начиная с 1950-х годов, из-за быстрого роста населения и использования ресурсов, и происходит оно в основном двумя способами: - Сведение лесов и другой растительности без достаточных лесовосстановительных работ, в связи    с чем уменьшается общее количество растительности, способной поглощать СО2. - Сжигание углеродосодержащих ископаемых видов топлива и древесины. Образующийся при         этом углекислый газ попадает в атмосферу.

II. Круговорот азота.

Вмешательство человека в круговорот азота состоит в следующем: - Сжигание древесины или ископаемого топлива (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере   с кислородом и образует диоксид азота (NO2), который при взаимодействии с водяным паром     может образовывать азотную кислоту (HNO3). - Производство азотных удобрений и их широкое применение. - Увеличение количества нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах при попадании в    них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей азотных удобрений, а также    очищенных и неочищенных коммунально-бытовых канализационных стоков.

III. Круговорот фосфора.

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 и неочищенных коммунально-бытовых стоков.

IV. Круговорот серы.

Около трети всех соединений серы и 99% диоксида серы, попадающих в атмосферу, имеют антропогенное происхождение. Сжигание серосодержащих углей и нефти для производства электроэнергии дает примерно две трети всех антропогенных выбросов диоксида серы в атмосферу. Оставшаяся треть выделяется во время таких технологических процессов, как переработка нефти, выплавка металлов из серосодержащих медных, свинцовых и цинковых руд.  

V. Круговорот воды. Круговорот воды или гидрологический цикл, в процессе которого происходит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса 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 океанической 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 уменьшению просачивания поверхностных вод под землю, что сокращает пополнение запасов грунтовых вод, увеличивает риск наводнений и повышает интенсивность поверхностного стока, тем самым, усиливая эрозию почв.