Круговорот веществ и потоки энергии в экосистемах.

Цель занятия: ознакомиться с понятиями «круговорот веществ» и «поток энергии», «пищевая цепь», «трофический уровень», «экологические пирамиды», «концепция продуктивности». Классификация экосистем по биологической продуктивности. Рассчитать по данным своего хозяйства экологические пирамиды.

 

Существование любой экосистемы подразумевает наличие круговорота веществ и прохождение сквозь нее потоков энергии.

 

В экосистеме продуценты (автотрофные организмы) образуют органические вещества из неорганических, которые затем потребляются консументами (гетеротрофными организмами). После гибели организмов органические вещества подвергаются минерализации, т.е. превращению в неорганические вещества. Затем эти неорганические соединения могут быть вновь использованы продуцентами (автотрофами) для синтеза органических веществ. То есть круг замыкается. Так осуществляется биологический круговорот веществ.

 

Круговорот веществ – перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к консументам и от них к редуцентам.

 

Поток энергии – переход энергии в виде химических связей органических соединений по пищевым цепям от одного трофического уровня к другому (от низкого к высокому; от автотрофов к гетеротрофам).

 

передача энергии в экосистемах (энергия в пище) осуществляется в одном направлении – от продуцентов к консументам, и может быть использована только один раз.

 

Трофические цепи делятся на два основных вида: пастбищные и детритные.

Пастбищная цепь начинается от зеленых растений (продуцентов) к консументам (растительноядным и затем к плотоядным животным).

Детритная цепь берет начало с мертвого органического вещества (детрита), который разрушается детритофагами. Сначала оно поедается мелкими хищниками, а далее цепь продолжают редуценты, минерализируя органические остатки.

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

 

Пирамида численности отражает численность организмов на каждом трофическом уровне.

 

Пирамида биомассы отражает общую биомассу организмов на трофическом уровне.

 

Пирамида энергии показывает величину потока энергии на последовательных трофических уровнях.

 

Первая экологическая пирамида (численности) была построена Ч. Элтоном в 1927 г. Следует отметить, что пирамиды биомасс и чисел не всегда имеют традиционный вид. Иногда встречаются случаи перевернутых пирамид (пирамида биомассы для океана и др.).

В среднем только 10% от количества энергии, поступившей на трофический уровень, передается организмам, находящимся на следующем трофическом уровне.

 

Продуктивность экосистем – это скорость, с которой живые организмы экосистемы производят полезную химическую энергию, заключенную в биомассе. Продуктивность рассчитывается как количество энергии, аккумулированной организмами за единицу времени на единице площади (для наземных экосистем) или единице объема (для водных экосистем).

 

Единицами измерения служат: количество сконцентрированной в биомассе энергии (ккал/м²сут или ккал/м2 год) или количество связанного в биомассе углерода (г С/м² сут или г С/м² год). Продуктивность растений можно выражать в количестве выделенного кислорода (г О₂/м² сут или г О₂/м² год). При этом 1 ккал энергии эквивалентна 0,1068 г углерода (С) и 0,2849 г кислорода (О₂).

 

Продуктивность экосистем характеризует их способность концентрировать солнечную энергию в продукции органических веществ биомассы различных организмов.

 

Различают следующие виды продукции.

Валовая первичная продукция – органическое вещество, которое синтезируется растениями в единицу времени на единицу площади или объема, включая ту ее часть, которая расходуется на дыхание растений.

 

Чистая первичная продукция – органическое вещество, накопленное в растительных тканях в единицу времени на единицу площади или объема, за вычетом той части, которая израсходована на дыхание растений.

 

ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ

 

Чистая первичная продукция экосистемы – это чистая первичная продукция органического вещества в экосистеме за вычетом той ее части, которая была ассимилирована консументами в единицу времени на единице площади или объема.

 

Вторичная продукция – органическое вещество, синтезированное на уровне консументов в единицу времени на единицу площади или объема.

 

Чистая первичная продукция может считаться главным источником питания для животных. Эта величина используется для оценки потенциала пищевых ресурсов для животных и человека.