ecology (1086375), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Кроме естественной сукцессии возможна антропогенная сукцессия. Н-р, на месте вырубленных хвойных деревьев человек снова посадил хвойные.

Энергия в экосистемах.

Синтез первичного органического вещества.

Практически всё первичное органическое вещество на Земле образуется зёлёными растениями в процессе фотосинтеза. Этот процесс идёт с поглощением энергии, которая запасается в химических связях органического вещества.

Рассмотрим расчетную схему фотосинтеза:

1. Фотон, попадая в молекулу хлорофилла, выбивает из нее электрон.

2. АДФ + еАТФ.

3. АТФ+СО₂+Н₂Оорганическое вещество+О₂+АДФ.

В связи с тем, что растения производят первичное органическое вещество под воздействием фотонов солнечного света, их называют фотосинтетиками.

Кроме зеленых растений, первичное органическое вещество производится некоторыми бактериями. Энергию для этого они получают за счёт химических реакций, поэтому их называют хемосинтетиками.

Существуют серобактерии, получающие энергию за счёт окисления серы до её оксидов, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак до нитритов и нитратов. Так же существуют железобактерии, переводящее железо из двухвалентного в трёхвалентное состояние.

Понятие о трофической цепи.

Трофическая цепь – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов до других.

Земные растения – это автотрофные организмы, и т.к. они производят практически все органические вещества на Земле, их ещё называют продуцентами.

Растительноядные животные, растения являются гетеротрофными организмами, используют готовое органическое вещество и называются консументами первого порядка.

Плотоядные животные – консументы второго порядка – используют уже готовое органическое вещество консументов первого порядка.

Трофические цепи могут быть короткими и длинными.

Совокупность трофических цепей, связанных между собой отдельными звеньями, образующих сложную структуру, называется трофической сетью.

Кроме продуцентов и консументов существуют редуценты – это организмы, разлагающие органическое вещество до неорганических составляющих. Это, прежде всего, бактерии и простейшие.

Энергетика и продуктивность биогеоценоза

Т

4

рофическая цепь есть одновременно цепь энергетическая, т.е. упорядоченный поток передачи энергии Солнца от продуцентов к консументам различного порядка.

Л юбое количество органического вещества эквивалентно определенному количеству энергии, которую можно получить, разрушив химические связи органического вещества.

Консументы, питаясь органическим веществом, получают энергию, часть из которой идёт на построение собственного органического вещества, а часть расходуется на движение, дыхание, теплоотдачу.

Таким образом, в силу второго закона термодинамики, поток энергии по трофической цепи неразрывно связан с её рассеиванием, т.е с возрастанием энтропии. Рассеивание энергии компенсируется подкачкой энергии от Солнца.

При переходе от одного трофического уровня к другому чаще всего теряется свыше 99% энергии.

Продуктивность экосистем и соотношение в них различных трофических уровней принято выражать в виде пирамид.

Энергетическая пирамида одной из сельскохозяйственных систем:

3,510⁴ Дж

- - прибавка тканей человека

510⁵ Дж

- - продуцировано телятины

6,210⁷ Дж

- - произведено кормового - растения

2,610¹¹ Дж

- - энергия от Солнца

Экологические системы, в которых соотношение продуцируемой биомассы Р к расходам на дыхание, движение, теплоотдачу R больше единицы (P/R>1) называются системами с автотрофной сукцессией.

Экологические системы, для которых P/R1 называются системами с гетеротрофной сукцессией. Если P/R=1, то такие системы называются стабильными.

К руговорот веществ в биосфере.

Все вещества, находящиеся на Земле, существуют в процессе круговорота.

Различают 2 типа круговорота: Большой геологический и Малый биотический.

Большой длится сотни тысяч и даже миллионы лет. Он заключается в следующем: горные породы подвергаются разрушению (выветриванию), а продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан. Унесенное вещество частично возвращается на сушу с осадками и извлечёнными из воды организмами. Крупные медленные геотектонические процессы опускание материков и поднятие дна океана приводят к тому, что морские напластования возвращаются на сушу, и процесс начинается вновь.

Малый биотический круговорот является частью большого геологического круговорота. Круговорот химических веществ из неживой природы через живые организмы обратно в неорганическую среду с использованием химической энергии/энергии солнечного излучения называется биогеохимическим циклом.

Рассмотрим круговороты основных биогенных элементов:

Круговорот углерода (большой биологический)

Малый биотический круговорот

Углерод является частью большого геологического круговорота и связан с жизнедеятельностью организмов. С, содержащийся в виде СО2 в атмосфере служит сырьем для фотосинтеза растений, затем вместе с веществом-продуцентом он передается по трофическим цепям.

В процессе дыхания , а также за счет работы редуцентов, С в виде СО2 возвращается в атмосферу, однако часть его запасается в виде ископаемой органики в виде угля, нефти, торфа. Сжигая органическое топливо, человек возвращает углерод в атмосферу. Это уже биотехнический круговорот углерода.

Круговорот азота.

Азот содержится в атмосфере, где его около 80%, в воде и почве в виде аммонийных, нитритных и нитратных соединений. Кроме того, азот содержится в живых организмах, прежде всего в белках и нуклеиновых кислотах.

Малый биотический круговорот азота.

NO^-₃

Фиксация

NH^+-₂ – органический азот животных и растений

CO(NH₂)₂ – мочевина

NH₃ – аммиак

NH⁺₄ – ион аммония

NO₂ – нитриты

NO₃ – нитраты

N₂O – оксид азота

N₂ – молекулярный азот

Круговорот фосфора.

Фосфор содержится в воде и почве в виде растворимых фосфат-ионов, а также в живых организмах, прежде всего в клеточных мембранах, и веществах носителях энергии типа АДФ и АТФ.

Малый биотический круговорот фосфора.

PO^3-₄ – растворимые фосфат ионы.

Биотический круговорот фосфора не замкнут. Существует блок морских осадков, который замыкается только в пределах большого геологического круговорота фосфора.

Круговорот воды.

Вода - весьма распространенное на Земле вещество. Почти 3/4 поверхности земного шара покрыты водой, образующей океаны, моря, реки, озера.

Много воды находится в газообразном состоянии в виде паров в атмосфере; в виде огромных масс снега и льда лежит она круглый год на вершинах высоких гор и в полярных странах. В недрах земли также находится вода, пропитывающая почву и горные породы.

Важное значение для нашей планеты имеет круговорот воды. Он слагается из процессов, имеющих разную протяженность - от оборота воды на протяжении суток в результате транспирирующей деятельности одного растения, всасывающего выпавшею атмосферную воду корнями и вновь возвращающего ее в атмосферу листьями, до медленного движения огромных масс воды, связывающего земную кору с гидросферой и атмосферой.

Круговорот воды на поверхности Земли складывается из 520 тыс. км выпадающей и такой же массы испаряющейся воды. При этом на континентах выпадает в год 109000 км , а испаряется 72000км .

Разница в 37000 км и есть цифровое значение полного речного стока. С поверхности Мирового океана испаряется воды больше (448000 км ), чем выпадает осадков (441000 км ). Разность покрывается стоком речных вод.

Огромный круговорот воды сопровождает процесс созидания органического вещества. Выделяемый растениями кислород образуется при реакции фотосинтеза за счет расщепления воды. Однако на фотосинтез расходуется всего около 1% воды, проходящей из почвы через растения в атмосферу. Чтобы вырастить 1 ц пшеницы, растения должны пропустить через себя не менее 10000кг воды. По расчетам О.П. Добродеева, при формировании общепланетарной биомассы всех ныне существующих живых организмов в результате фотосинтеза было расщеплено такое количество воды, которое в 3,5 раза больше количества, находящегося во всех реках мира.

Круговые движения воды не ограничиваются поверхностью Земли. Значительное количество воды присутствует в горных породах в виде пленочных и поровых вод, еще больше входит ее в состав минералов, образующихся в зоне гипергенеза. Все глинистые минералы, оксиды железа и другие распространенные в этой зоне соединения содержат в своем составе воду. Подсчитано, что в 16-ти километровом слое земной коры содержится примерно 200 млн. км воды. Поступая в глубинные зоны земной коры, связанные формы воды постепенно освобождаются и включаются в метаморфические, магматические и гидротермические процессы. С вулканическими газами и горячими источниками глубинные воды поступают на поверхность.

Принципы функционирования экосистем.

1. В естественных экосистемах получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.

2. Экосистемы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

3. Чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень или: На концах длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

Принципы устойчивости экосистем.

Все компоненты экосистем находятся во взаимосвязи друг с другом, образуя круговорот химических элементов.

Обмен веществом между организмами можно рассматривать как процесс передачи энергии и информации. Таким образом, в любой экосистеме, где существуют трофические цепи, существуют каналы передачи информации.

Сбалансированность биологического круговорота и устойчивость экосистем с точки зрения кибернетики обеспечивается механизмом обратной связи.

Р ассмотрим некоторый объект управления.

ОУ

ОС

На этот объект воздействуют:

1. Вектор управляющих воздействий (эти параметры можно изменить)

2. Вектор возмущающих параметров (на кой мы влиять не можем)

На выходе имеем - вектор выходных параметров.

Характеристики

Список файлов лекций