La circulación de sustancias y el flujo de energía en la naturaleza. Presentación del ciclo de las sustancias y el flujo de energía en la naturaleza para la lección de biología (grado 10)

ENSAYO
en la disciplina "Ecología"
en el tema:
"El flujo de energía y la circulación de sustancias en la naturaleza"

Terminado:
estudiante gr. ZEVM-107
Bocharov A.V.

Aceptado:
Mishchenko T.V.

VLADIMIR 2011

Introducción ……………………………………………………….…. ………… .. 3
1. Flujo de energía en la biosfera ………………………………… .. ……………. 5
2. Ciclos biogeoquímicos …………………………….…. ……… ... 7
2.1 Ciclo del agua ………………………………………….…. …… 9
2.2 Ciclo de oxígeno ……………………………………. …… ... 11
2.3 Ciclo del carbono …………………………. ………………… 12
2.4 Ciclo del nitrógeno …………………………………………. ……… 14
2.5 Ciclo del fósforo ………………………. ……………. ……… .. 17
2.6 El ciclo del azufre ………………………………………. …………. Dieciocho
3.Factores que afectan el ciclo de las sustancias en la naturaleza ..................... 19
4. Influencia humana en los ciclos de las sustancias en la naturaleza ………………… 23
Conclusión …………………………………………………. ……………… .. 26
Lista de fuentes bibliográficas utilizadas ………………. …………… 27

Introducción
La función principal de la biosfera es asegurar la circulación de elementos químicos, que se expresa en la circulación de sustancias entre la atmósfera, el suelo, la hidrosfera y los organismos vivos.
Los ecosistemas son comunidades de organismos asociados con el medio inorgánico por los vínculos materiales y energéticos más cercanos. Las plantas solo pueden existir debido al suministro constante de dióxido de carbono, agua, oxígeno y sales minerales. En cualquier hábitat en particular, las reservas de compuestos inorgánicos necesarias para mantener la actividad vital de los organismos que lo habitan no durarían mucho si estas reservas no se renovaran. El retorno de nutrientes al medio ambiente ocurre tanto durante la vida de los organismos (como resultado de la respiración, excreción, defecación) como después de su muerte, como resultado de la descomposición de cadáveres y restos vegetales. Así, la comunidad adquiere un determinado sistema con el medio inorgánico, en el que el flujo de átomos, provocado por la actividad vital de los organismos, tiende a cerrarse en un ciclo.
Cualquier conjunto de organismos y componentes inorgánicos en los que puede tener lugar la circulación de sustancias se denomina ecosistema. Este término fue propuesto en 1935 por el ecologista inglés A. Tensley, quien enfatizó que con este enfoque, los factores inorgánicos y orgánicos actúan como componentes iguales, y no podemos separar organismos de un ambiente específico. R. Tensley consideraba a los ecosistemas como las unidades básicas de la naturaleza en la superficie de la Tierra, aunque no tienen un volumen determinado y pueden cubrir un espacio de cualquier longitud.
La mayoría de las sustancias en la corteza terrestre pasan a través de organismos vivos y están involucradas en el ciclo biológico de sustancias, que creó la biosfera y determina su estabilidad. Energéticamente, la vida en la biosfera está respaldada por un influjo constante de energía del Sol y su uso en los procesos de fotosíntesis. La actividad de los organismos vivos va acompañada de la extracción de grandes cantidades de sustancias minerales de la naturaleza inanimada que los rodea. Después de la muerte de los organismos, sus elementos químicos constituyentes regresan al medio ambiente. Es así como surge la circulación biogénica de sustancias en la naturaleza, es decir, la circulación de sustancias entre la atmósfera, la hidrosfera, la litosfera y los organismos vivos.
El propósito de este ensayo es estudiar la circulación del flujo de energía y sustancias en la naturaleza, y la divulgación del tema seleccionado.
El tema de mi ensayo es muy largo. Puedes hablar de ello durante mucho tiempo. Pero tocaré solo aquellos temas que considero más importantes y cercanos al tema elegido.

1. FLUJO de energía en la biosfera
El flujo de energía solar, percibido por las moléculas de las células vivas, se convierte en energía de enlaces químicos. En el proceso de fotosíntesis, las plantas utilizan la energía radiante de la luz solar para convertir sustancias con bajo contenido energético (CO 2 y H 2 O) en compuestos orgánicos más complejos, donde parte de la energía solar se almacena en forma de enlaces químicos.
Las sustancias orgánicas formadas en el proceso de fotosíntesis pueden servir como fuente de energía para la propia planta o se transfieren en el proceso de ingesta y posterior asimilación de un organismo a otro: de una planta a animales herbívoros, de ellos a carnívoros, etc. La liberación de la energía contenida en los compuestos orgánicos se produce durante el proceso de respiración o fermentación. La destrucción de residuos de biomasa usada o muerta la llevan a cabo diversos organismos pertenecientes al número de saprófitos (bacterias heterótrofas, hongos, algunos animales y plantas). Descomponen los restos de biomasa en constituyentes inorgánicos (mineralización), contribuyendo a la implicación de compuestos y elementos químicos en el ciclo biológico, lo que asegura los próximos ciclos y producción de materia orgánica. Sin embargo, la energía contenida en los alimentos no forma un ciclo, sino que gradualmente se convierte en energía térmica. En última instancia, toda la energía solar absorbida por los organismos en forma de enlaces químicos regresa al espacio en forma de radiación térmica, por lo que la biosfera necesita un influjo de energía del exterior.
A diferencia de las sustancias que circulan continuamente a través de diferentes bloques del ecosistema y siempre pueden volver a entrar en el ciclo, la energía solo se puede usar una vez.
Un flujo de energía unidireccional como fenómeno universal de la naturaleza se produce como resultado de la acción de las leyes de la termodinámica relacionadas con los fundamentos de la física. La primera ley establece que la energía puede pasar de una forma (por ejemplo, la energía de la luz) a otra (por ejemplo, la energía potencial de los alimentos), pero nunca se vuelve a crear o desaparece.
La segunda ley de la termodinámica dice que no puede haber un solo proceso asociado con la transformación de la energía sin perder parte de ella. En tales transformaciones, una cierta cantidad de energía se disipa en energía térmica inaccesible y, por lo tanto, se pierde. Por esta razón, no puede haber transformaciones, por ejemplo, de nutrientes en una sustancia que forma el cuerpo del cuerpo, yendo con una eficiencia del 100 por ciento.
La existencia de todos los ecosistemas depende de un flujo constante de energía, que es necesaria para que todos los organismos mantengan su actividad vital y su autorreproducción.
El sol es prácticamente la única fuente de energía en la Tierra. Sin embargo, no toda la energía de la radiación solar puede ser absorbida y utilizada por los organismos. Solo aproximadamente la mitad del flujo solar habitual que cae sobre las plantas verdes (es decir, sobre los productores) es absorbido por elementos fotosintéticos, y solo una pequeña fracción de la energía absorbida (de 1/100 a 1/20 de una parte) se almacena en la forma de energía bioquímica (energía alimentaria).
Por tanto, la mayor parte de la energía solar se pierde en forma de calor por evaporación. En general, mantener la vida requiere un suministro constante de energía. Y dondequiera que haya plantas y animales vivos, siempre encontraremos aquí la fuente de su energía.

2. Ciclos biogeoquímicos
Los elementos químicos que componen los seres vivos generalmente circulan en la biosfera por caminos característicos: desde el ambiente externo a los organismos y nuevamente al ambiente externo. La migración biogénica se caracteriza por la acumulación de elementos químicos en los organismos (acumulación) y su liberación como resultado de la mineralización de la biomasa muerta (detritus). Tales vías de circulación de sustancias químicas (más o menos cerradas), que fluyen con el uso de la energía solar a través de organismos vegetales y animales, se denominan ciclos biogeoquímicos ( bio se refiere a organismos vivos, y geo- al suelo, aire, agua en la superficie de la tierra).
Hay giros de tipo gas con reservorios de compuestos inorgánicos en la atmósfera u océanos (N 2, O 2, CO 2, H 2 O) y giros de tipo sedimentario con reservorios menos extensos en la corteza terrestre (P, Ca, Fe) .
Los elementos necesarios para la vida y las sales disueltas se denominan convencionalmente elementos biogénicos (que dan vida) o nutrientes. Entre los elementos biogénicos, se distinguen dos grupos: sustancias macrotróficas y sustancias microtróficas.
El primero cubre los elementos que forman la base química de los tejidos de los organismos vivos. Estos incluyen: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo, potasio, calcio, magnesio, azufre.
Estos últimos incluyen elementos y sus compuestos, que también son necesarios para la existencia de sistemas vivos, pero en cantidades extremadamente pequeñas. A menudo, estas sustancias se denominan oligoelementos. Estos son hierro, manganeso, cobre, zinc, boro, sodio, molibdeno, cloro, vanadio y cobalto. Aunque los elementos microtróficos son esenciales para los organismos en cantidades muy pequeñas, su deficiencia puede limitar severamente la productividad, al igual que las deficiencias de nutrientes.
La circulación de elementos biogénicos suele ir acompañada de sus transformaciones químicas. El nitrógeno nitrato, por ejemplo, puede convertirse en proteína, luego convertirse en urea, convertirse en amoníaco y sintetizarse nuevamente en forma de nitrato bajo la influencia de microorganismos. Varios mecanismos, tanto biológicos como químicos, están involucrados en los procesos de desnitrificación y fijación de nitrógeno.
El carbono contenido en la atmósfera en forma de CO 2 es uno de los componentes iniciales de la fotosíntesis y luego, junto con la materia orgánica, es consumido por los consumidores. Durante la respiración de plantas y animales, así como debido a los reductores, el carbono en forma de CO 2 se devuelve a la atmósfera.
A diferencia del nitrógeno y el carbono, el depósito de fósforo se encuentra en rocas que se erosionan y liberan fosfatos en los ecosistemas. La mayoría de ellos terminan en el mar y en parte pueden regresar a la tierra a través de cadenas alimenticias marinas que terminan en aves que se alimentan de peces (formación de guano). La asimilación de fósforo por las plantas depende de la acidez de la solución del suelo: a medida que aumenta la acidez, los fosfatos que son prácticamente insolubles en agua se convierten en ácido fosfórico fácilmente soluble.
A diferencia de la energía, los elementos biogénicos se pueden utilizar repetidamente: el ciclo es su rasgo característico. Otra diferencia con la energía es que el suministro de nutrientes no es constante. El proceso de unir algunos de ellos en forma de biomasa viva reduce la cantidad que queda en el entorno del ecosistema.
Consideremos con más detalle los ciclos biogeoquímicos de algunas sustancias.

El ciclo del agua

Ciclo de oxigeno

El ciclo del carbono

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Leyendas de diapositivas:

El ciclo de las sustancias y la energía en la naturaleza.

La circulación de sustancias son los procesos repetitivos de transformación y movimiento de la materia en la naturaleza, que son más o menos cíclicos. Todas las sustancias de nuestro planeta están en proceso de circulación. En la naturaleza, hay dos ciclos principales Grande (geológico) Pequeño (biogeoquímico)

El Gran Ciclo de Sustancias El Gran Ciclo dura millones de años, debido a la interacción de la energía solar con la energía profunda de la Tierra. Está asociado con procesos geológicos, la formación y destrucción de rocas y el posterior movimiento de productos de destrucción.

Ciclo pequeño de sustancias El ciclo pequeño (biogeoquímico) ocurre dentro de la biosfera, a nivel de biocenosis. Su esencia está en la formación de materia viva a partir de compuestos inorgánicos en el proceso de fotosíntesis y en la transformación de materia orgánica durante la descomposición nuevamente en compuestos inorgánicos. Ciclos biogeoquímicos - Vernadsky V.I.

Ciclo del agua Tr escorrentía inf Evaporación de agua Condensación de vapor Escorrentía de precipitación Infiltración de transpiración

La transpiración es el proceso de movimiento del agua a través de una planta y su evaporación a través de los órganos externos de la planta, como hojas, tallos y flores. El agua es esencial para la vida de la planta, pero solo una pequeña parte del agua que ingresa por las raíces se usa directamente para las necesidades de crecimiento y metabolismo.

El ciclo del agua

El ciclo del agua La mayor parte del agua se concentra en los océanos. El agua se evapora de su superficie para abastecer ecosistemas terrestres naturales y artificiales. Cuanto más cerca está el área del océano, más precipitación cae allí. La tierra devuelve constantemente agua al océano: parte de la humedad se evapora, más activamente en los bosques, otra es recolectada por los ríos: reciben la lluvia y el agua se derrite. El intercambio de humedad entre el océano y la tierra requiere unos costes energéticos muy elevados: consume alrededor del 30% de la energía solar que llega a la Tierra.

Influencia humana en el ciclo del agua El ciclo del agua en la biosfera antes del desarrollo de la civilización era el equilibrio, es decir. el océano recibió tanta agua de los ríos como consumió en la evaporación. Con el desarrollo de la civilización, este ciclo comenzó a interrumpirse. Los bosques, en particular, evaporan cada vez menos agua. su área se está reduciendo, y la superficie del suelo, por el contrario, es cada vez más, porque la superficie de regadío agrícola está aumentando. tierra. Los ríos de las regiones del sur se han vuelto poco profundos. El agua se evapora peor de la superficie del océano, porque una parte importante está cubierta con una película de aceite. Todo esto deteriora el suministro de agua a la biosfera.

Las sequías son cada vez más frecuentes y aparecen focos de desastres ecológicos. Por ejemplo, una sequía catastrófica ha durado más de 35 años en África, en la zona del Sahel, una región semidesértica que separa el Sahara de los países del norte del continente. El agua dulce que regresa al océano y otros cuerpos de agua desde la tierra a menudo está contaminada. El agua de muchos ríos de Rusia se ha vuelto prácticamente inadecuada para beber. La proporción de agua dulce disponible para los organismos vivos es bastante pequeña, por lo que debe usarse con moderación y no contaminada. Uno de cada cuatro habitantes del planeta carece de agua potable. En muchas partes del mundo, no hay suficiente agua para la producción industrial y el riego.

Los diferentes componentes de la hidrosfera participan en el ciclo del agua de diferentes formas y a diferentes velocidades. La renovación total del agua en los glaciares lleva 8000 años, las aguas subterráneas - 5000 años, los océanos - 3000 años, el suelo - 1 año. Los vapores atmosféricos y las aguas de los ríos se renuevan por completo en 10 a 12 días. El ciclo del agua en la naturaleza dura aproximadamente 1 millón de años.

El ciclo del oxígeno El oxígeno es uno de los elementos más abundantes en la biosfera. El contenido de oxígeno en la atmósfera es casi del 21%. El oxígeno es parte de las moléculas de agua, parte de los organismos vivos (proteínas, grasas, carbohidratos, ácidos nucleicos). El oxígeno es producido por productores (plantas verdes). El ozono juega un papel importante en el ciclo del oxígeno. La capa de ozono se encuentra a una altitud de 20-30 km sobre el nivel del mar. El contenido de oxígeno en la atmósfera está influenciado por 2 procesos principales: 1) fotosíntesis 2) descomposición de la materia orgánica, en la que se consume.

El ciclo del oxígeno es un proceso lento. Se necesitan unos 2000 años para renovar completamente todo el oxígeno de la atmósfera. A modo de comparación: una renovación completa de dióxido de carbono en la atmósfera lleva unos 3 años. El oxígeno se consume para la respiración de la mayoría de los organismos vivos. El oxígeno se utiliza en la combustión de combustible en un motor de combustión interna, en los hornos de centrales térmicas, en motores de aviones y misiles, etc. El consumo antropogénico adicional puede alterar el equilibrio del ciclo del oxígeno. Hasta ahora, la biosfera compensa la intervención humana: las pérdidas se reponen con plantas verdes. Con una mayor disminución de la superficie forestal y la quema de más y más combustible, el contenido de oxígeno en la atmósfera comenzará a disminuir.

¡¡¡ES IMPORTANTE!!! Cuando el contenido de oxígeno en el aire disminuye al 16%, la salud de una persona empeora (en particular, el corazón sufre), hasta un 7% - una persona pierde el conocimiento, hasta un 3% - ocurre la muerte.

El ciclo del carbono

Ciclo del carbono El carbono es la base de los compuestos orgánicos; forma parte de todos los organismos vivos en forma de proteínas, grasas y carbohidratos. El carbono entra a la atmósfera en forma de dióxido de carbono. En la atmósfera, donde se concentra la mayor parte del dióxido de carbono, hay un intercambio constante: las plantas absorben dióxido de carbono durante la fotosíntesis y todos los organismos lo liberan durante la respiración. Los descomponedores (microorganismos del suelo) devuelven a la atmósfera hasta el 50% del carbono en forma de CO 2. El carbono sale del ciclo en forma de carbonato de calcio.

Influencia humana en el ciclo del carbono La actividad humana provocada por el hombre interrumpe el equilibrio natural del ciclo del carbono: 1) la combustión de combustibles fósiles libera anualmente alrededor de 6 mil millones de toneladas de CO2 a la atmósfera: a) Producción de electricidad en plantas de cogeneración b) Gases de escape de los coches 2) destrucción de los bosques. Durante los últimos 100 años, el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado de manera constante y rápida. Dióxido de carbono + metano + vapor de agua + ozono + óxidos de nitrógeno = gas de efecto invernadero. Como resultado, el efecto invernadero, el calentamiento global, que puede provocar desastres naturales a gran escala.

El ciclo del nitrógeno En forma libre, el nitrógeno es un componente del aire: 78%. El nitrógeno es uno de los elementos más importantes para la vida de los organismos. El nitrógeno forma parte de todas las proteínas. La molécula de nitrógeno es muy fuerte, por esta razón, la mayoría de los organismos no son capaces de asimilar el nitrógeno atmosférico. Los organismos vivos asimilan nitrógeno solo en forma de compuestos con hidrógeno y oxígeno. La fijación de nitrógeno en compuestos químicos se produce como resultado de la actividad volcánica y de las tormentas, pero principalmente como resultado de la actividad de los microorganismos: fijadores de nitrógeno (bacterias fijadoras de nitrógeno y algas verdiazules).

El nitrógeno ingresa a las raíces de las plantas en forma de nitratos, que se utilizan para la síntesis de materia orgánica (proteínas). Los animales consumen nitrógeno de alimentos vegetales o animales. El retorno de nitrógeno a la atmósfera se produce como resultado de la destrucción de material orgánico muerto. Las bacterias del suelo descomponen las proteínas en sustancias inorgánicas, gases, amoníaco, óxidos de nitrógeno, que ingresan a la atmósfera. El nitrógeno que ingresa a los cuerpos de agua también pasa a través de las cadenas alimenticias “planta - animal - microorganismos” y regresa a la atmósfera.

Impacto humano en el ciclo del nitrógeno La actividad humana creada por el hombre interrumpe el equilibrio natural del ciclo del nitrógeno. Al arar la tierra, la actividad de los microorganismos: los fijadores de nitrógeno disminuye casi 5 veces, por lo tanto, el contenido de nitrógeno en el suelo disminuye, lo que conduce a una disminución de la fertilidad del suelo. Por lo tanto, una persona introduce un exceso de nitratos en el suelo, que se incluyen en los fertilizantes minerales. Una gran cantidad de óxidos de nitrógeno ingresa a la atmósfera durante la combustión y procesamiento de gas, petróleo, carbón y cae en forma de lluvia ácida. La restauración del ciclo natural del nitrógeno es posible reduciendo la producción de fertilizantes nitrogenados, reduciendo las emisiones industriales de óxidos de nitrógeno a la atmósfera, etc.

Ciclo del fósforo

A diferencia de los ciclos de agua, carbono, nitrógeno y oxígeno, que están cerrados, el ciclo del fósforo está abierto. el fósforo no forma compuestos volátiles que ingresan a la atmósfera. El fósforo está contenido en las rocas, desde donde ingresa a los ecosistemas durante la destrucción natural de las rocas o cuando se aplican fertilizantes de fósforo a los campos. Las plantas absorben compuestos de fósforo inorgánico y los animales que se alimentan de estas plantas acumulan fósforo en sus tejidos. Después de la descomposición de los cadáveres de animales y plantas, no todo el fósforo está involucrado en la circulación. Parte de ella se lava del suelo a cuerpos de agua (ríos, lagos, mares) y se deposita en el fondo. El fósforo regresa a la tierra en pequeñas cantidades con el pescado capturado por los humanos.

Impacto humano en el ciclo del fósforo La transferencia de fósforo de la tierra al océano ha aumentado notablemente bajo la influencia del hombre. Con la destrucción de los bosques, el arado de los suelos, el volumen del flujo de agua superficial aumenta y, además, los campos se suministran fertilizantes de fósforo a los ríos y lagos. Dado que las reservas de fósforo en la tierra son limitadas y su retorno del océano es difícil, en el futuro, la agricultura puede carecer de fósforo, lo que provocará una disminución de los rendimientos (principalmente de los cultivos de cereales).

Cualquier vida requiere un flujo constante de energía y sustancia. La energía se gasta en la implementación de reacciones vitales básicas, la materia se gasta en construir los cuerpos de los organismos. La existencia de ecosistemas naturales va acompañada de complejos procesos de intercambio material y energético entre la naturaleza viva e inanimada. Los procesos dependen no solo de la composición de las sustancias bióticas, sino también del entorno físico.

Los flujos de energía y materia se consideran en ecología como la transferencia de energía y materia desde el exterior a los autótrofos y a lo largo de las cadenas alimentarias de los organismos de un nivel trófico al siguiente.

El flujo de energía en una comunidad es la transferencia de energía de organismos de un nivel a otro en forma de enlaces químicos de compuestos orgánicos.

El flujo de una sustancia es el movimiento de una sustancia en forma de elementos químicos y sus compuestos desde los productores a los reductores y luego a través de reacciones químicas que tienen lugar sin la participación de organismos vivos, de regreso a los productores.

El flujo de materia ocurre en un ciclo cerrado, por eso se le llama el ciclo.

El flujo de materia y el flujo de energía.- conceptos no idénticos, aunque a menudo se utilizan diferentes equivalentes de energía (calorías, kilocalorías, julios) para medir el flujo de materia.

La diferencia fundamental entre los flujos de materia y energía en un ecosistema es que los elementos biogénicos (nitrógeno, carbono, fósforo, etc.) que componen la materia orgánica pueden participar repetidamente en el ciclo de la materia, mientras que el flujo de energía es unidireccional e irreversible. .

La existencia de todos los ecosistemas depende de un flujo constante de energía, que es necesaria para que todos los organismos mantengan su actividad vital y su autorreproducción.

El principal canal de transferencia de energía en una comunidad es la cadena alimentaria. A medida que se aleja del productor primario, el flujo de energía se debilita drásticamente: la cantidad de energía disminuye.

Ejercicio

Usando la regla del 10%, calcule la proporción de energía que ingresa al cuarto nivel trófico, asumiendo que su cantidad total en el primer nivel fue de 100 unidades.

Circulación de sustancias y conversión de energía.- una condición necesaria para la existencia de cualquier ecosistema. Transporte de sustancias y energía en las cadenas alimentarias de un ecosistema.

Un ecosistema puede asegurar la circulación de materia solo si incluye los cuatro componentes necesarios: reservas de nutrientes, productores, consumidores y reductores

Arroz. 1. Componentes esenciales del ecosistema

Esta estructura está compuesta por varios grupos de organismos, cada uno de los cuales realiza un determinado trabajo en el ciclo de las sustancias. Organismos pertenecientes a uno de estos enlaces nivel trópico, y sucesivas conexiones entre niveles tróficos forman circuitos de potencia, o cadenas tróficas. El ecosistema incluye organismos que se distinguen por la forma de alimentación: autótrofos y heterótrofos.

Autótrofos(auto-nutritivos): organismos que forman la materia orgánica de su cuerpo a partir de sustancias inorgánicas, principalmente de dióxido de carbono y agua, a través de los procesos de fotosíntesis y quimiosíntesis. La fotosíntesis se lleva a cabo mediante fotoautótrofos, todas las plantas y microorganismos portadores de clorofila (verdes). La quimiosíntesis se observa en algunas bacterias del suelo y del agua, que no utilizan la luz solar como fuente de energía, sino la oxidación enzimática de varias sustancias: hidrógeno, azufre, sulfuro de hidrógeno, amoníaco y hierro.

Heterótrofos(alimentándose de otros) - organismos que consumen la materia orgánica acabada de otros organismos y sus productos de desecho. Todos estos son animales, hongos y la mayoría de las bacterias.

A diferencia de los autótrofos productores, los heterótrofos actúan como consumidores y destructores (destructores) de sustancias orgánicas. Dependiendo de las fuentes de nutrición y participación en la destrucción, se subdividen en consumidores y reductores.

Consumos - consumidores de materia orgánica de organismos. Éstos incluyen:

Consumidores de primer orden: animales herbívoros (fitófagos), comer plantas vivas (pulgones, saltamontes, gansos, ovejas, ciervos, elefantes);

Consumidores de segundo orden - carnívoros (zoófagos), comer otros animales: varios depredadores (insectos depredadores, aves insectívoras y depredadoras, reptiles y animales depredadores), que atacan no solo a los fitófagos, sino también a otros depredadores. Hay muchos animales con una dieta mixta que consumen alimentos tanto vegetales como animales: carnívoros, herbívoros y omnívoros. Los consumibles de Orden I y II ocupan el segundo, tercer y, a veces, los siguientes niveles tróficos del ecosistema, respectivamente.

Reductores - bacterias y hongos inferiores: completan el trabajo destructivo de los consumidores y los saprófagos, llevando la descomposición de la materia orgánica a su mineralización completa y devolviendo el nitrógeno molecular, los elementos minerales y las últimas porciones de dióxido de carbono al entorno del ecosistema.

Sostenibilidad del ecosistema. Dependencia de la sostenibilidad de los ecosistemas del número de especies que los habitan y de la longitud de las cadenas alimentarias: cuantas más especies, cadenas alimentarias, más estable es el ecosistema del ciclo de las sustancias.

Ecosistema artificial- creado como resultado de la actividad humana. Ejemplos de ecosistemas artificiales: parque, campo, huerto, huerto.

Diferencias entre un ecosistema artificial y uno natural:

Pocas especies (por ejemplo, trigo y algunas malas hierbas en un campo de trigo y animales relacionados);

El predominio de organismos de una o más especies (trigo en el campo);

Cadenas tróficas cortas debido al reducido número de especies;

Circulación no cerrada de sustancias debido a una eliminación significativa de sustancias orgánicas y su retirada de la circulación en forma de cultivo;

Baja estabilidad e incapacidad para vivir de forma independiente sin apoyo humano.

Arroz. 14,5... Flujo de energía Sulmmar (flechas oscuras) y el ciclo de la materia (flechas claras) en el ecosistema.

Por lo tanto, la base del ecosistema son los organismos autótrofos: productores(productores, creadores) que, en el proceso de fotosíntesis, crean alimentos ricos en energía: la materia orgánica primaria. En los ecosistemas terrestres, el papel más importante corresponde a las plantas superiores, que, formando materia orgánica, dan lugar a todos los enlaces tróficos del ecosistema, sirven de sustrato para muchos animales, hongos y microorganismos, e influyen activamente en el microclima del biotopo. En los ecosistemas acuáticos, las algas son las principales productoras de materia orgánica primaria.

Las sustancias orgánicas listas se utilizan para obtener y acumular energía de heterótrofos, o consumidores(consumidores). Los heterótrofos incluyen animales herbívoros (consumidores de primer orden), carnívoros que viven de formas herbívoras (consumidores de segundo orden), que consumen otros carnívoros (consumidores de tercer orden), etc.

Un grupo especial de consumidores son reductores(destructores, o] destructores), descomponiendo los residuos orgánicos de productores y consumidores en compuestos inorgánicos simples, que luego son utilizados por los productores. Los reductores incluyen principalmente microorganismos: bacterias y hongos. En los ecosistemas terrestres, los descomponedores del suelo son de especial importancia, involucrando materia orgánica de plantas muertas en la circulación general (consumen hasta el 90% de la producción forestal primaria). Así, cada organismo vivo en un ecosistema ocupa un determinado nicho (lugar) ecológico en un sistema complejo de relaciones ecológicas con otros organismos y condiciones ambientales abióticas.

Cadenas alimentarias (redes) y niveles tróficos. La base de cualquier ecosistema, su base es la alimentación (trófica) y las conexiones energéticas asociadas. Están transfiriendo constantemente sustancias y energía, que están contenidas en los alimentos, creadas principalmente por las plantas.

La transferencia de la energía potencial de los alimentos creada por las plantas a través de una serie de organismos al comerse unas especies por otras se denomina circuito de potencia o cadena de comida, y cada uno de sus enlaces - nivel trópico(figura 14.6).

Arroz. 14,6... Cadena alimentaria de la sabana africana.

Arroz. 14,7. Redes eléctricas en el sistema ecológico.

Hay dos tipos principales de cadenas alimentarias: pastoreo (cadenas de pastoreo o consumo) y detríticas (cadenas de descomposición). Las cadenas de pastos comienzan con productores: trébol -> conejo -> lobo; fitoplancton (algas) -> zooplancton (protozoos) -> cucaracha -> lucio - > águila pescadora.

Cadenas detríticas comenzar con residuos de plantas y animales, excrementos de animales - detritos; van a los microorganismos que se alimentan de ellos, y luego a los animales pequeños (detritófagos) y sus consumidores, los depredadores. Las cadenas detríticas son más comunes en los bosques, donde la mayor parte (más del 90%) del aumento anual de la biomasa vegetal no es consumida directamente por animales herbívoros, sino que muere, sufriendo descomposición (organismos saprotróficos) y mineralización. Un ejemplo típico de la relación nutricional detrítica de nuestros bosques es el siguiente: hojarasca - > lombriz -> mirlo > Gavilán. Además de las lombrices de tierra, los detritívoros son cochinillas, campanillas, colémbolos, nematodos, etc.

Pirámides ecológicas. Las redes alimentarias dentro de cada biogeocenosis tienen una estructura bien definida. Se caracteriza por el número, tamaño y masa total de organismos (biomasa) en cada nivel de la cadena alimentaria. Las cadenas alimentarias de los pastos se caracterizan por un aumento de la densidad de población, la tasa de reproducción y la productividad de sus biomasas. La disminución de la biomasa durante la transición de un nivel de alimento a otro se debe a que no todos los alimentos son asimilados por los consumidores. Entonces, por ejemplo, en una oruga que se alimenta de hojas, solo la mitad del material vegetal se absorbe en el intestino, el resto se excreta en forma de excremento. Además, la mayoría de los nutrientes absorbidos por los intestinos se consumen para la respiración, y solo el 10-15% se utiliza en última instancia para construir nuevas células y tejidos de la oruga. Por esta razón, la producción de organismos en cada nivel trófico posterior es siempre menor (en promedio 10 veces) que la producción del anterior, es decir, la masa de cada eslabón posterior de la cadena alimentaria disminuye progresivamente. Este patrón fue nombrado regla de la pirámide ecológica(figura 14.8).

Arroz, 14,8. Pirámide ecológica simplificada.

Hay tres formas de elaborar pirámides ecológicas:

1. La pirámide de números refleja la proporción numérica de individuos de diferentes niveles tróficos del ecosistema. Si los organismos dentro de los mismos o diferentes niveles tróficos difieren mucho en tamaño, entonces la pirámide de números da ideas distorsionadas sobre las verdaderas proporciones de los niveles tróficos. Por ejemplo, en la comunidad del plancton, el número de productores es decenas y cientos de veces mayor que el número de consumidores, y en el bosque, cientos de miles de consumidores pueden alimentarse de los órganos de un árbol: el productor.

2. Pirámide de biomasa muestra la cantidad de materia viva, o biomasa, en cada nivel trófico. En la mayoría de los ecosistemas terrestres, la biomasa de los productores, es decir, la masa total de plantas es mayor, y la biomasa de organismos de cada nivel trófico posterior es menor que el anterior. Sin embargo, en algunas comunidades, la biomasa de los consumidores de primer orden es mayor que la biomasa de los productores. Por ejemplo, en los océanos, donde los principales productores son algas unicelulares con una alta tasa de reproducción, su producción anual puede superar la reserva de biomasa en decenas o incluso cientos de veces. Al mismo tiempo, todos los productos formados por las algas se involucran tan rápidamente en la cadena alimentaria que la acumulación de biomasa de algas es pequeña, pero debido a las altas tasas de reproducción, una pequeña cantidad de ellos es suficiente para mantener la tasa de regeneración. de materia orgánica. En este sentido, la pirámide de biomasa en el océano tiene una relación inversa, es decir, "invertida". En los niveles tróficos más altos prevalece la tendencia a la acumulación de biomasa, ya que la vida útil de los depredadores es larga, la tasa de rotación de sus generaciones, por el contrario, es baja, y una parte importante de la sustancia que ingresa a las cadenas tróficas es baja. retenido en su cuerpo.

3. Pirámide de energía refleja la cantidad de flujo de energía en la cadena alimentaria. La forma de esta pirámide no se ve afectada por el tamaño de los individuos, y siempre tendrá una forma triangular con una base ancha en la parte inferior, como dicta la segunda ley de la termodinámica. Por tanto, la pirámide energética da la idea más completa y precisa de la organización funcional de la comunidad, de todos los procesos metabólicos del ecosistema. Si las pirámides de números y biomasas reflejan la estática del ecosistema (el número y la biomasa de organismos en un momento dado), entonces la pirámide de energía es la dinámica del paso de la masa de alimentos a través de la cadena alimentaria. Así, la base en las pirámides de números y biomasas puede ser mayor o menor que los niveles tróficos posteriores (dependiendo de la proporción de productores y consumidores en diferentes ecosistemas). La pirámide de energía siempre se estrecha hacia arriba. Esto se debe al hecho de que la energía gastada en la respiración no se transfiere al siguiente nivel trófico y abandona el ecosistema. Por lo tanto, cada nivel posterior siempre será menor que el anterior. En los ecosistemas terrestres, una disminución en la cantidad de energía disponible suele ir acompañada de una disminución en el número y la biomasa de individuos en cada nivel trófico. Debido a pérdidas tan grandes de energía para la construcción de nuevos tejidos y la respiración de organismos, las cadenas alimenticias no pueden ser largas; normalmente constan de 3-5 enlaces (niveles tróficos).

El conocimiento de las leyes de la productividad de los ecosistemas, la capacidad de cuantificar el flujo de energía son de gran importancia práctica, ya que los productos de las comunidades naturales y artificiales (agroienosis) son la principal fuente de suministro de alimentos para la humanidad. Los cálculos precisos del flujo de energía y la escala de la productividad de los ecosistemas permiten regular el ciclo de las sustancias en ellos de manera que se logre el mayor rendimiento de los productos necesarios para el ser humano.

Para rastrear la relación entre la naturaleza viva e inanimada, es necesario comprender cómo se produce la circulación de sustancias en la biosfera.

Sentido

La circulación de sustancias es la participación repetida de las mismas sustancias en los procesos que ocurren en la litosfera, hidrosfera y atmósfera.

Hay dos tipos de circulación de sustancias:

• geológico(gran circulación);
• biológico(pequeña circulación).

La fuerza impulsora del ciclo geológico de las sustancias es externa (radiación solar, gravedad) e interna (energía del interior de la Tierra, temperatura, presión) procesos geológicos, biológica - la actividad de los seres vivos.

La gran circulación se produce sin la participación de organismos vivos. Bajo la influencia de factores externos e internos, el relieve se forma y alisa. Como resultado de los terremotos, la meteorización, las erupciones volcánicas, el movimiento de la corteza terrestre, se forman valles, montañas, ríos, colinas y capas geológicas.

Arroz. 1. Circulación geológica.

El ciclo biológico de las sustancias en la biosfera tiene lugar con la participación de organismos vivos, que transforman y transfieren energía a lo largo de la cadena alimentaria. Un sistema estable de interacción entre sustancias vivas (bióticas) y no vivas (abióticas) se llama biogeocenosis.

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Para que ocurra la circulación de sustancias, Deben cumplirse varias condiciones:

• la presencia de unos 40 elementos químicos;
• la presencia de energía solar;
• interacción de organismos vivos.

Arroz. 2. Circulación biológica.

El ciclo de las sustancias no tiene un punto de partida definido. El proceso es continuo y una etapa fluye invariablemente a otra. Puedes empezar a mirar el ciclo desde cualquier punto, la esencia sigue siendo la misma.

La circulación general de sustancias incluye los siguientes procesos:

• fotosíntesis;
• metabolismo;
• descomposición.

Las plantas, que son productoras de la cadena alimentaria, convierten la energía solar en materia orgánica, que ingresa al cuerpo de los animales en descomposición con los alimentos. Después de la muerte, las plantas y los animales se descomponen con la ayuda de los consumidores: bacterias, hongos, gusanos.

Arroz. 3. Cadena alimentaria.

El ciclo de las sustancias

Dependiendo de la ubicación de las sustancias en la naturaleza, emiten dos tipos de circulación:

• gas- ocurre en la hidrosfera y la atmósfera (oxígeno, nitrógeno, carbono);
• sedimentario- ocurre en la corteza terrestre (calcio, hierro, fósforo).

El ciclo de sustancias y energía en la biosfera se describe en la tabla usando el ejemplo de varios elementos.

El cese de la circulación de sustancias en la naturaleza significa una interrupción en el curso de la vida. Para que la vida continúe, es necesario que la energía pase ciclo tras ciclo.

¿Qué hemos aprendido?

De la lección, aprendieron sobre la esencia del ciclo grande y pequeño de sustancias en la biosfera, la interacción de la naturaleza inanimada con los organismos vivos y también consideraron el ciclo del agua, carbono, nitrógeno, oxígeno, azufre y fósforo.

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