Ainete ringlus ja energiavoog looduses. Ainete tsükkel ja energiavoog looduses esitlus bioloogia tunnis (10. klass)

ESSAY
erialal "Ökoloogia"
teemal:
"Energiavoog ja ainete ringlus looduses"

Valmis:
õpilane gr. ZEVM-107
Bocharov A.V.

Aktsepteeritud:
Mištšenko T.V.

VLADIMIR 2011

Sissejuhatus ………………………………………………………………
1. Energiavoog biosfääris ………………………………… .. ……………. 5
2. Biogeokeemilised tsüklid …………………………….…. ……… ... 7
2.1 Veeringe ………………………………………….…
2.2 Hapnikutsükkel ……………………………………. …… ... 11
2.3 Süsinikuringe …………………………. ………………… 12
2.4 Lämmastikutsükkel ………………………………………………………………… 14
2.5 Fosforitsükkel ………………………. ……………. ……… .. 17
2.6 Väävlitsükkel ……………………………………………………. kaheksateist
3. Looduses ainete ringlust mõjutavad tegurid ..................... 19
4. Inimese mõju looduses olevate ainete tsüklitele ………………… 23
Järeldus …………………………………………………………………………… .. 26
Kasutatud kirjandusallikate loetelu ………………. …………… 27

Sissejuhatus
Biosfääri põhiülesanne on tagada keemiliste elementide ringlus, mis väljendub ainete ringluses atmosfääri, pinnase, hüdrosfääri ja elusorganismide vahel.
Ökosüsteemid on organismide kooslused, mis on anorgaanilise keskkonnaga seotud kõige tihedamate materjalide ja energiaga. Taimed võivad eksisteerida ainult süsinikdioksiidi, vee, hapniku ja mineraalsoolade pideva tarnimise tõttu. Mis tahes konkreetses elupaigas ei kesta seal elavate organismide elutegevuse säilitamiseks vajalikud anorgaaniliste ühendite varud kaua, kui neid varusid ei uuendata. Toitainete tagasipöördumine keskkonda toimub nii organismide eluea jooksul (hingamise, eritumise, roojamise tagajärjel) kui ka pärast nende surma laipade ja taimejäätmete lagunemise tagajärjel. Seega omandab kogukond koos anorgaanilise keskkonnaga teatud süsteemi, milles aatomite vool, mis on põhjustatud organismide elutähtsast aktiivsusest, kipub tsüklis sulguma.
Igasugust organismide ja anorgaaniliste komponentide kogumit, milles ainete ringlus võib toimuda, nimetatakse ökosüsteemiks. Selle termini pakkus 1935. aastal välja inglise ökoloog A. Tensley, kes rõhutas, et sellise lähenemisviisi korral toimivad anorgaanilised ja orgaanilised tegurid võrdsete komponentidena ning me ei saa organisme konkreetsest keskkonnast eraldada. A. Tensley pidas ökosüsteeme looduse põhiühikuteks Maa pinnal, kuigi neil pole teatud mahtu ja nad võivad katta mis tahes pikkusega ruumi.
Enamik maakoores leiduvatest ainetest läbib elusorganisme ja osaleb ainete bioloogilises tsüklis, mis lõi biosfääri ja määrab selle stabiilsuse. Energeetiliselt toetab elu biosfääris pidev Päikese energia sissevool ja selle kasutamine fotosünteesi protsessides. Elusorganismide tegevusega kaasneb suures koguses mineraalainete eraldamine neid ümbritsevast eluta loodusest. Pärast organismide surma naasevad nende koostisosad keemilisse elementi keskkonda. Nii tekib ainete biogeenne ringlus looduses ehk ainete ringlus atmosfääri, hüdrosfääri, litosfääri ja elusorganismide vahel.
Selle essee eesmärk on uurida energia ja ainete voolu ringlust looduses ning valitud teema avalikustamist.
Minu essee teema on väga pikk. Võite sellest pikka aega rääkida. Kuid ma puudutan ainult neid küsimusi, mida pean kõige olulisemaks ja valitud teemale lähedaseks.

1. Energiavoog biosfääris
Päikeseenergia voog, mida tajuvad elusrakkude molekulid, muundatakse keemiliste sidemete energiaks. Taimed kasutavad fotosünteesi käigus päikesevalguse kiirgusenergiat, et muuta madala energiasisaldusega ained (CO 2 ja H 2 O) keerukamateks orgaanilisteks ühenditeks, kus osa päikeseenergiast salvestatakse keemiliste sidemete kujul.
Fotosünteesi käigus tekkinud orgaanilised ained võivad olla taime enda energiaallikaks või kanduvad söömise ja järgneva assimilatsiooni käigus ühelt organismilt teisele: taimelt taimtoidulistele loomadele, neilt lihasööjatele jne. Orgaanilistes ühendites sisalduva energia vabanemine toimub hingamise või käärimise käigus. Kasutatud või surnud biomassi jääke hävitavad mitmesugused saprofüütorganismid (heterotroofsed bakterid, seened, mõned loomad ja taimed). Nad lagundavad biomassi jäägid anorgaanilisteks koostisosadeks (mineraliseerumine), aidates kaasa ühendite ja keemiliste elementide kaasamisele bioloogilisse tsüklisse, mis tagab järgmised tsüklid ja orgaanilise aine tootmise. Toidus sisalduv energia ei tee aga tsüklit, vaid muutub tasapisi soojusenergiaks. Lõppkokkuvõttes naaseb kogu organismide poolt keemiliste sidemete kujul neeldunud päikeseenergia soojuskiirguse kujul kosmosesse, seega vajab biosfäär väljastpoolt energia sissevoolu.
Erinevalt ainetest, mis ringlevad pidevalt läbi ökosüsteemi erinevate plokkide ja võivad alati uuesti tsüklisse siseneda, saab energiat kasutada ainult üks kord.
Ühesuunaline energia sissevool kui universaalne looduse nähtus toimub füüsika alustega seotud termodünaamika seaduste toimimise tagajärjel. Esimene seadus ütleb, et energia võib liikuda ühelt vormilt (näiteks valguse energia) teisele (näiteks toidu potentsiaalne energia), kuid seda ei tekitata enam kunagi ega kao.
Termodünaamika teine ​​seadus ütleb, et ilma energia kaotamiseta ei saa olla protsessi, mis on seotud energia muundamisega. Selliste muundamiste korral hajub teatud hulk energiat ligipääsmatuks soojusenergiaks ja seetõttu kaob. Sel põhjusel ei saa toimuda näiteks toitainete ümberkujundamine aineks, mis moodustab keha, mis on 100 -protsendilise efektiivsusega.
Kõigi ökosüsteemide olemasolu sõltub pidevast energiavoost, mis on vajalik kõikidele organismidele oma elu ja enese taastootmiseks.
Päike on praktiliselt ainus kogu energiaallikas Maal. Siiski ei suuda organismid absorbeerida ja kasutada kogu päikesekiirguse energiat. Ainult umbes pool rohelistele taimedele (st tootjatele) langevast tavapärasest päikesevoost imendub fotosünteesivate elementide poolt ja ainult väike osa neeldunud energiast (1/100 kuni 1/20 osast) salvestatakse biokeemilise energia vorm (toiduenergia).
Seega kaob suurem osa päikeseenergiast aurustumisel soojust. Üldiselt nõuab elu säilitamine pidevat energiavarustust. Ja kõikjal, kus elavad taimed ja loomad, leiame siit alati nende energiaallika.

2. Biogeokeemilised tsüklid
Keemilised elemendid, mis moodustavad elusolendeid, ringlevad tavaliselt biosfääris iseloomulikke teid pidi: väliskeskkonnast organismideni ja jälle väliskeskkonda. Biogeenset migratsiooni iseloomustab keemiliste elementide kogunemine organismidesse (kogunemine) ja nende vabanemine surnud biomassi (detriit) mineraliseerumise tagajärjel. Selliseid (enam -vähem suletud) kemikaalide ringlusradu, mis voolavad päikeseenergia abil läbi taime- ja loomorganismide, nimetatakse biogeokeemilisteks tsükliteks ( bio viitab elusorganismidele ja geo- pinnasele, õhule, veele maapinnal).
Seal on gaasitüüpe, mille atmosfääris või ookeanides (N 2, O 2, CO 2, H 2 O) on anorgaaniliste ühendite reservuaarid, ja settekatte, kus maapõues on vähem ulatuslikke veehoidlaid (P, Ca, Fe). .
Eluks vajalikke elemente ja lahustunud sooli nimetatakse tavapäraselt biogeenseteks elementideks (annavad elu) või toitaineid. Biogeensete elementide hulgas eristatakse kahte rühma: makrotroofsed ained ja mikrotroofsed ained.
Esimene hõlmab elemente, mis moodustavad elusorganismide kudede keemilise aluse. Nende hulka kuuluvad: süsinik, vesinik, hapnik, lämmastik, fosfor, kaalium, kaltsium, magneesium, väävel.
Viimaste hulka kuuluvad elemendid ja nende ühendid, mis on samuti vajalikud elusüsteemide olemasoluks, kuid äärmiselt väikestes kogustes. Selliseid aineid nimetatakse sageli mikroelementideks. Need on raud, mangaan, vask, tsink, boor, naatrium, molübdeen, kloor, vanaadium ja koobalt. Kuigi mikrotroofsed elemendid on organismide jaoks väga väikestes kogustes hädavajalikud, võib nende puudus tõsiselt piirata tootlikkust, nagu ka toitainete puudus.
Biogeensete elementide ringlusega kaasnevad tavaliselt nende keemilised muundumised. Näiteks nitraatlämmastikku saab muundada valguks, seejärel karbamiidiks, ammoniaagiks ja mikroorganismide mõjul uuesti sünteesida nitraadivormiks. Denitrifikatsiooni ja lämmastiku sidumise protsessides osalevad mitmesugused mehhanismid, nii bioloogilised kui ka keemilised.
Süsinik, mis sisaldub atmosfääris süsinikdioksiidi kujul, on fotosünteesi üks algkomponente ja seejärel tarbitakse seda koos orgaanilise ainega. Taimede ja loomade hingamise ajal, aga ka redutseerijate tõttu suunatakse süsinik CO 2 kujul atmosfääri.
Erinevalt lämmastikust ja süsinikust leidub fosforihoidlat erodeeritud kivimites, mis eraldavad fosfaate ökosüsteemidesse. Enamik neist satub merre ja osaliselt saab need maismaale tagasi saata kala toitvate lindudega lõppevate toiduahelate kaudu (guaano moodustumine). Taimede omastatav fosfor sõltub mullalahuse happelisusest: happesuse suurenedes muudetakse vees praktiliselt lahustumatud fosfaadid kergesti lahustuvaks fosforhappeks.
Erinevalt energiast saab biogeenseid elemente kasutada korduvalt: tsükkel on nende iseloomulik tunnus. Teine erinevus energiast on see, et toitainete pakkumine ei ole pidev. Mõne neist sidumine elava biomassi kujul vähendab ökosüsteemi keskkonda jäävat kogust.
Vaatleme üksikasjalikumalt mõnede ainete biogeokeemilisi tsükleid.

Veeringlus

Hapniku tsükkel

Süsiniku tsükkel

Esitluste eelvaate kasutamiseks looge endale Google'i konto (konto) ja logige sellele sisse: https://accounts.google.com

Slaidiallkirjad:

Ainete ja energia ringlus looduses

Ainete ringlus on korduvad ainevahetuse ja -liikumise protsessid looduses, mis on enam -vähem tsüklilised. Kõik ained meie planeedil on ringluses. Looduses on kaks peamist tsüklit Suur (geoloogiline) Väike (biogeokeemiline)

Suur ainete tsükkel Suur tsükkel kestab miljoneid aastaid, mis on tingitud päikeseenergia ja Maa sügava energia koosmõjust. See on seotud geoloogiliste protsessidega, kivimite moodustumise ja hävitamisega ning sellele järgneva hävitussaaduste liikumisega.

Väike aineringlus Väike tsükkel (biogeokeemiline) toimub biosfääris, biotsenoosi tasemel. Selle olemus seisneb fotosünteesi käigus anorgaanilistest ühenditest elusaine moodustamises ja orgaanilise aine muundamises lagunemise ajal taas anorgaanilisteks ühenditeks. Biogeokeemilised tsüklid - Vernadski V.I.

Veetsükkel Tr äravool inf Vee aurustamine Aurude kondenseerumine Sademete äravool Transpiratsiooni infiltratsioon

Transpiratsioon on vee liikumine taime kaudu ja selle aurustumine taime välisorganite, näiteks lehtede, varte ja lillede kaudu. Vesi on taime eluks hädavajalik, kuid ainult väike osa juurte kaudu sisenevast veest kulub otseselt kasvu ja ainevahetuse vajadustele.

Veeringlus

Veeringe Suurem osa veest on koondunud ookeanidesse. Vesi aurustub nende pinnalt, et varustada looduslikke ja kunstlikke maismaa ökosüsteeme. Mida lähemal on piirkond ookeanile, seda rohkem sademeid sinna satub. Maa tagastab pidevalt vett ookeani: osa niiskusest aurustub, kõige aktiivsemalt metsades, osa kogutakse jõgede kaudu: nad saavad vihma ja sulavett. Niiskuse vahetamine ookeani ja maa vahel nõuab väga suuri energiakulusid: see tarbib umbes 30% Maale tarnitavast päikeseenergiast.

Inimese mõju veeringlusele Veetsükkel biosfääris enne tsivilisatsiooni arengut oli tasakaalus, s.t. ookean sai jõgedest sama palju vett kui kulus aurustumisel. Tsivilisatsiooni arenguga hakkas see tsükkel katkema. Eelkõige metsad aurustavad üha vähem vett. nende pindala väheneb ja mulla pind, vastupidi, on üha enam, sest põllumajandusliku niisutatava pindala suureneb. maa. Lõunapiirkondade jõed on muutunud madalaks. Vesi aurustub ookeani pinnalt halvemini, sest märkimisväärne osa sellest on kaetud õlikilega. Kõik see halvendab biosfääri veevarustust.

Põuad muutuvad üha sagedasemaks ja ilmuvad ökoloogiliste katastroofide kasvukohad. Näiteks katastroofiline põud on kestnud üle 35 aasta Aafrikas, Saheli tsoonis - poolkõrbe piirkonnas, mis eraldab Saharat mandri põhjapoolsetest riikidest. Maast ookeani ja teistesse veekogudesse naasev magevesi on sageli saastunud. Paljude Venemaa jõgede vesi on muutunud praktiliselt joomiskõlbmatuks. Elusorganismidele kättesaadava magevee osakaal on üsna väike, seega tuleb seda kasutada säästlikult ja mitte reostada! Igal neljandal planeedi elanikul puudub puhas joogivesi. Paljudes maailma paikades ei jätku vett tööstuslikuks tootmiseks ja niisutamiseks.

Hüdrosfääri erinevad komponendid osalevad veeringluses erineval viisil ja erineva kiirusega. Vee täielik uuendamine liustikes võtab aega 8000 aastat, põhjavesi - 5000 aastat, ookean - 3000 aastat, muld - 1 aasta. Atmosfääri aurud ja jõeveed uuendatakse täielikult 10–12 päevaga. Veeringlus looduses kestab umbes miljon aastat.

Hapnikutsükkel Hapnik on biosfääri üks rikkalikumaid elemente. Hapniku sisaldus atmosfääris on peaaegu 21%. Hapnik on osa veemolekulidest, osa elusorganismidest (valgud, rasvad, süsivesikud, nukleiinhapped). Hapnikku toodavad tootjad (rohelised taimed). Osoon mängib olulist rolli hapniku tsüklis. Osoonikiht asub 20-30 km kõrgusel merepinnast. Hapnikusisaldust atmosfääris mõjutavad 2 peamist protsessi: 1) fotosüntees 2) orgaanilise aine lagunemine, milles seda tarbitakse.

Hapniku tsükkel on aeglane protsess. Kogu atmosfääri hapniku täielikuks uuendamiseks kulub umbes 2000 aastat. Võrdluseks: süsinikdioksiidi täielik uuendamine atmosfääris võtab aega umbes 3 aastat. Enamiku elusorganismide hingamiseks kulub hapnikku. Hapnikku kasutatakse kütuse põletamisel sisepõlemismootorites, soojuselektrijaamade ahjudes, lennukites ja raketimootorites jne. Täiendav inimtekkeline tarbimine võib häirida hapnikutsükli tasakaalu. Siiani kompenseerib biosfäär inimese sekkumist: kahjumit täiendavad rohelised taimed. Kui metsapindala veelgi väheneb ja kütust põletatakse üha rohkem, hakkab hapnikusisaldus atmosfääris vähenema.

SEE ON TÄHTIS!!! Kui hapnikusisaldus õhus väheneb 16% -ni, halveneb inimese tervis (eriti kannatab süda), kuni 7% - inimene kaotab teadvuse, kuni 3% - surm.

Süsiniku tsükkel

Süsinikuringe Süsinik on orgaaniliste ühendite alus; see on kõigi elusorganismide osa valkude, rasvade ja süsivesikute kujul. Süsinik siseneb atmosfääri süsinikdioksiidi kujul. Atmosfääris, kuhu on koondunud suurem osa süsinikdioksiidist, toimub pidev vahetus: taimed imavad fotosünteesi käigus süsinikdioksiidi ja kõik organismid vabastavad selle hingamise ajal. Kuni 50% süsinikust CO 2 kujul tagastatakse atmosfääri lagundajate - mulla mikroorganismide poolt. Süsinik lahkub tsüklist kaltsiumkarbonaadina.

Inimeste mõju süsinikuringele Inimese põhjustatud inimtegevus rikub süsinikuringe loomulikku tasakaalu: 1) fossiilkütuste põletamisel eraldub igal aastal atmosfääri umbes 6 miljardit tonni CO2: a) elektritootmine koostootmisjaamades b) heitgaasid autodest 2) metsade hävitamine. Viimase 100 aasta jooksul on süsinikdioksiidi sisaldus atmosfääris pidevalt ja kiiresti tõusnud. Süsinikdioksiid + metaan + veeaur + osoon + lämmastikoksiidid = kasvuhoonegaas. Selle tulemusena - kasvuhooneefekt - globaalne soojenemine, mis võib kaasa tuua ulatuslikke loodusõnnetusi.

Lämmastikutsükkel Vabas vormis on lämmastik õhu koostisosa - 78%. Lämmastik on organismide elus üks olulisemaid elemente. Lämmastik on osa kõigist valkudest. Lämmastiku molekul on väga tugev, seetõttu ei suuda enamik organisme atmosfääri lämmastikku omastada. Elusorganismid omastavad lämmastikku ainult vesiniku ja hapnikuga ühendite kujul. Lämmastiku fikseerimine keemilisteks ühenditeks toimub vulkaanilise ja äikeselise tegevuse tagajärjel, kuid enamasti mikroorganismide - lämmastiku fikseerijate (lämmastikku fikseerivate bakterite ja sinivetikate) tegevuse tagajärjel.

Lämmastik siseneb taimede juurtesse nitraatide kujul, mida kasutatakse orgaanilise aine (valkude) sünteesiks. Loomad tarbivad lämmastikku taimsest või loomsest toidust. Lämmastiku tagasipöördumine atmosfääri toimub surnud orgaanilise materjali hävitamise tagajärjel. Mullabakterid lagundavad valgud anorgaanilisteks aineteks - gaasideks - ammoniaagiks, lämmastikoksiidideks, mis satuvad atmosfääri. Veekogudesse sattunud lämmastik läbib ka toiduahelaid “taim - loom - mikroorganismid” ja naaseb atmosfääri.

Inimese mõju lämmastikutsüklile Inimtegevus rikub lämmastikuringe loomulikku tasakaalu. Maad kündes väheneb mikroorganismide - lämmastiku sidujate aktiivsus ligi 5 korda, seetõttu väheneb lämmastikusisaldus mullas, mis viib mullaviljakuse vähenemiseni. Seetõttu viib inimene pinnasesse liigse koguse nitraate, mis sisalduvad mineraalväetistes. Gaasi, nafta, kivisöe põlemisel ja töötlemisel satub atmosfääri suur hulk lämmastikoksiide ning satub happevihmade kujul. Loodusliku lämmastikuringe taastamine on võimalik, vähendades lämmastikväetiste tootmist, vähendades lämmastikoksiidide tööstusheidet atmosfääri jne.

Fosfori tsükkel

Erinevalt vee, süsiniku, lämmastiku ja hapniku tsüklitest, mis on suletud, on fosforitsükkel avatud. fosfor ei moodusta lenduvaid ühendeid, mis satuvad atmosfääri. Fosfor sisaldub kivimites, kust see siseneb ökosüsteemidesse kivimite loomuliku hävitamise ajal või kui põllule antakse fosforväetisi. Taimed imavad anorgaanilisi fosforiühendeid ja nendest taimedest toituvad loomad koguvad oma kudedesse fosforit. Pärast loomade ja taimede surnukehade lagunemist ei kaasata vereringesse kogu fosforit. Osa sellest pestakse pinnasest veekogudesse (jõed, järved, mered) ja settib põhja. Fosfor naaseb maismaale väikestes kogustes koos inimeste püütud kaladega.

Inimese mõju fosfori tsüklile Fosfori ülekanne maismaalt ookeani on inimese mõju all märgatavalt suurenenud. Metsade hävitamise, muldade kündmisega suureneb pinnavee äravoolu maht ning lisaks tarnitakse põldudelt jõgedesse ja järvedesse fosforväetisi. Kuna fosfori varud maismaal on piiratud ja selle tagasipöördumine ookeanist on keeruline, võib tulevikus põllumajanduses puududa fosfor, mis põhjustab saagikuse vähenemist (peamiselt teraviljakultuuride puhul).

Igasugune elu nõuab pidevat energia ja aine voogu. Energiat kulutatakse põhiliste elureaktsioonide elluviimiseks, ainet organismide kehade ehitamiseks. Looduslike ökosüsteemide olemasoluga kaasnevad keerulised materjalide ja energia vahetamise protsessid elava ja elutu looduse vahel. Protsessid sõltuvad mitte ainult biootiliste ainete koostisest, vaid ka füüsilisest keskkonnast.

Energia- ja mateeriavooge peetakse ökoloogias energia ja aine ülekandeks väljastpoolt autotroofidesse ja edasi mööda toiduahelaid ühe troofilise tasandi organismidelt.

Energiavoog kogukonnas on energia ülekandmine ühe tasandi organismidelt teisele orgaaniliste ühendite keemiliste sidemete kujul.

Aine vool on aine liikumine keemiliste elementide ja nende ühendite kujul tootjatelt reduktoritele ja seejärel keemiliste reaktsioonide kaudu, mis toimuvad ilma elusorganismide osaluseta, tagasi tootjate juurde.

Aine vool toimub suletud tsüklis, mistõttu seda nimetatakse tsükkel.

Ainevool ja energiavoog- mitte identsed mõisted, kuigi ainevoolu mõõtmiseks kasutatakse sageli erinevaid energiaekvivalente (kaloreid, kilokaloreid, džoule).

Põhiline erinevus aine- ja energiavoogude vahel ökosüsteemis on see, et orgaanilisi aineid moodustavad biogeensed elemendid (lämmastik, süsinik, fosfor jne) võivad korduvalt osaleda aineringes, samas kui energiavoog on ühesuunaline ja pöördumatu. .

Kõigi ökosüsteemide olemasolu sõltub pidevast energiavoost, mis on vajalik kõikidele organismidele oma elu ja enese taastootmiseks.

Peamine energia ülekandmise kanal kogukonnas on toiduahel. Esmatootjast eemaldudes nõrgeneb energiavoog järsult - energiahulk väheneb.

Harjutus

Kasutades 10% reeglit, arvutage 4. troofilisele tasandile siseneva energia osakaal, eeldades, et selle kogusumma esimesel tasemel oli 100 ühikut.

Ainete ringlus ja energia muundamine- mis tahes ökosüsteemi olemasolu vajalik tingimus. Ainete ja energia transport toiduahelates ökosüsteemis.

Ökosüsteem saab tagada aine ringluse ainult siis, kui see sisaldab vajalikke nelja komponenti: toitainete varusid, tootjad, tarbijatele ja reduktorid

Riis. 1.Ökosüsteemi olulised komponendid

See struktuur koosneb mitmest organismirühmast, millest igaüks täidab teatud tsüklit ainete ringis. Ühte sellisesse lingivormi kuuluvad organismid troofiline tase, ja moodustuvad järjestikused seosed troofiliste tasandite vahel toiteahelad, või troofilised ahelad.Ökosüsteem hõlmab organisme, mida eristatakse söötmise teel - autotroofid ja heterotroofid.

Autotroofid(isetoitev) - organismid, mis moodustavad oma keha orgaanilise aine anorgaanilistest ainetest - peamiselt süsinikdioksiidist ja veest - fotosünteesi ja kemosünteesi protsesside kaudu. Fotosünteesi teostavad fotoautotroofid - kõik klorofülli sisaldavad (rohelised) taimed ja mikroorganismid. Kemosünteesi täheldatakse mõnes pinnase- ja veebakteris, mis ei kasuta energiaallikana päikesevalgust, vaid mitmete ainete - vesiniku, väävli, vesiniksulfiidi, ammoniaagi ja raua - ensümaatilist oksüdeerumist.

Heterotroofid(toitumine teistest) - organismid, kes tarbivad teiste organismide valmis orgaanilist ainet ja nende jääkaineid. Need on kõik loomad, seened ja enamik baktereid.

Erinevalt tootja autotroofidest toimivad heterotroofid orgaaniliste ainete tarbijate ja hävitajatena. Sõltuvalt toitumisallikatest ja hävitamises osalemisest jagatakse need tarbijateks ja redutseerijateks.

Tarbimine - organismide orgaanilise aine tarbijad. Need sisaldavad:

1. järgu tarbijad - taimtoidulised loomad (fütofaagid), elusate taimede (lehetäide, rohutirts, hani, lamba, hirve, elevandi) söömine;

2. järgu tarbijad - lihasööjad (zoofaagid), teiste loomade söömine; Seal on palju segatoidulisi loomi, kes tarbivad nii taimset kui ka loomset toitu - lihasööjaid, taimtoidulisi ja kõigesööjaid. I ja II järgu kulumaterjalid hõivavad ökosüsteemis vastavalt teise, kolmanda ja mõnikord järgmise troofilise taseme.

Reduktorid - bakterid ja madalamad seened - viivad lõpule tarbijate ja saprofaagide hävitava töö, viies orgaanilise aine lagunemise täieliku mineraliseerumiseni ja tagastab ökosüsteemi keskkonda molekulaarse lämmastiku, mineraalielemendid ja viimased süsinikdioksiidi osad.

Ökosüsteemi jätkusuutlikkus.Ökosüsteemide jätkusuutlikkuse sõltuvus neid asustavate liikide arvust ja toiduahelate pikkusest: mida rohkem liike, toiduahelaid, seda stabiilsem on ökosüsteem ainete ringist.

Kunstlik ökosüsteem- loodud inimtegevuse tulemusena. Näiteid tehisökosüsteemidest: park, põld, aed, köögiviljaaed.

Erinevused kunstliku ja loodusliku ökosüsteemi vahel:

Vähesed liigid (nt nisu ja mõned umbrohud nisupõllul ja nendega seotud loomad);

Ühe või mitme liigi (põllul nisu) organismide ülekaal;

Lühikesed toiduahelad liikide vähesuse tõttu;

Ainete suletud ringlus, mis on tingitud orgaaniliste ainete olulisest eemaldamisest ja nende ringlusest kõrvaldamisest põllukultuuri kujul;

Madal stabiilsus ja võimetus iseseisvalt elada ilma inimese toeta.

Riis. 14.5... Sulmmari energiavoog (tumedad nooled) ja ainete ring (heledad nooled) ökosüsteemis.

Seega on ökosüsteemi aluseks autotroofsed organismid - tootjad(tootjad, loojad), kes loovad fotosünteesi käigus energiarikka toidu - esmase orgaanilise aine. Maapealsetes ökosüsteemides on kõige olulisem roll kõrgematel taimedel, mis orgaanilist ainet moodustades tekitavad ökosüsteemis kõik troofilised sidemed, on substraadiks paljudele loomadele, seentele ja mikroorganismidele ning mõjutavad aktiivselt biotoobi mikrokliimat. Veeökosüsteemides on vetikad peamised primaarse orgaanilise aine tootjad.

Valmis orgaanilisi aineid kasutatakse heterotroofide energia saamiseks ja kogumiseks või tarbijatele(tarbijad). Heterotroofide hulka kuuluvad taimtoidulised loomad (1. järgu tarbijad), lihasööjad, kes elavad taimtoidulistest vormidest (2. järgu tarbijad), tarbivad teisi lihasööjaid (3. järgu tarbijad) jne.

Tarbijate erirühm on reduktorid(hävitajad või) hävitajad), lagundades tootjate ja tarbijate orgaanilised jäägid lihtsateks anorgaanilisteks ühenditeks, mida tootjad seejärel kasutavad. Redutseerijate hulka kuuluvad peamiselt mikroorganismid - bakterid ja seened. Maapealsetes ökosüsteemides on eriti olulised mulla lagundajad, mis kaasavad surnud taimede orgaanilist ainet üldisesse ringlusse (nad tarbivad kuni 90% esmast metsatoodangust). Seega hõivab iga ökosüsteemi elusorganism teatud ökoloogilise niši (koha) keerulises ökoloogiliste suhete süsteemis teiste organismidega ja abiootiliste keskkonnatingimustega.

Toiduahelad (võrgud) ja troofilised tasemed. Iga ökosüsteemi alus, selle alus on toit (troofiline) ja nendega kaasnevad energiaühendused. Nad kannavad pidevalt edasi ainet ja energiat, mis sisalduvad toidus, peamiselt taimedest.

Seda nimetatakse taimede loodud potentsiaalse energia ülekandmiseks mitmete organismide kaudu, süües mõnda liiki teiste poolt toiteahel või toiduahel, ja iga selle link - troofiline tase(joonis 14.6).

Riis. 14.6... Aafrika savanni toiduahel.

Riis. 14.7. Elektrivõrgud ökosüsteemis.

Toiduahelaid on kahte peamist tüüpi - karjatamine (karjatamis- või tarbimisahelad) ja detrital (lagunemisahelad). Karjamaa kettid algavad tootjad: ristik -> küülik -> hunt; fütoplankton (vetikad) -> zooplankton (algloomad) -> särg -> haug - > kalakotkas.

Detriitide ahelad alustada taimsetest ja loomsetest jääkidest, loomade väljaheited - detriit; minna mikroorganismidele, kes neid toituvad, ja seejärel väikestele loomadele (detritofaagid) ja nende tarbijatele - kiskjatele. Detritaalketid on levinumad metsades, kus enamikku (üle 90%) taimede biomassi iga -aastasest kasvust ei tarbi otseselt taimtoidulised loomad, vaid nad surevad, lagunevad (saprotroofsed organismid) ja mineraliseeruvad. Tüüpiline näide meie metsade kahjuliku toitumisalase suhte kohta on järgmine: lehtede allapanu - > vihmauss -> musträstas > Varblane. Lisaks vihmaussidele on detritivoorid puidutäid, kellukesed, kevadsabad, nematoodid jne.

Ökoloogilised püramiidid. Iga biogeotsenoosi toiduvõrgud on hästi määratletud struktuuriga. Seda iseloomustab organismide - biomassi - arv, suurus ja kogumass toiduahela igal tasandil. Karjamaade toiduahelaid iseloomustab rahvastikutiheduse, paljunemiskiiruse ja nende biomassi tootlikkuse kasv. Biomassi vähenemine ühelt toidutasemelt teisele üleminekul on tingitud asjaolust, et tarbijad ei omasta kogu toitu. Nii näiteks lehtedel toituval röövikul imendub soolestikus vaid pool taimsest materjalist, ülejäänu eritub väljaheidete kujul. Lisaks tarbitakse enamus soolestikus imenduvatest toitainetest hingamiseks ja ainult 10-15% kulub lõpuks rööviku uute rakkude ja kudede ehitamiseks. Sel põhjusel on organismide tootmine igal järgneval troofilisel tasemel alati väiksem (keskmiselt 10 korda) kui eelmise tootmine, st toiduahela iga järgneva lüli mass väheneb järk -järgult. See muster sai nime ökoloogilise püramiidi reegel(joonis 14.8).

Riis, 14,8. Lihtsustatud ökoloogiline püramiid.

Ökoloogilisi püramiide ​​saab koostada kolmel viisil:

1. Numbrite püramiid peegeldab ökosüsteemi erineva troofilise tasemega isendite arvulist suhet. Kui sama või erineva troofilise taseme organismid on suuruse poolest väga erinevad, siis annab numbripüramiid moonutatud ettekujutusi troofiliste tasemete tõeliste suhete kohta. Näiteks planktoni kogukonnas on tootjaid kümneid ja sadu kordi rohkem kui tarbijaid ning metsas saavad sajad tuhanded tarbijad toituda ühe puu - tootja - elunditest.

2. Biomassi püramiid näitab elusaine ehk biomassi kogust igal troofilisel tasandil. Enamikus maismaaökosüsteemides on tootjate biomass, s.o taimede kogumass suurim, ja iga järgneva troofilise taseme organismide biomass on väiksem kui eelmine. Mõnes kogukonnas on aga esmatasandi tarbijate biomass suurem kui tootjate biomass. Näiteks ookeanides, kus peamised tootjad on kõrge paljunemiskiirusega üherakulised vetikad, võib nende aastane toodang olla kümneid ja isegi sadu kordi suurem kui biomassireserv. Samal ajal on kõik vetikatest moodustatud tooted toiduahelasse nii kiiresti kaasatud, et vetikate biomassi kogunemine on väike, kuid kõrge paljunemismäära tõttu piisab orgaanilisest ainest piisava koguse säilitamiseks. puhkus. Sellega seoses on ookeani biomassi püramiidil pöördvõrdeline suhe, st "tagurpidi". Kõrgeimal troofilisel tasemel domineerib biomassi kogunemise tendents, kuna röövloomade eluiga on pikk, nende põlvkondade käibe määr vastupidi, madal ja märkimisväärne osa toiduahelatesse sattuvast ainest säilivad oma kehas.

3. Energiapüramiid peegeldab energiavoo hulka toiduahelas. Selle püramiidi kuju ei mõjuta isendite suurus ja sellel on alati kolmnurkne kuju, mille põhi on lai, nagu termodünaamika teine ​​seadus ette näeb. Seetõttu annab energiapüramiid kogukonna funktsionaalsest korraldusest, kõigist ökosüsteemi ainevahetusprotsessidest kõige täiuslikuma ja täpsema ettekujutuse. Kui numbrite ja biomassi püramiidid peegeldavad ökosüsteemi staatikat (organismide arv ja biomass antud hetkel), siis energiapüramiid on toidumassi toiduahela läbimise dünaamika. Seega võib arvude ja biomassi püramiidide alus olla suurem või väiksem kui järgnevad troofilised tasemed (sõltuvalt tootjate ja tarbijate suhtest erinevates ökosüsteemides). Energiapüramiid kitseneb alati ülespoole. See on tingitud asjaolust, et hingamisele kulutatud energiat ei kanta järgmisele troofilisele tasemele ja see lahkub ökosüsteemist. Seetõttu on iga järgmine tase alati väiksem kui eelmine. Maapealsetes ökosüsteemides kaasneb tavaliselt saadaoleva energia hulga vähenemisega isendite arvu ja biomassi vähenemine igal troofilisel tasandil. Selliste suurte energiakadude tõttu uute kudede ehitamiseks ja organismide hingamiseks ei saa toiduahelad olla pikad; need koosnevad tavaliselt 3-5 lingist (troofilised tasandid).

Ökosüsteemi tootlikkuse seaduste tundmine, energiavoo kvantifitseerimise oskus on praktilise tähtsusega, kuna looduslike ja tehiskoosluste saadused (agroienoosid) on inimkonna peamine toiduvarude allikas. Energiavoo ja ökosüsteemide tootlikkuse skaala täpsed arvutused võimaldavad reguleerida neis sisalduvate ainete tsüklit nii, et saavutada inimestele vajalike toodete suurim saagikus.

Elava ja elutu looduse vahelise seose jälgimiseks on vaja mõista, kuidas toimub ainete ringlus biosfääris.

Tähendus

Ainete ringlus on samade ainete korduv osalemine litosfääris, hüdrosfääris ja atmosfääris toimuvates protsessides.

Ainete ringlust on kahte tüüpi:

• geoloogiline(suur ringlus);
• bioloogiline(väike tiraaž).

Ainete geoloogilise tsükli liikumapanev jõud on välised (päikesekiirgus, gravitatsioon) ja sisemised (Maa sisemuse energia, temperatuur, rõhk) geoloogilised protsessid, bioloogilised - elusolendite tegevus.

Suur ringlus toimub ilma elusorganismide osaluseta. Väliste ja sisemiste tegurite mõjul moodustub ja tasandatakse reljeef. Maavärinate, ilmastikuolude, vulkaanipursete, maapõue liikumise, orgude, mägede, jõgede, küngaste tagajärjel tekivad geoloogilised kihid.

Riis. 1. Geoloogiline ringlus.

Ainete bioloogiline tsükkel biosfääris toimub elusorganismide osalusel, kes muundavad ja edastavad energiat mööda toiduahelat. Stabiilset interaktsioonisüsteemi elusate (biootiliste) ja elutute (abiootiliste) ainete vahel nimetatakse biogeotsenoosiks.

TOP-3 artiklidkes lugesid sellega kaasa

Et ainete ringlus toimuks, peavad olema täidetud mitmed tingimused:

• umbes 40 keemilise elemendi olemasolu;
• päikeseenergia olemasolu;
• elusorganismide koostoime.

Riis. 2. Bioloogiline ringlus.

Ainete ringlusel pole kindlat lähtepunkti. Protsess on pidev ja üks etapp voolab alati teise. Tsiklit saab vaadata igast punktist, olemus jääb samaks.

Aine üldine ringlus hõlmab järgmisi protsesse:

• fotosüntees;
• ainevahetus;
• lagunemine.

Taimed, kes on toiduahela tootjad, muudavad päikeseenergia orgaaniliseks aineks, mis siseneb toiduga lagunevate loomade kehasse. Pärast surma lagunevad taimed ja loomad tarbijate abiga - bakterid, seened, ussid.

Riis. 3. Toiduahel.

Ainete ringlus

Sõltuvalt ainete asukohast looduses eralduvad need kahte tüüpi ringlust:

• gaasi- esineb hüdrosfääris ja atmosfääris (hapnik, lämmastik, süsinik);
• sette- esineb maapõues (kaltsium, raud, fosfor).

Ainete ja energia tsüklit biosfääris kirjeldatakse tabelis mitme elemendi näitel.

Ainete ringluse lõpetamine looduses tähendab häireid elukäigus. Elu jätkamiseks on vaja, et energia läbiks tsüklit tsükli järel.

Mida oleme õppinud?

Õppetunnist said nad teada biosfääri suure ja väikese aineringluse olemusest, elutu looduse koosmõjust elusorganismidega ning arutasid ka vee, süsiniku, lämmastiku, hapniku, väävli ja fosfori tsüklit.

Testi teema järgi

Aruande hindamine

Keskmine hinne: 4.5. Saadud hinnanguid kokku: 129.