Cirkulácia látok a tok energie v prírode. Cyklus látok a tok energie v prírode prezentácia na lekcii z biológie (10. ročník)

ESSAY
v disciplíne „Ekológia“
na tému:
„Tok energie a kolobeh látok v prírode“

Dokončené:
študent gr. ZEVM-107
Bocharov A.V.

Prijatý:
Mishchenko T.V.

VLADIMIR 2011

Úvod …………………………………………………………….…. ………… .. 3
1. Tok energie v biosfére ………………………………… .. ……………. 5
2. Biogeochemické cykly …………………………….…. ……… ... 7
2.1 Kolobeh vody ………………………………………….…. …… 9
2.2 Kyslíkový cyklus ……………………………………. …… ... 11
2.3 Uhlíkový cyklus …………………………. ………………… 12
2.4 Cyklus dusíka …………………………………………. ……… 14
2.5 Cyklus fosforu ………………………. ……………. ……… .. 17
2.6 Cyklus síry ………………………………………. …………. osemnásť
3. Faktory ovplyvňujúce kolobeh látok v prírode ..................... 19
4. Vplyv človeka na obeh látok v prírode ………………… 23
Záver …………………………………………………. ……………… .. 26
Zoznam použitých literárnych zdrojov ………………. …………… 27

Úvod
Hlavnou funkciou biosféry je zabezpečiť obeh chemických prvkov, ktorý je vyjadrený v obehu látok medzi atmosférou, pôdou, hydrosférou a živými organizmami.
Ekosystémy sú spoločenstvá organizmov spojených s anorganickým prostredím najbližšími materiálovými a energetickými väzbami. Rastliny môžu existovať iba vďaka neustálemu prísunu oxidu uhličitého, vody, kyslíka a minerálnych solí. V žiadnom konkrétnom prostredí by zásoby anorganických zlúčenín potrebné na udržanie životnej činnosti organizmov, ktoré v ňom žijú, netrvali dlho, keby tieto zásoby neboli obnovené. K návratu živín do životného prostredia dochádza tak počas života organizmov (v dôsledku dýchania, vylučovania, defekácie), ako aj po ich smrti v dôsledku rozkladu mŕtvol a zvyškov rastlín. Komunita teda s anorganickým prostredím získava určitý systém, v ktorom sa tok atómov spôsobený životnou aktivitou organizmov zvykne uzatvárať do cyklu.
Akýkoľvek súbor organizmov a anorganických zložiek, v ktorých môže prebiehať obeh látok, sa nazýva ekosystém. Tento termín navrhol v roku 1935 anglický ekológ A. Tensley, ktorý zdôraznil, že s týmto prístupom anorganické a organické faktory pôsobia ako rovnaké zložky a nemôžeme oddeľovať organizmy od konkrétneho prostredia. A. Tensley považoval ekosystémy za základné jednotky prírody na povrchu Zeme, aj keď nemajú určitý objem a môžu pokrývať priestor akejkoľvek dĺžky.
Väčšina látok v zemskej kôre prechádza živými organizmami a je zapojená do biologického cyklu látok, ktorý vytvoril biosféru a určuje jej stabilitu. Energeticky je život v biosfére podporovaný neustálym prílivom energie zo Slnka a jeho využívaním v procesoch fotosyntézy. Činnosť živých organizmov je sprevádzaná extrakciou veľkého množstva minerálnych látok z neživej prírody, ktorá ich obklopuje. Po smrti organizmov sa ich chemické prvky vrátia do životného prostredia. Tak vzniká biogénny obeh látok v prírode, to znamená obeh látok medzi atmosférou, hydrosférou, litosférou a živými organizmami.
Cieľom tejto eseje je študovať obeh toku energie a látok v prírode a odhaliť vybranú tému.
Téma mojej eseje je veľmi dlhá. Môžete o tom dlho hovoriť. Budem sa však dotýkať iba tých problémov, ktoré považujem za najdôležitejšie a blízke zvolenej téme.

1. PRIETOK energie v biosfére
Tok slnečnej energie, ktorý je vnímaný molekulami živých buniek, sa premieňa na energiu chemických väzieb. V procese fotosyntézy rastliny využívajú žiarivú energiu slnečného svetla na premenu látok s nízkym obsahom energie (CO 2 a H 2 O) na komplexnejšie organické zlúčeniny, kde je časť slnečnej energie uložená vo forme chemických väzieb.
Organické látky vznikajúce v procese fotosyntézy môžu slúžiť ako zdroj energie pre samotnú rastlinu alebo sa prenášajú v procese jedenia a následnej asimilácie z jedného organizmu na druhý: z rastliny na bylinožravé zvieratá, z nich na mäsožravce atď. K uvoľňovaniu energie obsiahnutej v organických zlúčeninách dochádza počas procesu dýchania alebo kvasenia. Deštrukciu použitých alebo mŕtvych zvyškov biomasy vykonávajú rôzne organizmy patriace k počtu saprofytov (heterotrofné baktérie, huby, niektoré živočíchy a rastliny). Rozkladajú zvyšky biomasy na anorganické zložky (mineralizácia), čím prispievajú k zapojeniu zlúčenín a chemických prvkov do biologického cyklu, ktorý zaisťuje ďalšie cykly a produkciu organických látok. Energia obsiahnutá v potravinách však nerobí cyklus, ale postupne sa mení na tepelnú energiu. V konečnom dôsledku sa všetka slnečná energia absorbovaná organizmami vo forme chemických väzieb vracia do vesmíru vo forme tepelného žiarenia, takže biosféra potrebuje príliv energie zvonku.
Na rozdiel od látok, ktoré nepretržite cirkulujú rôznymi blokmi ekosystému a môžu sa vždy znova dostať do cyklu, energiu je možné použiť iba raz.
Jednosmerný príliv energie ako univerzálneho fenoménu prírody nastáva v dôsledku pôsobenia zákonov termodynamiky, ktoré súvisia so základmi fyziky. Prvý zákon hovorí, že energia môže prechádzať z jednej formy (napríklad energie svetla) do druhej (napríklad potenciálna energia jedla), ale už sa nikdy nevytvorí alebo nezmizne.
Druhý zákon termodynamiky hovorí, že nemôže existovať jediný proces spojený s transformáciou energie bez toho, aby sa niečo z toho stratilo. Pri takýchto transformáciách sa určité množstvo energie rozptýli na neprístupnú tepelnú energiu, a preto sa stratí. Z tohto dôvodu nemôže dôjsť napríklad k transformácii živín na látku, ktorá tvorí telo tela, so 100 -percentnou účinnosťou.
Existencia všetkých ekosystémov závisí od konštantného toku energie, ktorý je potrebný pre všetky organizmy na zachovanie ich životne dôležitej činnosti a vlastnej reprodukcie.
Slnko je prakticky jediným zdrojom všetkej energie na Zemi. Nie všetku energiu slnečného žiarenia však môžu organizmy absorbovať a využiť. Len asi polovica zvyčajného slnečného toku dopadajúceho na zelené rastliny (to znamená na výrobcov) je absorbovaná fotosyntetickými prvkami a iba malá časť absorbovanej energie (od 1/100 do 1/20 časti) je uložená v forma biochemickej energie (energia jedla).
Väčšina slnečnej energie sa teda stratí ako teplo na odparenie. Vo všeobecnosti si udržanie života vyžaduje neustály prísun energie. A kdekoľvek sú živé rastliny a zvieratá, vždy tu nájdeme zdroj ich energie.

2. Biogeochemické cykly
Chemické prvky, ktoré tvoria živé bytosti, obvykle cirkulujú v biosfére charakteristickými cestami: od vonkajšieho prostredia k organizmom a opäť k vonkajšiemu prostrediu. Biogénna migrácia je charakterizovaná akumuláciou chemických prvkov v organizmoch (akumulácia) a ich uvoľňovaním v dôsledku mineralizácie mŕtvej biomasy (detritus). Takéto cesty obehu chemikálií (viac -menej uzavreté), prúdiace s využitím slnečnej energie cez rastlinné a živočíšne organizmy, sa nazývajú biogeochemické cykly ( bio označuje živé organizmy a geo- do pôdy, vzduchu, vody na zemskom povrchu).
Existujú gyry plynného typu so zásobníkmi anorganických zlúčenín v atmosfére alebo oceánoch (N 2, O 2, CO 2, H 2 O) a gyráty sedimentárneho typu s menej rozsiahlymi zásobníkmi v zemskej kôre (P, Ca, Fe) .
Prvky nevyhnutné pre život a rozpustené soli sa bežne nazývajú biogénne prvky (oživujúce život) alebo živiny. Medzi biogénnymi prvkami sa rozlišujú dve skupiny: makrotrofické látky a mikrotrofické látky.
Prvá pokrýva prvky, ktoré tvoria chemický základ tkanív živých organizmov. Patria sem: uhlík, vodík, kyslík, dusík, fosfor, draslík, vápnik, horčík, síra.
K posledným patrí prvky a ich zlúčeniny, ktoré sú tiež nevyhnutné pre existenciu živých systémov, ale v extrémne malých množstvách. Takéto látky sa často označujú ako stopové prvky. Ide o železo, mangán, meď, zinok, bór, sodík, molybdén, chlór, vanád a kobalt. Aj keď sú mikrotrofické prvky nevyhnutné pre organizmy vo veľmi malých množstvách, ich nedostatok môže výrazne obmedziť produktivitu, rovnako ako nedostatky živín.
Cirkulácia biogénnych prvkov je obvykle sprevádzaná ich chemickými transformáciami. Dusičnanový dusík sa napríklad môže premeniť na proteín, potom na močovinu, na amoniak a opäť syntetizovať pod vplyvom mikroorganizmov. Na procese denitrifikácie a fixácie dusíka sa podieľajú rôzne biologické a chemické mechanizmy.
Uhlík obsiahnutý v atmosfére vo forme CO 2 je jednou z počiatočných zložiek fotosyntézy a potom spolu s organickou hmotou spotrebúvajú spotrebitelia. Počas dýchania rastlín a zvierat, ako aj v dôsledku redukčných činidiel sa uhlík vo forme CO 2 vracia do atmosféry.
Na rozdiel od dusíka a uhlíka sa rezervoár fosforu nachádza v horninách, ktoré sú erodované a uvoľňujú fosfáty do ekosystémov. Väčšina z nich skončí v mori a čiastočne ich možno vrátiť späť na pevninu prostredníctvom morských potravinových reťazcov končiacich vtákmi, ktoré jedia ryby (tvorba guána). Asimilácia fosforu rastlinami závisí od kyslosti pôdneho roztoku: so zvyšujúcou sa kyslosťou sa fosfáty, ktoré sú prakticky nerozpustné vo vode, premieňajú na ľahko rozpustnú kyselinu fosforečnú.
Na rozdiel od energie môžu byť biogénne prvky použité opakovane: cyklus je ich charakteristickým znakom. Ďalším rozdielom od energie je, že prísun živín nie je konštantný. Proces väzby niektorých z nich vo forme živej biomasy znižuje množstvo zostávajúce v ekosystémovom prostredí.
Pozrime sa podrobnejšie na biogeochemické cykly niektorých látok.

Kolobeh vody

Kyslíkový cyklus

Cyklus uhlíka

Ak chcete použiť ukážku prezentácií, vytvorte si účet Google (účet) a prihláste sa doň: https://accounts.google.com

Titulky k snímkam:

Kolobeh látok a energie v prírode

Cirkulácia látok je opakujúce sa procesy transformácie a pohybu hmoty v prírode, ktoré sú viac -menej cyklické. Všetky látky na našej planéte sú v procese obehu. V prírode existujú dva hlavné cykly Veľký (geologický) Malý (biogeochemický)

Veľký cyklus látok Veľký cyklus trvá milióny rokov v dôsledku interakcie slnečnej energie s hlbokou energiou Zeme. Je spojená s geologickými procesmi, vznikom a ničením hornín a následným pohybom produktov ničenia.

Malý cyklus látok Malý cyklus (biogeochemický) sa vyskytuje v biosfére, na úrovni biocenózy. Jeho podstata je pri tvorbe živej hmoty z anorganických zlúčenín v procese fotosyntézy a pri transformácii organickej hmoty počas rozkladu opäť na anorganické zlúčeniny. Biogeochemické cykly - Vernadsky V.I.

Cyklus vody Tr odtok inf. Odparovanie vody Kondenzácia pár Zrážkový odtok Transpiračná infiltrácia

Transpirácia je pohyb vody cez rastlinu a jej odparovanie cez vonkajšie orgány rastliny, ako sú listy, stonky a kvety. Voda je pre život rastliny zásadná, ale iba malá časť vody vstupujúcej cez korene sa používa priamo pre potreby rastu a metabolizmu.

Kolobeh vody

Kolobeh vody Väčšina vody je koncentrovaná v oceánoch. Voda sa z ich povrchu odparuje, aby zásobila prírodné a umelé suchozemské ekosystémy. Čím bližšie je oblasť k oceánu, tým viac zrážok tam padá. Krajina neustále vracia vodu do oceánu: časť vlhkosti sa odparuje, najaktívnejšie v lesoch, časť zbierajú rieky: vstupuje do nich voda z dažďa a taveniny. Výmena vlhkosti medzi oceánom a pevninou si vyžaduje veľmi vysoké náklady na energiu: spotrebuje asi 30% slnečnej energie, ktorá prichádza na Zem.

Vplyv človeka na kolobeh vody Kolobeh vody v biosfére pred rozvojom civilizácie bol rovnovážny, t.j. oceán dostal z riek toľko vody, koľko spotreboval na odparovanie. S rozvojom civilizácie sa tento cyklus začal narúšať. Najmä lesy odparujú čoraz menej vody. ich plocha sa zmenšuje a povrch pôdy je naopak stále viac, pretože plocha poľnohospodárskej závlahy sa zvyšuje. pôda. Rieky južných oblastí sa stali plytkými. Voda sa horšie odparuje z povrchu oceánu, pretože jeho značná časť je pokrytá olejovým filmom. To všetko zhoršuje dodávku vody do biosféry.

Suchá sú stále častejšie a objavujú sa ohniská ekologických katastrof. Napríklad katastrofické sucho trvá v Afrike viac ako 35 rokov, v zóne Sahel - polopúšťovej oblasti oddeľujúcej Saharu od severných krajín kontinentu. Sladká voda, ktorá sa vracia do oceánu a iné vodné plochy z pevniny, je často kontaminovaná. Voda mnohých riek v Rusku sa stala prakticky nevhodnou na pitie. Podiel sladkej vody, ktorú majú živé organizmy k dispozícii, je pomerne malý, preto ju treba používať striedmo a nie znečistene! Každému štvrtému obyvateľovi planéty chýba čistá pitná voda. V mnohých častiach sveta nie je dostatok vody na priemyselnú výrobu a zavlažovanie.

Rôzne zložky hydrosféry sa zúčastňujú vodného cyklu rôznymi spôsobmi a rôznymi rýchlosťami. Úplná obnova vody v ľadovcoch trvá 8 000 rokov, podzemná voda - 5 000 rokov, oceán - 3 000 rokov, pôda - 1 rok. Atmosférické pary a riečne vody sa úplne obnovia za 10 - 12 dní. Kolobeh vody v prírode trvá asi 1 milión rokov.

Kyslíkový cyklus Kyslík je jedným z najrozšírenejších prvkov v biosfére. Obsah kyslíka v atmosfére je takmer 21%. Kyslík je súčasťou molekúl vody, súčasťou živých organizmov (bielkoviny, tuky, sacharidy, nukleové kyseliny). Kyslík vyrábajú výrobcovia (zelené rastliny). Ozón hrá dôležitú úlohu v cykle kyslíka. Ozónová vrstva sa nachádza vo výške 20-30 km nad morom. Obsah kyslíka v atmosfére ovplyvňujú 2 hlavné procesy: 1) fotosyntéza 2) rozklad organickej hmoty, v ktorej sa spotrebúva.

Cyklus kyslíka je pomalý proces. Úplná obnova kyslíka v atmosfére trvá asi 2 000 rokov. Na porovnanie: úplná obnova oxidu uhličitého v atmosfére trvá asi 3 roky. Kyslík sa spotrebúva na dýchanie väčšiny živých organizmov. Kyslík sa používa na spaľovanie paliva v spaľovacom motore, v peciach tepelných elektrární, v leteckých a raketových motoroch atď. Dodatočná antropogénna spotreba môže narušiť rovnováhu kyslíkového cyklu. Biosféra zatiaľ kompenzuje zásahy človeka: straty dopĺňajú zelené rastliny. S ďalším znižovaním rozlohy lesov a spaľovaním stále väčšieho množstva paliva začne obsah kyslíka v atmosfére klesať.

TO JE DÔLEŽITÉ!!! S poklesom obsahu kyslíka vo vzduchu na 16% sa zdravie človeka zhoršuje (trpí najmä srdce), až 7% - človek stráca vedomie, až 3% - dochádza k smrti.

Cyklus uhlíka

Uhlíkový cyklus Uhlík je základom organických zlúčenín; je súčasťou všetkých živých organizmov vo forme bielkovín, tukov, uhľohydrátov. Uhlík vstupuje do atmosféry vo forme oxidu uhličitého. V atmosfére, kde je koncentrovaná väčšina oxidu uhličitého, dochádza k neustálej výmene: rastliny absorbujú oxid uhličitý počas fotosyntézy a všetky organizmy ho uvoľňujú počas dýchania. Až 50% uhlíka vo forme CO 2 sa vracia do atmosféry rozkladačmi - pôdnymi mikroorganizmami. Uhlík opúšťa cyklus vo forme uhličitanu vápenatého.

Vplyv človeka na uhlíkový cyklus Ľudskou činnosťou narušená prirodzená rovnováha uhlíkového cyklu: 1) spaľovaním fosílnych palív sa ročne uvoľní do atmosféry asi 6 miliárd ton CO2: a) výroba elektriny v závodoch na kombinovanú výrobu tepla a elektriny b) výfukové plyny z áut 2) ničenie lesov. Za posledných 100 rokov sa obsah oxidu uhličitého v atmosfére neustále a rýchlo zvyšuje. Oxid uhličitý + metán + vodná para + ozón + oxidy dusíka = skleníkový plyn. Výsledkom je - skleníkový efekt - globálne otepľovanie, ktoré môže viesť k veľkým prírodným katastrofám.

Cyklus dusíka Vo voľnej forme je dusík súčasťou vzduchu - 78%. Dusík je jedným z najdôležitejších prvkov pre život organizmov. Dusík je súčasťou všetkých bielkovín. Molekula dusíka je veľmi silná, a preto väčšina organizmov nie je schopná asimilovať atmosférický dusík. Živé organizmy asimilujú dusík iba vo forme zlúčenín s vodíkom a kyslíkom. Fixácia dusíka v chemických zlúčeninách nastáva v dôsledku vulkanickej a búrkovej aktivity, väčšinou však v dôsledku činnosti mikroorganizmov - dusíkových fixátorov (baktérie fixujúce dusík a modrozelené riasy).

Dusík vstupuje do koreňov rastlín vo forme dusičnanov, ktoré sa používajú na syntézu organických látok (bielkovín). Zvieratá konzumujú dusík z rastlinných alebo živočíšnych potravín. Návrat dusíka do atmosféry nastáva v dôsledku deštrukcie mŕtveho organického materiálu. Pôdne baktérie rozkladajú bielkoviny na anorganické látky - plyny - amoniak, oxidy dusíka, ktoré sa dostávajú do atmosféry. Dusík, ktorý sa dostáva do vodných útvarov, prechádza aj potravinovými reťazcami „rastlina - zviera - mikroorganizmy“ a vracia sa do atmosféry.

Vplyv človeka na dusíkový cyklus Ľudskou činnosťou narušená prirodzená rovnováha dusíkového cyklu. Pri orbe pôdy klesá aktivita mikroorganizmov - dusičitých ustaľovačov takmer 5 -krát, preto klesá obsah dusíka v pôde, čo vedie k poklesu úrodnosti pôdy. Preto človek zavádza do pôdy prebytok dusičnanov, ktoré sú zahrnuté v minerálnych hnojivách. Veľké množstvo oxidov dusíka vstupuje do atmosféry počas spaľovania a spracovania plynu, ropy, uhlia a padá vo forme kyslých dažďov. Obnovenie cyklu prirodzeného dusíka je možné znížením výroby dusíkatých hnojív, znížením priemyselných emisií oxidov dusíka do atmosféry atď.

Cyklus fosforu

Na rozdiel od cyklov vody, uhlíka, dusíka a kyslíka, ktoré sú uzavreté, je cyklus fosforu otvorený. fosfor nevytvára prchavé zlúčeniny, ktoré sa dostávajú do atmosféry. Fosfor je obsiahnutý v horninách, odkiaľ sa dostáva do ekosystémov pri prirodzenom ničení hornín alebo pri aplikácii fosforečných hnojív na polia. Rastliny absorbujú anorganické zlúčeniny fosforu a zvieratá, ktoré sa týmito rastlinami živia, akumulujú fosfor vo svojich tkanivách. Po rozklade mŕtvych tiel zvierat a rastlín nie je do obehu zapojený všetok fosfor. Časť sa vyplaví z pôdy do vodných útvarov (rieky, jazerá, moria) a usadí sa na dne. Fosfor sa v malých množstvách vracia na pevninu s rybami ulovenými ľuďmi.

Vplyv človeka na cyklus fosforu Pod vplyvom človeka sa prenos fosforu z pevniny do oceánu výrazne zvýšil. S ničením lesov, orbou pôd sa zvyšuje objem toku povrchovej vody a okrem toho sa do riek a jazier z polí dodávajú fosforečné hnojivá. Keďže zásoby fosforu na pevnine sú obmedzené a jeho návrat z oceánu je ťažký, v budúcnosti môže poľnohospodárstvu chýbať fosfor, čo spôsobí zníženie výnosov (predovšetkým plodín na zrno).

Každý život vyžaduje neustály tok energie a látky. Energia sa vynakladá na realizáciu základných životných reakcií, hmota sa používa na stavbu tiel organizmov. Existenciu prírodných ekosystémov sprevádzajú zložité procesy výmeny materiálu a energie medzi živou a neživou prírodou. Procesy závisia nielen od zloženia biotických látok, ale aj od fyzického prostredia.

Toky energie a hmoty sú v ekológii považované za prenos energie a hmoty zvonka do autotrofov a ďalej pozdĺž potravinových reťazcov z organizmov jednej trofickej úrovne na druhú.

Tok energie v spoločenstve je prenos energie z organizmov jednej úrovne na druhú vo forme chemických väzieb organických zlúčenín.

Tok látky je pohyb látky vo forme chemických prvkov a ich zlúčenín od výrobcov k reduktorom a potom prostredníctvom chemických reakcií, ktoré prebiehajú bez účasti živých organizmov, späť k výrobcom.

Tok hmoty prebieha v uzavretom cykle, preto sa jej hovorí cyklu.

Tok hmoty a tok energie- nie sú to identické koncepty, aj keď sa na meranie toku hmoty často používajú rôzne energetické ekvivalenty (kalórie, kilokalórie, jouly).

Základný rozdiel medzi tokmi hmoty a energie v ekosystéme je v tom, že biogénne prvky (dusík, uhlík, fosfor atď.), Ktoré tvoria organickú hmotu, sa môžu opakovane zúčastňovať na kolobehu hmoty, zatiaľ čo tok energie je jednosmerný a nevratný .

Existencia všetkých ekosystémov závisí od konštantného toku energie, ktorý je potrebný pre všetky organizmy na zachovanie ich životne dôležitej činnosti a vlastnej reprodukcie.

Hlavným kanálom prenosu energie v komunite je potravinový reťazec. Keď sa vzďaľujete od prvovýrobcu, tok energie prudko slabne - množstvo energie klesá.

Cvičenie

Pomocou pravidla 10% vypočítajte podiel energie vstupujúcej do 4. trofickej úrovne za predpokladu, že jej celkové množstvo na prvej úrovni bolo 100 jednotiek.

Cirkulácia látok a premena energie- nevyhnutná podmienka existencie akéhokoľvek ekosystému. Transport látok a energie v potravinových reťazcoch v ekosystéme.

Ekosystém môže zabezpečiť obeh hmoty iba vtedy, ak obsahuje štyri potrebné komponenty: zásoby živín, výrobcov, spotrebitelia a reduktory

Ryža. 1. Základné súčasti ekosystému

Táto štruktúra je zložená z niekoľkých skupín organizmov, z ktorých každý vykonáva určitú prácu v cykle látok. Organizmy patriace k jednej takej forme odkazu trofická úroveň, a vzniká postupné spojenie medzi trofickými úrovňami silové obvody, alebo trofické reťazce. Ekosystém zahŕňa organizmy, ktoré sa rozlišujú spôsobom kŕmenia - autotrofné a heterotrofné.

Autotrofy(samoživiace) - organizmy, ktoré tvoria organickú hmotu svojho tela z anorganických látok - hlavne z oxidu uhličitého a vody - procesmi fotosyntézy a chemosyntézy. Fotosyntézu vykonávajú fotoautotrofy - všetky chlorofylové (zelené) rastliny a mikroorganizmy. Chemosyntéza sa pozoruje u niektorých pôdnych a vodných baktérií, ktoré ako zdroj energie nevyužívajú slnečné svetlo, ale enzymatickú oxidáciu mnohých látok - vodíka, síry, sírovodíka, amoniaku a železa.

Heterotrofy(živiaci sa inými) - organizmy, ktoré konzumujú hotové organické látky iných organizmov a ich odpadové produkty. Všetko sú to zvieratá, huby a väčšina baktérií.

Na rozdiel od autotrofov výrobcov, heterotrofy pôsobia ako konzumenti a ničitelia (ničitelia) organických látok. V závislosti od zdrojov výživy a účasti na ničení sa delia na spotrebiteľov a reduktory.

Spotreby - konzumentov organickej hmoty organizmov. Tie obsahujú:

Spotrebitelia 1. rádu - bylinožravé zvieratá (fytofágy), konzumácia živých rastlín (vošky, kobylka, hus, ovca, jeleň, slon);

Konzumenti 2. rádu - mäsožravce (zoofágy), jesť iné zvieratá - rôzne dravce (dravý hmyz, hmyzožravé a dravé vtáky, dravé plazy a zvieratá), útočiace nielen na fytofágy, ale aj na iných predátorov. Existuje mnoho zvierat so zmiešanou stravou, ktoré konzumujú rastlinnú aj živočíšnu potravu - mäsožravé, bylinožravé a všežravé. Spotrebný materiál radu I a II zaberá druhú, tretiu a niekedy ďalšie trofické úrovne v ekosystéme.

Reduktory - baktérie a nižšie huby - dokončia deštruktívnu prácu konzumentov a saprofágov, pričom prinesú rozklad organickej hmoty na úplnú mineralizáciu a vrátia molekulárny dusík, minerálne prvky a posledné časti oxidu uhličitého do ekosystémového prostredia.

Udržateľnosť ekosystému. Závislosť udržateľnosti ekosystémov od počtu druhov, ktoré ich obývajú, a dĺžky potravinových reťazcov: čím viac druhov, potravinových reťazcov, tým stabilnejší je ekosystém z kolobehu látok.

Umelý ekosystém- vytvorené v dôsledku ľudskej činnosti. Príklady umelých ekosystémov: park, pole, záhrada, zeleninová záhrada.

Rozdiely medzi umelým ekosystémom a prírodným ekosystémom:

Niekoľko druhov (napr. Pšenica a niektoré buriny v pšeničnom poli a príbuzné zvieratá);

Prevaha organizmov jedného alebo viacerých druhov (pšenica na poli);

Krátke potravinové reťazce kvôli malému počtu druhov;

Neuzavretý obeh látok v dôsledku výrazného odstránenia organických látok a ich stiahnutie z obehu vo forme plodiny;

Nízka stabilita a neschopnosť žiť nezávisle bez ľudskej podpory.

Ryža. 14.5... Sulmmarov tok energie (tmavé šípky) a cyklus hmoty (svetlé šípky) v ekosystéme.

Základom ekosystému sú teda autotrofné organizmy - výrobcov(výrobcovia, tvorcovia), ktorí v procese fotosyntézy vytvárajú energeticky bohaté potraviny - primárnu organickú hmotu. V suchozemských ekosystémoch majú najdôležitejšiu úlohu vyššie rastliny, ktoré pri vytváraní organických látok vytvárajú všetky trofické väzby v ekosystéme, slúžia ako substrát pre mnohé živočíchy, huby a mikroorganizmy a aktívne ovplyvňujú mikroklímu biotopu. Vo vodných ekosystémoch sú riasy hlavnými producentmi primárnych organických látok.

Na získanie a akumuláciu energie heterotrofov sa používajú pripravené organické látky, príp spotrebitelia(spotrebitelia). Medzi heterotrofy patria bylinožravé zvieratá (konzumenti 1. rádu), mäsožravce žijúce z bylinožravých foriem (konzumenti 2. rádu), konzumujúce ostatné mäsožravce (konzumenti 3. rádu) atď.

Osobitnou skupinou spotrebiteľov sú reduktory(torpédoborce alebo] deštruktory), rozkladajúce organické zvyšky výrobcov a spotrebiteľov na jednoduché anorganické zlúčeniny, ktoré potom výrobcovia používajú. Medzi reduktory patria predovšetkým mikroorganizmy - baktérie a plesne. V suchozemských ekosystémoch sú pôdne rozkladače obzvlášť dôležité a zahŕňajú organické látky odumretých rastlín vo všeobecnom obehu (spotrebúvajú až 90% primárnej lesnej produkcie). Každý živý organizmus v ekosystéme teda zaberá určité ekologické miesto (miesto) v komplexnom systéme ekologických vzťahov s inými organizmami a abiotickými podmienkami prostredia.

Potravinové reťazce (siete) a trofické úrovne. Základom každého ekosystému, jeho základom sú potraviny (trofické) a s nimi súvisiace energetické spojenia. Neustále prenášajú látku a energiu, ktoré sú obsiahnuté v potravinách, tvorených hlavne rastlinami.

Hovorí sa prenos potenciálnej energie potravín vytvorených rastlinami prostredníctvom mnohých organizmov tým, že niektoré druhy zožerú iné napájací obvod alebo potravinový reťazec, a každý jeho odkaz - trofická úroveň(obr. 14.6).

Ryža. 14.6... Potravinový reťazec afrických saván.

Ryža. 14.7. Energetické siete v ekologickom systéme.

Existujú dva hlavné typy potravinových reťazcov - pasúce sa (pasúce sa alebo spotrebné reťazce) a detritálne (rozkladné reťazce). Reťazce pasienkov začínajú na producenti: ďatelina -> králik -> vlk; fytoplanktón (riasy) -> zooplankton (prvoky) -> plotica -> šťuka - > osprey.

Detritálne reťazce začať od rastlinných a živočíšnych zvyškov, zvieracích exkrementov - detritus; choďte na mikroorganizmy, ktoré sa nimi živia, a potom na malé zvieratá (detritofágy) a ich konzumenty - dravce. Detritálne reťazce sa najčastejšie vyskytujú v lesoch, kde väčšinu (viac ako 90%) ročného nárastu rastlinnej biomasy nespotrebúvajú priamo bylinožravé zvieratá, ale odumierajú, podliehajú rozkladu (saprotrofné organizmy) a mineralizácii. Typickým príkladom drobného potravinového vzťahu v našich lesoch je nasledujúci: listový odpad - > dážďovka -> Drozd > Vrabec. Okrem dážďoviek sú detritivormi aj drevomorka, zvončeky, jarabice, nematódy atď.

Ekologické pyramídy. Potravinové siete v rámci každej biogeocenózy majú dobre definovanú štruktúru. Je charakterizovaný počtom, veľkosťou a celkovou hmotnosťou organizmov - biomasy - na každej úrovni potravinového reťazca. Potravinové reťazce na pastvinách sa vyznačujú zvýšením hustoty obyvateľstva, rýchlosťou reprodukcie a produktivity ich biomasy. Pokles biomasy počas prechodu z jednej potravinovej hladiny na druhú je spôsobený skutočnosťou, že nie všetky potraviny sú spotrebitelia asimilované. Napríklad v húsenici živiacej sa listami sa v čreve absorbuje iba polovica rastlinného materiálu, zvyšok sa vylučuje vo forme exkrementov. Navyše väčšina živín absorbovaných črevami sa spotrebuje na dýchanie a iba 10-15% sa nakoniec použije na stavbu nových buniek a tkanív húsenice. Z tohto dôvodu je produkcia organizmov na každej nasledujúcej trofickej úrovni vždy nižšia (v priemere 10 -krát) ako produkcia predchádzajúcej, to znamená, že hmotnosť každého nasledujúceho článku v potravinovom reťazci postupne klesá. Tento vzor bol pomenovaný pravidlo ekologickej pyramídy(obr. 14.8).

Ryža, 14.8. Zjednodušená ekologická pyramída.

Existujú tri spôsoby, ako zostaviť ekologické pyramídy:

1. Pyramída čísel odráža numerický pomer jedincov rôznych trofických úrovní ekosystému. Ak sa organizmy na rovnakých alebo rôznych trofických úrovniach veľmi líšia veľkosťou, potom pyramída čísel poskytuje skreslené predstavy o skutočnom pomere trofických úrovní. Napríklad v komunite planktónu je počet výrobcov desaťkrát a stonásobne vyšší ako počet konzumentov a v lese sa státisíce spotrebiteľov môžu živiť orgánmi jedného stromu - producenta.

2. Pyramída z biomasy ukazuje množstvo živej hmoty alebo biomasy na každej trofickej úrovni. Vo väčšine suchozemských ekosystémov je biomasa výrobcov, t. J. Celková hmotnosť rastlín, a biomasa organizmov každej nasledujúcej trofickej úrovne je menšia ako predchádzajúca. V niektorých komunitách je však biomasa spotrebiteľov prvého rádu vyššia ako biomasa výrobcov. Napríklad v oceánoch, kde sú hlavnými producentmi jednobunkové riasy s vysokou mierou reprodukcie, môže ich ročná produkcia desaťkrát alebo dokonca stonásobne prekročiť rezervu biomasy. Všetky produkty tvorené riasami sa zároveň tak rýchlo zapájajú do potravinového reťazca, že akumulácia biomasy rias je malá, ale vzhľadom na vysokú mieru reprodukcie stačí ich malá zásoba na udržanie rýchlosti organickej hmoty. rekreácia. V tomto ohľade má pyramída biomasy v oceáne inverzný vzťah, tj. „Obrátený“. Na najvyšších trofických úrovniach prevláda tendencia k akumulácii biomasy, pretože životnosť predátorov je dlhá, naopak, obrat ich generácií je naopak nízky a významná časť látky vstupujúcej do potravinových reťazcov je zachované v ich tele.

3. Energetická pyramída odráža množstvo toku energie v potravinovom reťazci. Tvar tejto pyramídy nie je ovplyvnený veľkosťou jednotlivcov a vždy bude mať trojuholníkový tvar so širokou základňou v spodnej časti, ako to prikazuje druhý termodynamický zákon. Energetická pyramída preto poskytuje najkompletnejšiu a najpresnejšiu predstavu o funkčnej organizácii komunity, o všetkých metabolických procesoch v ekosystéme. Ak pyramídy čísel a biomasy odrážajú statiku ekosystému (počet a biomasu organizmov v danom momente), potom pyramída energie je dynamikou prechodu hmotnosti potravy potravinovým reťazcom. Základňa v pyramídach počtu a biomasy môže byť väčšia alebo nižšia ako následné trofické úrovne (v závislosti od pomeru výrobcov a spotrebiteľov v rôznych ekosystémoch). Energetická pyramída sa vždy zužuje smerom nahor. Je to spôsobené tým, že energia vynaložená na dýchanie sa neprenáša na ďalšiu trofickú úroveň a opúšťa ekosystém. Preto bude každá nasledujúca úroveň vždy menšia ako predchádzajúca. V suchozemských ekosystémoch je zníženie množstva dostupnej energie obvykle sprevádzané znížením počtu a biomasy jednotlivcov na každej trofickej úrovni. Vďaka takým veľkým stratám energie na stavbu nových tkanív a dýchanie organizmov nemôžu byť potravinové reťazce dlhé; zvyčajne pozostávajú z 3-5 článkov (trofické úrovne).

Znalosť zákonov produktivity ekosystémov a schopnosť kvantifikovať tok energie majú veľký praktický význam, pretože produkty prírodných a umelých spoločenstiev (agroienózy) sú hlavným zdrojom zásob potravín pre ľudstvo. Presné výpočty energetického toku a rozsah produktivity ekosystémov umožňujú regulovať kolobeh látok v nich tak, aby sa dosiahol najvyšší výnos produktov potrebných pre ľudí.

Na sledovanie vzťahu medzi živou a neživou prírodou je potrebné pochopiť, ako dochádza k obehu látok v biosfére.

Význam

Cirkulácia látok je opakovaná účasť rovnakých látok na procesoch prebiehajúcich v litosfére, hydrosfére a atmosfére.

Existujú dva typy obehu látok:

• geologické(veľký obeh);
• biologický(malý obeh).

Hnacou silou geologického cyklu látok sú vonkajšie (slnečné žiarenie, gravitácia) a vnútorné (energia vnútra Zeme, teplota, tlak) geologické procesy, biologické - činnosť živých bytostí.

Veľký obeh prebieha bez účasti živých organizmov. Pod vplyvom vonkajších a vnútorných faktorov sa reliéf formuje a vyhladzuje. V dôsledku zemetrasení, zvetrávania, sopečných erupcií sa vytvára pohyb zemskej kôry, údolia, hory, rieky, kopce a vytvárajú sa geologické vrstvy.

Ryža. 1. Geologický obeh.

Biologický cyklus látok v biosfére prebieha za účasti živých organizmov, ktoré transformujú a prenášajú energiu pozdĺž potravinového reťazca. Stabilný systém interakcie medzi živými (biotickými) a neživými (abiotickými) látkami sa nazýva biogeocenóza.

TOP 3 článkyktorí s tým čítajú

Aby došlo k obehu látok, musí byť splnených niekoľko podmienok:

• prítomnosť asi 40 chemických prvkov;
• prítomnosť slnečnej energie;
• interakcia živých organizmov.

Ryža. 2. Biologický obeh.

Cyklus látok nemá definitívny východiskový bod. Proces je nepretržitý a jedna etapa vždy prechádza do druhej. Na cyklus sa môžete začať pozerať z akéhokoľvek bodu, podstata zostáva rovnaká.

Všeobecný obeh látok zahŕňa nasledujúce procesy:

• fotosyntéza;
• metabolizmus;
• rozklad.

Rastliny, ktoré sú výrobcami v potravinovom reťazci, premieňajú slnečnú energiu na organickú hmotu, ktorá sa potravou dostáva do tela rozkladajúcich sa zvierat. Po smrti sa rastliny a zvieratá rozkladajú pomocou konzumentov - baktérií, húb, červov.

Ryža. 3. Potravinový reťazec.

Kolobeh látok

V závislosti od umiestnenia látok v prírode emitujú dva typy obehu:

• plyn- vyskytuje sa v hydrosfére a atmosfére (kyslík, dusík, uhlík);
• sedimentárny- vyskytuje sa v zemskej kôre (vápnik, železo, fosfor).

Cyklus látok a energie v biosfére je v tabuľke popísaný na príklade niekoľkých prvkov.

Zastavenie obehu látok v prírode znamená narušenie života. Aby život pokračoval, je nevyhnutné, aby energia prechádzala cyklom za cyklom.

Čo sme sa naučili?

Z hodiny sa dozvedeli o podstate veľkého a malého cyklu látok v biosfére, interakcii neživej prírody so živými organizmami a uvažovali aj o kolobehu vody, uhlíka, dusíka, kyslíka, síry a fosforu.

Test podľa témy

Posúdenie správy

Priemerné hodnotenie: 4.5. Celkový počet prijatých hodnotení: 129.