Потоки енергії і речовини в екосистемах
Будь життя вимагає постійного припливу енергії іречовини. Енергія витрачається на здійснення основних життєвих реакцій,речовина йде на побудову тіл організмів. Існування природних екосистемсупроводжується складними процесами матеріально-енергетичного обміну міжживою і неживою природою. Ці процеси дуже важливі і залежать не тільки відскладу біотичних співтовариств, але і від фізичного середовища їх проживання.
Потік енергії в співтоваристві - це її перехід відорганізмів одного рівня до іншого у формі хімічних зв'язків органічнихз'єднань (їжі).
Потік (кругообіг) речовини - переміщенняречовини у формі хімічних елементів та їх сполук від продуцентів доредуцентам і далі (через хімічні реакції, що відбуваються без участі живихорганізмів) знову до продуцента.
Кругообіг речовини і потік енергії - не тотожніпоняття, хоча нерідко для вимірювання переміщення речовини використовуються різніенергетичні еквіваленти (калорії, кілокалорії, джоулі). Частково цепояснюється тим, що на всіх трофічних рівнях, за винятком першого,енергія, необхідна для життєдіяльності організмів, передається в форміречовини спожитої їжі. Лише рослини (продуценти) можуть безпосередньовикористовувати для своєї життєдіяльності променисту енергію Сонця.
Суворе вимір циркулюючого в екосистеміречовини можна отримати, враховуючи кругообіг окремих хімічних елементів,перш за все тих, які є основним будівельним матеріалом дляцитоплазми рослинних і тваринних клітин.
На відмінувід речовин, які безперервно циркулюють по різних блокам екосистеми і завждиможуть знову входити в кругообіг, енергія може бути використана в організмітільки один раз.
Згідно законам фізики енергія може переходитиз однієї форми (наприклад, енергії світла) в іншу (наприклад, потенційнуенергію їжі), але вона ніколи не створюється знову і не зникає. Не може бутижодного процесу, пов'язаного з перетворенням енергії, без втрати деякої їїчастини. У своїх перетвореннях певну кількість енергії розсіюється у виглядітепла і, отже, втрачається. З цієї причини не може бути перетворень,наприклад харчових речовин в речовини, з яких складається тіло організму, що йдутьзі стовідсотковою ефективністю.
Існування всіх екосистем залежить відпостійного припливу енергії, яка необхідна всім організмам для підтримкиїх життєдіяльності і самовідтворення.
Лише близько половини сонячного потоку, що падаєна зелені рослини, поглинається фотосинтетичної елементами, і лише малачастка поглиненої енергії (від 1/100 до 1/20 частини) запасається у вигляді енергії,необхідної для діяльності тканин рослин.
У міру віддалення від первинного продуценташвидкість потоку енергії (тобто кількість енергії, виражене венергетичних одиницях, яке перейшло з одного трофічного рівня на інший)різко слабшає.
Падіння кількості енергії при переході з одноготрофічного рівня на більш високий визначає число самих цих рівнів.Підраховано, що на будь трофічний рівень надходить лише близько 10% (або трохибільше) енергії попереднього рівня. Тому загальне число трофічних рівніврідко перевищує 3-4.
Співвідношення живої речовини на різних трофічнихрівнях підпорядковується в цілому тим же правилом, що і співвідношення надходитьенергії: чим вищий рівень, тим нижче загальна біомаса і чисельність складовихйого організмів.
Співвідношення чисельності різних груп організмівдає уявлення про стійкість співтовариства, адже біомаса і чисельністьдеяких популяцій є одночасно і показником життєвого просторудля організмів даного та інших видів. Наприклад, числом дерев у лісівизначається не тільки загальний запас укладеної в них біомаси та енергії, але імікроклімат, а також кількість притулків для багатьох комах і птахів.
Піраміди чисельності можуть бути перевернутими.Це відбувається, коли швидкість відтворення популяції жертви висока, і навітьпри низькій біомасі така популяція може бути достатнім джерелом їжі дляхижаків, що мають більш високу біомасу, але низьку швидкість відтворення.Наприклад, на одному дереві може жити і годуватися безліч комах (перевернутапіраміда чисельності). Перевернута піраміда біомаси властива воднимекосистемам, де первинні продуценти (фітопланктон водорості) дуже швидкоділяться і множаться в числі, а їх споживачі (зоопланктон ракоподібні)набагато крупніше, але мають тривалий цикл відтворення.
Пасовищні і детрітние ланцюга
Енергія може проходити через співтовариство різнимишляхами. Вона являє собою харчовий ланцюг всіх консументів (консументную систему) здодаванням ще двох ланок: це мертве органічна речовина і харчоваланцюг організмів-разлагателей (редуцентная система).
Потік енергії, що йде від рослин черезрослиноїдних тварин (їх називають пасущимися), називається пасовищної харчовоїланцюгом.
Не використані консументами залишки споживанихними організмів поповнюють собою мертве органічна речовина. Воно складається зфекалій, що містять частину незасвоєного їжі, а також трупів тварин, залишківрослинності (листя, гілок, водоростей) і називається детритом.
Потікенергії, що бере початок від мертвої органічної речовини і проходить черезсистему разлагателеі, називається детрітноі харчової ланцюгом.
Поряд зі схожістю мається глибоке розходження вфункціонуванні пасовищної та детрітноі харчових ланцюгів. Воно полягає в тому, що в кон-сументной системі фекалії і мертві організми губляться, а в редуцентной - немає.
Рано чи пізно енергія, укладена в мертвомуорганічній речовині, буде повністю використана разлагателямі і розсіяна ввигляді тепла при диханні, навіть якщо для цього їй потрібно кілька разів пройтичерез систему редуцентів. Винятком є ​​лише ті випадки, коли місцевіабіотичні умови дуже несприятливі для процесу розкладання (високавологість, мерзлота). У цих випадках накопичуються поклади не повністюпереробленого високоенергоемкого речовини, що перетворюється з часом і привідповідних умовах в горючі органічні копалини - нафта, вугілля, торф.
Кругообіг речовин в екосистемі
Цілісність природних екосистем особливочітко проявляється при розгляді циркулюючих в них потоків речовини.Речовина може передаватися по замкнутих циклів (кругообігу), багаторазовоциркулюючи між організмами і навколишнім середовищем.
Кругові пересування (по землі, повітрю, воді)хімічних елементів (тобто речовин) називаються біогеохімічними циклами абокруговоротами.
Необхідні для життя елементи та розчиненісолі умовно називають біогенними елементами (дають життя) або поживнимиречовинами. Серед біогенних елементів розрізняють дві групи: макротрофниеречовини і мікротрофние речовини.
Макротрофние речовини охоплюють елементи,які складають хімічну основу тканин живих організмів. Сюди відносяться:вуглець, водень, кисень, азот, фосфор, калій, кальцій, магній, сірка.
Мікротрофние речовини включають в себе елементиі їх з'єднання, також дуже важливі для існування живих систем, але ввинятково малих кількостях. Такі речовини часто називають мікроелементами. Це залізо, марганець, мідь, цинк, бор, натрій, молібден, хлор, ванадій ікобальт. Хоча мікротрофние елементи необхідні для організмів в дуже малихкількостях, їх недолік може сильно обмежувати продуктивність.
Циркуляція біогенних елементів супроводжуєтьсязазвичай їх хімічними перетвореннями. Нітратний азот, наприклад, можеперетворюватися на білковий, потім переходити в сечовину, перетворюватися на аміак ізнову синтезуватися в нітратну форму під впливом мікроорганізмів. Впроцесах денітрифікації та фіксації азоту беруть участь різнімеханізми, як біологічні, так і хімічні.
Запаси біогенних елементів непостійні. Процесзв'язування деякої їх частини у вигляді живої біомаси знижує кількіс...
