Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






Енергія в екологічних системах (біогеоценозах) і їхня продуктивність





До числа головних питань теорії екології ставиться проблема підтримки життєдіяльності організмів і круговороту речовин в экосистемах. Життя на Землі існує за рахунок енергії сонячного випромінювання, що переводиться фотосинтезуючими організмами в хімічні зв'язки органічних сполук. Фотосинтез - эндоэргический процес, оскільки супроводжується поглинанням енергії.

Крім рослин синтез органічної речовини може здійснюватися бактеріями (нитрифицирующими, серобактериями, железобактериями).

Організми, які будують свій організм без посередників, називаються автотрофами, у т.ч. синтезуючу органічну речовину з неорганічного з використанням енергії сонця (фотоавтотрофи) або хімічних реакцій (хемоавтотрофы).

Вони створюють первинну органічну речовину з неорганічного й звуться продуцентів. Організми, що використають речовину, створена автотрофами (уживаючи його в їжу), називають гетеротрофами (питающимися іншими).

Частичная або повна заміна створеного в процесі харчування органічної речовини (його розкладання до вихідних хімічних компонентів) відбувається завдяки особою стадії в трофічних ланцюгах - редукуванню за рахунок организмов-редуцентов.

Отже, ланцюга харчування створюють три основних ланки (три типи організмів):

  1. Продуценти. В основному це зелені рослини, що споживають необхідні хімічні елементи безпосередньо з навколишнього середовища й сонця, що засвоюють енергію,, роблячи при цьому з вуглекислого газу й води найпростіший моносахарид - глюкозу, а потім, на його основі або з використанням його енергії, утвориться різноманіття биоорганических з'єднань: клітковина, крохмаль, білки, жири, вітаміни.
  2. Консументы. Ці види живих істот (як правило, це тварини) споживають тіла рослин й інших тварин. Підрозділяючись на травоїдні (консументы 1 порядку) і м'ясоїдних (консументы 2 порядки), вони утворять харчову піраміду. У цілому консументы з'їдають усього близько 5% біомаси продуцентів.
  3. Редуценты - мікроорганізми, гриби, комахи, що споживають померлі тіла продуцентів, консументов і редуцентов, а також відходи їхньої діяльності. Вони розкладають складні високомолекулярні речовини тіл на найпростіші речовини й елементи - мінеральні з'єднання й вуглекислий газ, які можуть знову засвоюватися продуцентами. Звичайно редуценты споживають і розкладають практично всю залишилася від консументов масу рослин (до 95-99%), а також біомасу віджилих консументов і редуцентов.

Отже, у природних умовах біосфера перебуває в збалансованому, стійкому стані. Цикл відтворення біомаси майже безвідхідний. Як відхід залишаються тільки ті органічні сполуки або биокосные речовини, які не можуть бути засвоєні редуцентами в силу геологічних і географічних умов (наприклад, коли органіка скапливается у великій кількості в бескислородной середовищу при низьких температурах - процеси торфоутворення). Подібні відходи - це покладу нафти, кам'яного вугілля, торфу й т.п. Ці з'єднання не викликають порушення екологічного балансу біосфери й не є властиво відходами в сучасному змісті цього терміна. Зараз відходи - це більш-менш небезпечні речовини, що викликають проблеми в розвитку народного господарства й виникнення екологічної кризи, що збільшують ризик, і катастроф у локальному або глобальному масштабах.

У цей час учені нараховують кілька мільйонів видів рослин, грибів і тварин. Різні літературні джерела розходяться в точних оцінках. Називають цифри: 1.800.000, 2.500.000 і більше (до 5-30 млн.) видів. Найменше число видів доводиться на редуцентов, що зв'язано в першу чергу із глобальною одноманітністю споживаної ними їжі, а також малими розмірами більшості з них (бактерії, гриби), що дозволяє їхнім спорам розноситися на більші відстані й повсюдно витісняти менш пристосовані види. Міжвидова конкуренція скорочує число видів.

У продуцентів число видів в 5 разів більше, що обумовлено розмаїтістю природно-кліматичних умов, до яких вони більше чутливі, чим редуценты.

Консументы використають у їжу не тільки продуцентів, але й консументов з редуцентами, створюючи в такий спосіб харчові піраміди, що обумовлює ще більше число їхніх видів - в 20 разів більше, ніж редуцентов. Велика кількість видів забезпечує множинні й різноманітні зворотні зв'язки в системі їжа - відходи - їжа, збільшує ступінь конкуренції видів і швидкість їхньої еволюції, збільшуючи в остаточному підсумку стійкість біогеоценозів і біосфери в цілому.

Продуценти й консументы утворять два типи ланок трофічного ланцюга, або ланцюга харчування. Ланцюга бувають відносно простими, короткими й більше складними. Виділяють два типи ланцюгів харчування: пасовищні й детритные. Пасовищні ланцюги починаються з живої органічної речовини (переважно рослинного походження) і формуються продуцентами й консументами різних порядків. Детритные ланцюги починаються з мертвої органічної речовини й формуються редуцентами й консументами (особливо характерні для лісових экосистем, де до 90% рослинної продукції надходить в опад). Різні трофічні ланцюги зв'язані між собою загальними ланками, образуя дуже складну систему, називану трофічною мережею.

Трофічний ланцюг у біогеоценозі - це одночасно ланцюг енергетична. Академік Шварц С.С. назвав біогеоценоз машиною по трансформації речовини й енергії. У біогеоценозі (экосистеме) існує безперервний потік енергії, що полягає в передачі її від одного харчового рівня до іншого. У силу другого закону термодинаміки цей процес пов'язаний з розсіюванням енергії на кожній наступній ланці, тобто з її втратами й зростанням ентропії. В остаточному підсумку вся енергія, що поглинає рослинами, розсіюється й залишає Землю у вигляді теплового випромінювання. Розсіювання енергії увесь час компенсується надходженням нової енергії від Сонця.

Кожна екологічна система має певну продуктивність, що оцінюється як швидкість утворення речовини біомаси. Основна, або первинна, продуктивність системи визначається як швидкість, з якої промениста енергія Сонця засвоюється організмами-продуцентами. Все накопичене екологічною системою речовина, за винятком витраченого на подих, становить фактичну, або чиста первинну, продуктивність співтовариства. Продуктивність консументов зветься вторинної.

Энергетический баланс консументов виражається формулою:

Р = П + Д + Н,

де Р – раціон консумента, П – продукція, Д – витрати на подих, Н – енергія незасвоєної їжі.

Необхідно підкреслити, що основна частина споживаної з їжею енергії у тварин іде на підтримку їхньої життєдіяльності й лише порівняно невелика – на побудову тіла, ріст і розмноження. По орієнтовних підрахунках, втрати енергії становлять найчастіше не менш 90% при кожному акті її передачі по ланках трофічного ланцюга. Отже, на кожен наступний трофічний рівень переходить не більше 10% енергії попереднього рівня. Ця закономірність одержала назву правила десяти відсотків. Наприклад, для одержання 1 кг яловичини потрібно від 70 до 90 кг свіжої трави, тобто на створення вторинної продукції використається 1-2 % первинної продукції. Таким чином, запас енергії, накопиченої рослинами, стрімко висихає вже на 4-5 ланках трофічного ланцюга. Її втрати можуть бути заповнені тільки надходженням нових порцій, тому на відміну від круговороту речовин, круговорот енергії в экосистемах відсутній. Экосистема функціонує тільки за рахунок спрямованого потоку енергії, постійного надходження її ззовні у вигляді сонячного випромінювання або готових запасів органічної речовини (в окремих випадках за рахунок хімічної енергії земних надр - рудні бактерії).

Продуктивность екологічних систем і співвідношення в них різних трофічних рівнів прийнято виражати у формі пірамід. Перша піраміда була побудована Ч. Элтоном і зветься піраміди чисел. Піраміди наочно ілюструють співвідношення біомас й еквівалентних їм енергій у кожній ланці харчового ланцюга й використаються в практичних розрахунках при обґрунтуванні необхідних площ під сільськогосподарські культури, для того, щоб забезпечити кормами худоба й, далі, потреба населення у тваринному білку.

Слід зазначити відмінність поняття «біомаса» від поняття «біологічна продуктивність». Біомаса біоценозу - його загальна накопичена маса на момент дослідження. Біологічна продуктивність - кількість зробленої біомаси на одиницю площі (або обсягу) в одиницю часу. Біомаса того або іншого біоценозу не дає подання про його продуктивність. Наприклад, середня фітомаса лугових степів 23 т/га, а річна продукція становить 10 т/га. Фітомаса хвойних лісів 200 т/га, а продуктивність - усього 6 т/га в рік.

Світовий розподіл первинної біологічної продукції вкрай нерівномірне. Ефективність зв'язування рослинністю сонячної радіації знижується при недоліку тепла й вологи, при несприятливих фізичних і хімічних властивостях ґрунту й т.п.

Теоретично можлива швидкість створення первинної біологічної продукції визначається можливостями фотосинтетичного апарата рослин. що досягає Максимально в природі КПД фотосинтезу становить 10-12% енергії фотосинтетично активної радіації (ФАР) - біля половини від теоретично можливого. У цілому ж по земній кулі засвоєння рослинами сонячної енергії не перевищує 0,1%.

Середній коефіцієнт використання енергії ФАР для всієї території Росії становить близько 0,8%: від 1,8-2,0% на Північному Кавказі до 0,1-0,2% у пустелях і тундрах.

Сягаючої поверхні Землі протягом одного року сонячна енергія становить близько 38∙ 109 кдж/га. Один гектар лісу в середніх широтах продуцирует до 6 т деревини й 4 т листів, спалювання яких дає 193∙ 106 кдж, тобто ефективність використання сонячної енергії в середніх широтах – близько 0,5%.

Пітание людей забезпечується в основному сільськогосподарськими культурами, що займають 10% площі суши. Майже половина врожаю йде на харчування людей, інше - на корм свійською твариною, використається в промисловості й губиться в покидьках. Усього людина споживає 0,2% первинної продукції Землі.

Вивчення потоків енергії має важливе значення для розрахунків загальної биопродуктивности экосистем, включаючи оцінку (прогноз) хазяйновито можливої продуктивності.

Date: 2015-09-22; view: 422; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...



mydocx.ru - 2015-2024 year. (0.005 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию