Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Экология

Функционирования экосистем. Потоки энергии и вещества в экосистемах

Функционирования экосистемы любого уровня осуществляется только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды.

Как уже определялось ранее, определяющей характеристикой жизни как особой формы существования материи является обмен веществ.

Распределение энергии на уровне продуцентов и первичных консументов

Рис.2.2. Распределение энергии на уровне продуцентов и первичных консументов:

1-неиспользованная растительная продукция,

2-неосвоенная продукция,

3-неиспользованная животная продукция.

Обмен веществ отдельных организмов с окружающей средой в процессе дыхания, питания, различных выделений, или в более общем виде - круговорот вещества в экосистемах возможен только в процессе использования и передачи энергии.

Каждой экосистеме и всем организмам в ней нужен постоянный и достаточный приток энергии для поддержания достаточно сложных внутренних связей, без чего невозможно противостоять энтропии, то есть стремлению энергии перейти не в полезную для организма работу по обмену вещества (или кругооборота вещества в экосистеме), а в тепло и рассеяться в окружающем пространстве. В экосистеме, как и в биосфере в целом, основными потоками энергии является потоки концентрированной (в основном Солнечной) и рассеянной энергии (тепловой). Живые организмы, в некотором смысле, можно сравнивать со своеобразными машинами, которые производят биомассу. Расчеты показали, что КПД растительного машины не более 1%, то есть только 1% солнечной энергии содержится в растительной продукции. Куда же расходуются остальные 99%?

Достаточно большое количество (30-40%) лучевой энергии не проникает в листья и отражается от их поверхности. Большая часть (60-70%) расходуется на дыхание, испарение, выведение, превращаясь в тепло. Распределение энергии на уровне продуцентов и первичных консументов представлен на схеме рис.2.2.

Поток солнечной энергии преобразуется растениями в процессе фотосинтеза в энергию химических связей, которая последовательно переходит с едой от растений к животным - консументов первого порядка, от них - к консументов второго и более высоких выбросов, а по мере гибели организмов или выделения ими останков - до редуцентов.

Особенностью преобразования энергии в экосистемах является ее односторонняя направленность - лучистая энергия, пройдя ряд преобразований, в значительной степени рассеивается в виде тепла. Таким образом, для нормального функционирования экосистемы необходимо постоянное и достаточное подача концентрированной энергии, способной превращаться в работу, при этом энтропия окружающей среды увеличивается, поэтому обязательно необходим сток тепловой энергии из экосистем.

Схема потоков энергии и вещества в экосистемах показана на рис.2.3.

Потоки энергии и вещества в экосистемах

Рис. 2.3. Потоки энергии и вещества в экосистемах:

1 - солнечный свет, 2 - поток веществ, из - тепловая энергия, З.Е. - Запасенная энергия, З.Р. - Запас вещества, П - продуценты, К - консументы, Р - редуценты.

Ряд организмов, в котором каждая предыдущая звено используется как корм для дальнейших называется трофической (пищевой) цепи.

Один из вариантов трофической цепи показан на рис. 2.4.

Длина трофической цепи, не может быть слишком большой. Она, как правило, не превышает пяти - семи уровней. Это обусловлено тем, что до каждого следующего организма трофической цепи переходит только малая доза энергии потребляемой на прежнем уровне, другая идет на поддержание жизненных процессов и значительная часть рассеивается в виде тепла. При переходе от одного звена трофической цепи в другую передается только 10-20% связанной энергии, а 80-90% ее рассеивается в виде тепла. Поэтому, общая масса живого вещества, следующей пищевой звена, резко уменьшается. В экологии соотношение численности организмов, их биомасс или связанной в биомассе энергии обычно изображают в форме экологических пирамид (рис. 2.5.)

Один из вариантов трофической цепи

Рис.2.4. Один из вариантов трофической цепи.

Различают экологические пирамиды численности (А), биомассы (Б) и энергии (В). В основе экологической пирамиды размещаются организмы первого трофического уровня. С точки зрения оценки общей эффективности экосистем наибольшую информацию дают экологические пирамиды энергии. Они отражают скорость образования биомассы и показывают сколько энергии содержится в каждом из трофических уровней за определенный период времени (обычно за год) .Живи организмы экосистем взаимосвязаны с окружающей средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биологические структуры и круговорот вещества между живой и неживой частями экосистемы.

Под биологическим коловращением понимается поступление химических элементов из почвы, атмосферы, гидросферы в живые организмы, создание их в процессе жизнедеятельности в сложные органические соединения и возвращение их затем в почву, атмосферу, гидросферу в процессе жизнелюбия с ежегодным опалом части органического вещества и переработки ее редуцентами - разложение на простые химические элементы.

Природные круговороты вещества - часть биологического круговорота, составленная обменными циклами химических веществ, тесно связанных с жизнью (главным образом углерода, воды, азота, фосфора, серы и биогенных катионов).

Экологические пирамиды

Рис.2.5. Экологические пирамиды.

(по ОДУМ, 1986): Л численность организмов, Б-количество биомассы организмов, В- количество связанной энергии.

Экосистемы будут нормально функционировать, если нет нарушений при прохождении энергии через трофические цепи и нормально функционируют биогеохимические круговорот вещества. Увеличение загрязнения атмосферы промышленными выбросами затрудняет усвоение солнечной энергии растениями, так как пылью "забиваются" их устьица, через которые происходит питание и газообмен. В результате, уменьшается количество пищи, а следовательно, и энергии, поступающей всем другим живым организмам, все большее их количество не сможет противостоять увеличению энтропии и погибнет. При определенных размерах этого процесса вся система может погибнуть.

Это только один пример негативного антропогенного воздействия на природу.

 
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее