Биогеохимические круговороты веществ
Масштабные процессы перемещения химических элементов в биосфере изучает биогеохимия. Циклы классифицируются в зависимости от того, где находится основной резервный фонд элемента:
- Круговорот воды: самостоятельный цикл перемещения влаги в природе.
- Круговороты газообразных веществ: резервным фондом выступает атмосфера или гидросфера. Сюда относятся циклы углерода, азота и кислорода.
- Осадочные циклы: резервный фонд сосредоточен в земной коре. К этой группе принадлежат круговороты фосфора, кальция, железа.
Структурные компоненты экосистемы
Для того чтобы экосистема могла стабильно существовать, в ней должно происходить четкое разделение ролей. Ни один вид в одиночку не способен поддерживать жизненный цикл. Экосистема включает четыре обязательных компонента:
- Абиотическая среда — комплекс природно-климатических факторов. Включает почву, воздух, воду, минеральные соединения и солнечный свет.
- Организмы-продуценты — создатели органики. Путем фотосинтеза или хемосинтеза они превращают неорганические вещества в органические.
- Организмы-консументы — потребители готовой органики. Делятся на консументов 1-го порядка (растительноядные животные) и консументов 2-го, 3-го и высших порядков (хищники).
- Организмы-редуценты — разрушители. Питаются мертвыми остатками, разлагая их до минеральных компонентов. К ним относятся макроорганизмы (черви, членистоногие) и микроорганизмы (грибы, бактерии на конечных стадиях разложения).
Функциональная организация: энергия и вещества
Полноценная работа экосистемы базируется на двух ключевых процессах:
- Поток энергии (однонаправленный). Исходным источником служит солнечная энергия, которую улавливают продуценты. Далее она передается по пищевой цепи (травоядные $\rightarrow$ хищники). На каждом трофическом уровне часть энергии безвозвратно теряется в виде тепла при дыхании организмов.
- Круговорот веществ (циклический). Отходы жизнедеятельности и неиспользованная органика от всех уровней достаются детритофагам и редуцентам. Они перерабатывают субстрат и возвращают минеральные вещества в доступной для продуцентов форме обратно в биотоп. Круг замыкается.
Взаимодействие этих групп позволяет экосистеме выполнять четыре главные функции: синтезировать органическое вещество, разрушать его, поддерживать поток энергии и осуществлять биогеохимические циклы.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Каковы основные этапы круговорота азота в биосфере?
Основные этапы круговорота азота в биосфере включают процессы связывания, преобразования и высвобождения азота при участии микроорганизмов. Выделяют следующие этапы:
- Азотфиксация — связывание атмосферного азота.
- Аммонификация — образование аммиака при разрушении белка микроорганизмами; превращение органических веществ в аммонийные соединения.
- Нитрификация — образование нитритов и нитратов при распаде органических веществ в процессе окисления аммиака до азотистой и азотной кислот.
- Денитрификация — восстановление нитратов с выделением свободного азота.
В чем суть правила 10 процентов (закона Линдемана) при передаче энергии по пищевой цепи?
Суть правила 10 процентов (закона Линдемана) заключается в том, что с одного трофического уровня на другой переходит в среднем только 10% энергии. Энергия в экосистемах не циркулирует, а течет в одном направлении и постепенно рассеивается в виде тепла. Из-за того, что к концу пищевой цепи энергия иссякает, длина таких цепей обычно составляет всего 3–5 звеньев.
Какие существуют виды экологических пирамид?
Существуют три основных вида экологических пирамид, которые служат для наглядного отображения эффективности функционирования экосистем и соотношения трофических уровней. Выделяют следующие виды:
- Пирамида чисел (численности) — демонстрирует количество особей на каждом уровне.
- Пирамида биомассы — демонстрирует суммарную массу живого вещества.
- Пирамида энергии — демонстрирует поток энергии (в калориях) и эффективность ее использования.
Чтобы легко запомнить роли живых организмов, представьте завод: Продуценты — производят продукцию (синтезируют органику), Консументы — потребляют её, а Редуценты — редуцируют (утилизируют отходы и возвращают сырье на конвейер).
Вопросы с занятий и экзамена
В чем разница между биоценозом и биотопом?
Биоценоз (от лат. bios — жизнь, koinos — вместе) — это совокупность взаимодействующих живых организмов. Биотоп (от лат. topos — место) — это физическое пространство или территория, где этот биоценоз обитает.
Почему круговорот веществ замкнутый, а поток энергии — нет?
Вещества постоянно циркулируют между живыми организмами и средой благодаря работе редуцентов. Энергия же поступает извне (от Солнца) и постепенно расходуется, рассеиваясь в виде тепла при дыхании на каждом трофическом уровне.
Какую роль играют редуценты в биосфере?
Редуценты замыкают круговороты веществ. Они расщепляют мертвые органические останки до простых минеральных соединений, возвращая их в биотоп, чтобы продуценты могли снова их использовать.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы фотосинтеза и хемосинтеза у продуцентов
- Классификация консументов и пищевые цепи
- Осадочные биогеохимические циклы (фосфор, кальций, железо)
- Газообразные биогеохимические циклы (углерод, азот, кислород)
- Отличия макро- и микроредуцентов в процессе деструкции
Разберите тему целиком в курсе «Биология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Экосистема и структура биосферы» и ещё 3 793 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 124 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Общая экология»
Бесплатные видеоуроки: биологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.