Категории

 

Круговорот биогенного вещества

Виды круговорота:

  • биохимический;

  • энергетический;

  • вещественный.

Биогеохимические циклы — это круговые движения химических элементов между организмами и природной средой. Общая схема круговорота биогенного вещества:

  1. фотосинтез органических веществ;

  2. их использование живыми организмами,

  3. редукция (возвращение) органических веществ в неорганические.

В процессе фотосинтеза органических веществ и роста тканей растений, т. е. жизнедеятельности продуцентов, используются энергия Солнца, вода и минеральные вещества: соединения углерода, азота, фосфора, кальция, натрия, калия и других элементов. Часть биомассы продуцентов, вода, кислород, некоторые минеральные вещества обеспечивают жизнедеятельность консументов 1 порядка — травоядных животных. Последние, вместе с рядом неорганических веществ — источник жизни консументов 2 порядка хищников. После гибели живых организмов их органические вещества попадают обратно в природную среду. Здесь они претерпевают различные превращения, перемещения и в итоге с помощью редуцентов минерализируются. Биогеохимические циклы носят круговой, примерно на 99% замкнутый характер. Иными словами они почти не имеют отходов. Один процент — это соединения углерода в земной коре (известняк, нефть, уголь), дополнительный кислород в воздухе.

Потоки энергии в экологических системах. Источником энергии для биосферы является Солнце. Ее количество, поглощаемое поверхностью Земли, уравновешивается энергией теплового излучения, что сохраняет тепловой баланс Земли почти на постоянном уровне.

В пределах биосферы, отдельной экосистемы из энергии солнца С примерно в 13 МДж/м2, падающей в среднем за день в зоне умеренного климата на поверхность Земли и на растения С1 лишь небольшая часть ее поглощается и превращается в продукцию фотосинтеза (рис. 1.1). Этот поглощаемый поток энергии соответствует первичней валовой продуктивности Пв, которая представляет суммарную продукцию фотосинтеза, включая вещество, расходуемое на дыхание Д: Пв = Пч + Д. Чистая первичная продуктивность Пч — это видимый продукт фотосинтеза, вещество, которое можно, например, взвесить при уборке урожая: Пч = Пв — Д.

Рис. 1.1. Схема преобразования потока энергии в простой пищевой цепи: С и С1 — солнечная энергия, падающая на поверхность Земли и на растения; Т — энергия, рассеиваемая в виде тепла; Пв, П1, П2 — энергия, затрачиваемая растениями, травоядными, хищниками; Д, Д1, Д2 — энергия, рассеиваемая ими при дыхании; К и К2 — энергия корма, потребляемого травоядными животными и хищниками; А1 и А2 — энергия, усваиваемая травоядными животными и хищниками при потреблении корма; Н — энергия биомассы, неиспользованной животными

Как видно из схемы, большая часть солнечной энергии С, падающей на поверхность Земли и на растения С1 рассеивается в виде тепла Т. Лишь часть ее поглощают растения и аккумулируют частично в виде чистой продукции фотосинтеза Пч, а частично тратят на дыхание Д, включая потери тепла. В сумме они составляют энергию, затраченную на получение первичной валовой продукции: Пв = Пч+Д.

Часть чистой продукции продуцентов Пч служит кормом К травоядным животным, обеспечивая их вещественные и энергетические потребности. Остальная неиспользованная часть Н отмирает и поступает в почву в пищу биоредуцентам. Из корма К животные ассимилируют лишь количество вещества А1, из которого часть идет на создание биомассы П1 (вторичная продуктивность травоядных), а часть — на дыхание Д1, включая потери тепла.

Хищники не истребляют всех травоядных животных. Из общей биомассы травоядных П1 они используют на корм долю К2, которая частично ими усваивается (А2), частично идет в отходы Н. Часть усвоенного вещества А2 представляет собой биомассу П2, часть затрачивается на дыхательную энергию Д 2: А2 = П2 + Д 2.

Энергия биогенного вещества расходуется на получение биомассы редуцентов и их дыхание, включая потери на тепло. Биомасса редуцентов, как и продуцентов и консументов, в конечном итоге минерализуется и выделяющееся при этом тепло рассеивается.

Из приведенной шкалы энергии (рис. 1.1) следует, что из солнечной энергии С1 « 6000 кДж (для умеренного климата) в энергию пищи превращается лишь около 1%, ~50 кДж. Это приблизительное значение эффективности фотосинтеза.

Вторичная продукция уровней потребления П\ и П2 составляет 5-10% предыдущей, т.е. на последующий уровень передается около 5-10% энергии. Это примерное значение эффективности потока энергии Э в природе по цепям питания. Так, Э2 = (А2 /А1)-100%. Оно означает, что биомасса хищников будет меньше биомассы травоядных в 10-20 раз, а растений — в 100-400 раз. Эта эффективность определяет численность животных в природе.

Экологические пирамиды. Экологическую эффективность продуктивности уровней потребления в экосистеме выразим в виде экологических пирамид, т.е. в виде фигур, расположенных одна над другой, размеры которых иллюстрируют численность особей, продуктивность и энергетические затраты каждого уровня (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Экологические пирамиды цепи: люцерна-телята-мальчик


Похожие статьи