Презентация Перемещение вещества и энергии в экосистемах

Рис.1 Лекция 5 Перемещение вещества и энергии в экосистемах Понятия экосистема и биогеоценоз Трофическая структура экосистем и круговорот веществ в них Пищевые цепи и трофические уровни Поток энергии и продуктивность экосистем

Рис.2 Экосистемы (А. Тенсли, 1935) - основные единицы природы т. е. любые природные или созданные человеком сообщества живых существ вместе со средой обитания, функционирующие как единое целое (лес, озеро, поле…) Главные признаки для экосистемы – это наличие круговорота веществ и потока энергии, которые обеспечивают ее относительную стабильность

Рис.3 Структура лесной экосистемы Структура лесной экосистемы

Рис.4 Биоценоз (от греч. био – живое, ценоз – сообщество) - совокупность всех взаимосвязанных растений, животных, микроорганизмов, проживающих на однородном участке суши или водоема (К. Мебиус, 1877) Биоценоз (от греч. био – живое, ценоз – сообщество) - совокупность всех взаимосвязанных растений, животных, микроорганизмов, проживающих на однородном участке суши или водоема (К. Мебиус, 1877) (например, водоросли, рыбы, лягушки, жуки, инфузории и т. д. , живущие в одном пруду)

Рис.5 Биотоп (био – живое, топос – место) занимаемое биоценозом пространство и вся неживая среда (земля, вода, воздух, свет, тепло…) Экосистема = биоценоз + биотоп

Рис.6 Биогеоценоз (В. Н. Сукачев, 1940-64) исторически сложившаяся наземная экосистема, объединяющая на основе обмена веществ, энергии и информации сообщество живых организмов (биоценоз) с пространственной совокупностью абиотических условий (биотоп) (участок леса, луга, степи…, но не озеро, поле, город…)

Рис.7 Схема биогеоценоза и взаимодействия между его компонентами (В. Н. Сукачев, 1940)

Рис.8 2. Трофическая структура экосистем и круговорот веществ в них (трофический – связанный с питанием)

Рис.9

Рис.10 Автотрофы – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ среды посредством процессов хемосинтеза и фотосинтеза (растения, часть бактерий) Автотрофы – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ среды посредством процессов хемосинтеза и фотосинтеза (растения, часть бактерий) В экосистеме они играют роль продуцентов. Продуценты – это автотрофные организмы, образующие первичную продукцию органического вещества в экосистеме из неорганического

Рис.11 Хемосинтез - использование для синтеза органических веществ энергии окисления водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа (хемоавтотрофные бактерии, в том числе нитрифицирующие, связанные с плодородием почвы)

Рис.12 Фотосинтез - это использование энергии солнечного света для синтеза глюкозы из углекислого газа и воды: свет 6 СО2 + 6 Н2О С6Н12О6 + 6О2

Рис.13 Роль продуцентов в том, что из простых неорганических соединений с низкой потенциальной энергией они создают сложные органические вещества с высокой потенциальной энергией. Они превращают энергию солнечного света в химическую и запасают ее.

Рис.14 В процессе дыхания энергия высвобождается, а затем используется для синтеза: С6Н12О6 + Н2О + N, Р, К  и др. биогены (вещества, входящие в состав живого)  белки, жиры, сложные углеводы, ДНК и т. д.

Рис.15 Гетеротрофы – организмы, питающиеся готовым органическим веществом других организмов или продуктов их жизнедеятельности (животные, грибы, большая часть бактерий)

Рис.16 Совмещение автотрофного и гетеротрофного питания у растений - редкость

Рис.17 Консументы – потребители готового органического вещества других организмов, превращающие его в органические вещества своего тела (животные, высшие грибы)

Рис.18 Консументы, питающиеся продуцентами – это первичные консументы = консументы 1-ого порядка = травоядные = фитофаги (слоны, зайцы, гусеницы, тли) Консументы, питающиеся продуцентами – это первичные консументы = консументы 1-ого порядка = травоядные = фитофаги (слоны, зайцы, гусеницы, тли) Консументы питающиеся консументами и убивающие жертву - это хищники = плотоядные = консументы 2-ого, 3-его и более высоких порядков (волки, ежи, орлы, синицы) Консументы, питающиеся консументами, но не убивающие жертву – это паразиты (комары, аскариды, насекомые-наездники)

Рис.19

Рис.20 Роль консументов в экосистеме: хищники и паразиты служат регуляторами биологического равновесия детритофаги измельчают крупные части детрита, ускоряя их микробное разложение

Рис.21 Редуценты (разлагатели) заканчивают разложение органических остатков, осуществляют их полную минерализацию и возвращают в окружающую среду СО2 , воду и минеральные элементы, которые снова могут использоваться продуцентами (бактерии, низшие грибы)

Рис.22 Схема круговорота веществ в экосистеме

Рис.23 3. Пищевые цепи и трофические уровни Пищевая цепь – последовательность групп организмов, где каждый предыдущий служит пищей для последующего

Рис.24 Трофический уровень - звенья пищевой цепи, равноудаленные от начала, то есть это - совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу энергию солнца через одинаковое число посредников

Рис.25

Рис.26

Рис.27 Трофические уровни Трофические уровни в арктической экосистеме

Рис.28 Пищевая сеть - схема всех пищевых связей между видами, входящими в сообщество

Рис.29 4. Поток энергии и продуктивность экосистем

Рис.30 Расход энергии на дыхание - окисление органических веществ, чтобы получить энергию, нужную для жизни (для синтеза других органических веществ, движения, поддержания температуры тела и т. д. )

Рис.31 Продукция любой экосистемы - это органическое вещество, в котором запасена энергия Продукция любой экосистемы - это органическое вещество, в котором запасена энергия Скорость накопления энергии (т. е. скорость производства продукции) называют продуктивностью и измеряют в джоулях, калориях или граммах органического вещества, запасенных в единицу времени на единице площади (или объема)

Рис.32 Виды продукции и продуктивности: Первичная – производится продуцентами Вторичная – производится консументами всех уровней

Рис.33

Рис.34 Биомасса > чистой годичной продуктивности Биомасса > чистой годичной продуктивности Биомасса = чистой годичной продуктивности Биомасса < чистой годичной продуктивности

Рис.35 Закон пирамиды энергий Р. Линдемана (правило 10%) В среднем, при переходе с одного трофического уровня на другой общая энергия уменьшается приблизительно в 10 раз

Рис.36 Различие экосистем по величине биологической продуктивности (Р. Уиттекер,1980) Очень высокой продуктивности >2 кг/м2 в год (тропические леса, посевы сахарного тростника и риса). К ним близки заросли тростника в дельтах Волги, Дона, Урала. Высокой продуктивности – 1-2 кг/м2 в год (липовые и дубовые леса, заросли тростника на озерах, посевы кукурузы и люцерны при орошении и удобрении) Средней продуктивности – 0,25-1 кг/м2 в год (сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, большинство наших посевов) Низкой продуктивности < 0,25 кг/м2 в год (тундры, пустыни, океан, выбитые скотом пастбища и горные степи на почвах глубиной  5 см) Средняя продуктивность экосистем Земли ≤0,3 кг/м2 в год

Рис.37 Выводы: Длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем (принцип формирования экосистем). Круговорот веществ в экосистеме поддерживается наличием в ней продуцентов, консументов и редуцентов. Основные каналы переноса энергии в экосистеме – это пищевые цепи. Основной источник пищи для человечества - первичная продукция агроэкосистем. Необходимо: увеличивать их биологическую продуктивность.