Циклус на материјата и енергијата во биосферата. Биогеохемиски циклуси (биогеохемиски циклуси) - циклични метаболички процеси помеѓу различни компоненти на биосферата, предизвикани од виталната активност на организмите

Ориз. 8. Шема на биолошки циклус

Сите процеси на Земјата во почетната фаза се обезбедени од енергијата на Сонцето. Нашата планета добива 4–5·10 13 kcal/s од Сонцето. Само 0,1-0,2% од сончевата енергија се апсорбира од растенијата, но оваа енергија прави огромна работа: ги „почнува“ процесите на биосинтеза и се трансформира во енергија на хемиските врски на синтетизираните органски материи. Биогените елементи, за разлика од енергијата, се задржуваат во екосистемот, каде што поминуваат низ континуиран циклус, во кој учествуваат и живите организми и физичката средина.

Бидејќи растенијата и животните можат да користат само хранливи материи кои се наоѓаат на или во близина на површината на Земјата, за зачувување на животот потребно е супстанциите асимилирани од живите организми на крајот да станат достапни за другите организми.

Секој хемиски елемент, правејќи циклус во екосистемот, следи свој посебен пат, но сите циклуси се во движење со енергија, а елементите кои учествуваат во нив наизменично преминуваат од органска во неорганска форма и обратно. .

Енергијата на Сонцето предизвикува движење на два циклуса - големи геолошки и мали биолошки. Голем или геолошки циклус– циркулација на материи во системот: геохемиски тек на земјиште – хидрографска мрежа – океан – воздушни маси – аеросоли – геохемиски тек на копно. Најјасно се манифестира во водниот циклус и атмосферската циркулација. Мали, биолошки(биотик), – навлегување на хемиски елементи од почвата и атмосферата во живите организми; трансформацијата на влезните елементи во нови сложени соединенија и нивно враќање во почвата и атмосферата во процесот на животна активност со годишното паѓање на дел од органската материја или со целосно мртви организми кои се дел од екосистемот.

И двата циклуса се меѓусебно поврзани и претставуваат единствен процес на движење на материјата на нашата планета.

Како што е забележано во предавањата 1-5, секој екосистем (главната структурна единица на биосферата) се карактеризира со постојана размена на материја, енергија и информации помеѓу неговите поединечни компоненти. Размената на хранливи материи помеѓу живите организми и неживите компоненти е избалансирана во повеќето заедници. Екосистемот може да се замисли како низа блокови низ кои минуваат разни супстанции и во кои овие супстанции можат да останат долго време. Во повеќето случаи, циклусите на минералните материи во екосистемот вклучуваат три активни блокови: живи организми, мртви органски остатоци и достапни неоргански супстанции. Два дополнителни блока - индиректно достапни неоргански супстанции и органски супстанции кои таложат - се поврзани со циклусите на хранливи материи во некои периферни области, но размената помеѓу овие блокови и остатокот од екосистемот е бавна во споредба со размената што се случува помеѓу активните блокови.

Живите организми и биосферата како целина се состојат од истите хемиски елементи кои се наоѓаат во околината. За синтеза на биомаса потребни се околу 40 елементи, од кои најважни се јаглеродот, азот, кислородот, водородот, фосфорот и сулфурот. Тие се нарекуваат биогени елементи. Главната биомаса доаѓа од јаглерод, кислород и водород. Тие сочинуваат 99,9% од тежината на живите организми, формираат 99% од тежината на целата кора на нашата планета и со тоа обезбедуваат одржливост на животот на Земјата. Сите други хемиски елементи се во дисперзирана состојба. Најголем дел од тежината на живите организми доаѓа од O 2 и C. Тие сочинуваат од 50 до 90% од нивната сува апсолутна тежина.

Биогени елементи, наизменично поминувајќи од живата материја
во неоргански, учествуваат во различни биогеохемиски циклуси.

Биогеохемиски циклуси– циклус на хемиски елементи: од неорганска природа преку растителни и животински организми назад кон неорганска природа. Тоа се постигнува со користење на сончевата енергија и енергијата на хемиските реакции.

Според закон за биогена миграција на атомите од V. I. Vernadsky„миграција на хемиски елементи на површината на земјата и во биосферата
генерално се спроведува или со директно учество на жива материја (биогена миграција), или се јавува во средина чии геохемиски карактеристики се одредени од живата материја, и онаа што моментално ја населува биосферата и она што дејствува на Земјата во текот на целата геолошка приказни“.

Биогеохемиските циклуси можат да се поделат во две групи:

циклусот на гасови во кои атмосферата служи како главен резервоар на елементот (јаглерод, азот, кислород, вода);

седиментни циклуси, чии елементи во цврста состојба се дел од седиментни карпи (фосфор, сулфур и сл.).

Размената на хранливи материи помеѓу живите организми и неорганската средина е избалансирана во повеќето заедници.

Како резултат на тоа, количината на биомаса на жива материја во биосферата на Земјата има тенденција да биде донекаде константна. Биомасата на биосферата (2,10,12 g) е седум реда по големина помала од масата на земјината кора (2,10,19 t). Растенијата на Земјата годишно произведуваат органска материја еднаква на 1,6 10 11 тони, или 8% од биомасата на биосферата. Деструкторите, кои сочинуваат помалку од 1% од вкупната биомаса на организмите на планетата, обработуваат маса на органска материја која е 10 пати поголема од нивната биомаса. Во просек, периодот на обновување на биомасата е 12,5 години.

Постоењето на биогени циклуси создава можност за саморегулација (хомеостаза) на системот, што на екосистемот му дава стабилност - постојаност на процентуалната содржина на различни елементи. Така, се применува основниот принцип на функционирање на екосистемите: стекнувањето ресурси и отстранувањето на отпадот се случува во рамките на циклусот на сите елементи.

Да ги разгледаме подетално циклусите на главните хранливи материи. Да почнеме со циклусот на водата, бидејќи тој игра клучна улога во движењето на кислородот и водородот во екосистемите. Организмите брзо губат вода преку испарување и излачување; во текот на животот на поединецот, водата содржана во телото може да се обнови стотици и илјадници пати.

Циклусот на водата

Циклусот на водата- една од главните компоненти на абиотската циркулација на супстанции, го вклучува преминот на водата од течна во гасовита и цврста состојба и назад (сл. 9). Ги има сите главни карактеристики на другите циклуси - исто така е приближно избалансиран на скалата на целата земјина топка и е управуван од енергија. Циклусот на водата е најзначајниот циклус на Земјата во однос на пренос на маса и потрошувачка на енергија. Секоја секунда во него се вклучени 16,5 милиони m3 вода и за тоа се трошат повеќе од 40 милијарди MW сончева енергија.

Ориз. 9. Циклусот на водата во природата

Главните процеси кои обезбедуваат циклус на вода се: инфилтрација, испарување, истекување:

1. Инфилтрација - испарување - транспирација: водата се апсорбира од почвата, се задржува како капиларна вода, а потоа се враќа во атмосферата, испарувајќи од површината на земјата или се апсорбира од растенијата и се ослободува како пареа за време на транспирацијата;

2. Површински и подземен тек: водата станува дел од површинските води. Движење на подземните води: Водата влегува и се движи низ земјата, хранејќи ги бунарите и изворите, пред повторно да влезе во системот на површинските води.

Така, циклусот на водата може да се претстави во форма на две енергетски патеки: горната патека (испарување) е управувана од сончевата енергија, долната патека (врнежите) дава енергија на езерата, реките, мочуриштата, другите екосистеми и директно на луѓето, на пример, на хидроцентрали. Човечките активности имаат огромно влијание врз глобалниот воден циклус, што може да ги промени времето и климата. Како резултат на покривање на површината на земјата со материјали непропустливи за вода, изградба на системи за наводнување, набивање обработливо земјиште, уништување шуми итн., протокот на вода во океанот се зголемува и надополнувањето на подземните води се намалува. Во многу суви области, луѓето ги испумпуваат овие резервоари побрзо отколку што се полнат.
Во Русија се истражени 3.367 наоѓалишта на подземни води за водоснабдување и наводнување на земјиштето. Експлоатирачките резерви на истражените наоѓалишта се 28,5 km 3/год. Степенот на развој на овие резерви во Руската Федерација не е повеќе од 33%, а во функција се 1.610 депозити.

Особеноста на циклусот е што повеќе вода испарува од океанот (приближно 3,8 10 14 тони) отколку што се враќа со врнежи (приближно 3,4 10 14 тони). На копно, напротив, повеќе врнежи паѓаат (приближно 1,0 10 14 t) отколку што испаруваат (вкупно околу 0,6 10 14 t). Бидејќи повеќе вода испарува од океанот отколку што се враќа, голем дел од седиментот што го користат копнените екосистеми, вклучително и агроекосистемите кои произведуваат човечка храна, се состои од испарување на вода од морето. Вишокот вода од копното се влева во езерата и реките, а од таму назад во океанот. Според постоечките проценки, слатките водни тела (езера и реки) содржат 0,25 10 14 тони вода, а годишниот проток е 0,2 10 14 тони. Така, времето на промет на свежа вода е приближно една година. Разликата помеѓу количеството на врнежи што паѓа на копното годишно (1,0 10 14 t) и истекувањето (0,2 10 14 t) е 0,8 10 14 t, кое испарува и влегува во водоносни слоеви на подпочвата. Површинскиот истек делумно ги надополнува резервоарите на подземните води и самиот се надополнува од нив.

Атмосферските врнежи се главната алка во циркулацијата на влагата и во голема мера го одредуваат хидролошкиот режим на копнените екосистеми. Нивната распространетост низ територијата, особено на планините, е нерамномерна, што се должи на карактеристиките на атмосферските процеси и на основната површина. На пример, за отворените шуми-тундра во шумската провинција Путорана во Централен Сибир, годишната количина на врнежи е
617 mm, за северните шуми на тајгата на шумскиот округ Долна Тунгуска - 548, а за јужните шуми на тајгата од регионот Ангара се намалува на 465 mm (Табела 2).

Испарувањето има едно од водечките места. Со доаѓањето на животот на Земјата, циклусот на водата стана релативно сложен, бидејќи физичкиот феномен на претворање на водата во пареа беше дополнет со процесот на биолошко испарување поврзан со животот на растенијата и животните - транспирација. Заедно со врнежите и истекувањето, евапотранспирацијата, која вклучува испарување на пресретнати врнежи, транспирација на влага од растенија и испарување на подкрошна, е главната расходна ставка на водниот биланс, особено во шумските екосистеми. На пример,
во тропска прашума, количината на вода испарувана од растенијата достигнува 7000 m3/km2 годишно, додека во савана на иста географска широчина и надморска височина од истото подрачје не надминува 3000 m3/km2 годишно.

Вегетацијата воопшто игра значајна улога во испарувањето на водата, а со тоа влијае на климата на регионите. Стапката на евапотранспирација зависи од рамнотежата на радијацијата и различната продуктивност на вегетацијата. Како што може да се види од табелата. 2, со зголемување на надземната фитомаса поради поголемо испарување на пресретнати седименти и потрошувачка на влага од транспирација, вкупното испарување се зголемува.

табела 2

Евапотранспирација на шумските екосистеми на меридијанот Јенисеј

* – Ведрова и други (од книгата Шумски екосистеми на меридијанот Јенисеј, 2002 година);

**, *** – Буренина и други (ibid.).

Покрај тоа, повисоката вегетација врши функција за заштита на водата и регулирање на водата која е многу важна за копнените екосистеми: ги ублажува поплавите, ја задржува влагата во почвите и го спречува нивното сушење и ерозија. На пример, кога се случува уништување на шумите, во некои случаи се зголемува веројатноста за поплавување и преплавување на територијата, во други, процесот на запирање на транспирацијата може да доведе до „сушење“ на климата. Уништувањето на шумите негативно влијае на подземните води, намалувајќи ја способноста на областа да ги задржи врнежите. На некои места, шумите помагаат да се надополнат водоносните слоеви, иако во повеќето случаи шумите всушност ги исцедуваат.

Табела 3

Пропорција на свежа и солена вода на Земјата

Вкупните резерви на вода на Земјата се проценуваат на приближно 1,5 до 2,5 милијарди km 3 . Солената вода сочинува околу 97% од волуменот на водената маса, а Светскиот океан сочинува 96,5% (Табела 3). Волуменот на свежа вода, според различни проценки, е 35-37 милиони km 3, или 2,5-2,7% од вкупните резерви на вода на Земјата. Најголем дел од слатката вода (68-70%) е концентрирана во глечерите и снежната покривка (според Рајмерс, 1990).

Супстанциите влегуваат во живите организми од почвата, воздухот и водата. Водата испарува од океаните и се издигнува до слоевите на атмосферата, формирајќи дожд. Зелените растенија ја користат водата што влегува во почвата. Додека ги одржуваат своите витални функции, тие истовремено го ослободуваат кислородот неопходен за живот. Во исто време, без изложеност на кислород, процесите на распаѓање и гнили на растенијата не можеа да се случат. Како се вика овој маѓепсан круг што го овозможува животот на Земјата и кои се неговите карактеристики?

Главниот концепт на екологијата

Биолошкиот циклус е циркулација на хемиски елементи кои настанале истовремено со настанокот на животот на нашата планета, а кој се јавува со учество на живи организми.

Моделите својствени за циклусот на супстанции ги решаваат главните проблеми за одржување на животот на Земјата. На крајот на краиштата, резервите на хранливи материи на целата површина на Земјата не се неограничени, иако се огромни. Ако овие резерви ги консумираат само живите суштества, тогаш во еден момент животот ќе мора да заврши. Научникот Р. Вилијамс напишал: „Единствениот метод што дозволува ограничено количество да има својство на бесконечност е да го натерате да ротира по патеката на затворена крива линија“. Самиот живот нареди дека овој метод треба да се користи на Земјата. Органската материја ја создаваат зелените растенија, додека незелената материја се разградува.

Во биолошкиот циклус, секој вид на живи суштества го зазема своето место. Главниот парадокс на животот е тоа што тој се одржува преку процеси на уништување и постојано распаѓање. Сложените органски соединенија се уништуваат порано или подоцна. Овој процес е придружен со ослободување на енергија и губење на информации карактеристични за жив организам. Микроорганизмите играат огромна улога во биолошкиот циклус на супстанции и развојот на животот - со нивно учество се вклучува секоја форма на живот во биотскиот циклус.

Врски на биосинџирот

Микроорганизмите имаат две својства кои им овозможуваат да заземат толку важно место во кругот на животот. Прво, тие можат многу брзо да се прилагодат на променливите услови на животната средина. Второ, тие можат да користат широк спектар на супстанции, вклучително и јаглерод, за да ги надополнат енергетските резерви. Ниту еден од повисоките организми не поседува такви својства. Тие постојат само како надградба над основната основа на царството на микроорганизми.

Поединци и видови од различни биолошки класи се врски во циклусот на супстанции. Тие, исто така, комуницираат едни со други користејќи различни типови на врски. Циклусот на супстанции на планетарна скала вклучува приватни биолошки циклуси во природата. Тие се вршат главно преку синџирите на исхрана.

Опасни жители на домашна прашина

Сапрофитите, постојаните „жители“ на домашната прашина, исто така играат значајна улога во биолошкиот циклус. Тие се хранат со различни материи кои се дел од домашната прашина. Во исто време, сапрофитите произведуваат прилично токсични измет, кои предизвикуваат алергии.

Кои се овие суштества невидливи за човечкото око? Сапрофитите припаѓаат на семејството на арахнидите. Тие ја придружуваат личноста во текот на неговиот живот. На крајот на краиштата, грините се хранат со домашна прашина, која ја вклучува и човечката кожа. Научниците веруваат дека сапрофитите некогаш биле жители на птичји гнезда, а потоа „се преселиле“ во човечки домови.

Прашинските грини, кои играат голема улога во биолошкиот промет, имаат многу мали димензии - од 0,1 до 0,5 мм. Но, тие се толку активни што за само 4 месеци една прашина може да снесе околу 300 јајца. Еден грам домашна прашина може да содржи неколку илјади грини. Невозможно е да се замисли колку прашински грини може да има во една куќа, бидејќи се верува дека во човечки дом може да се акумулира до 40 килограми прашина за една година.

Возете велосипед во шумата

Во шумата, биолошкиот циклус е најмоќен поради навлегувањето на корените на дрвјата во длабочините на почвата. Првата алка во овој промет обично се смета за таканаречена врска на ризосферата. Ризосферата е тенок (3 до 5 мм) слој почва околу дрвото. Почвата околу корените на дрвото (или „почвата на ризосферата“) е типично многу богата со коренски ексудати и разни микроорганизми. Врската на ризосферата е еден вид порта помеѓу живата и неживата природа.

Врската на потрошувачката е во корените, кои ги апсорбираат минералите од почвата. Некои од супстанциите се мијат назад во почвата со врнежи, но повеќето хранливи материи се враќаат во текот на два процеса - ѓубре и распаѓање.

Улогата на ѓубре и отпад

Отпадоците и отпадоците имаат различни значења во биолошкиот циклус на супстанциите. Отпадоците вклучуваат конуси, гранки, лисја и остатоци од трева. Истражувачите не вклучуваат дрвја во ѓубре - тие се класифицирани како отпадоци. Распаѓањето може да потрае со децении за да се распадне. Понекогаш ѓубрето може да послужи како материјал за храна за други видови дрвја - но само откако ќе достигне одредена фаза на распаѓање. Отпадот содржи многу супстанции кои припаѓаат на класата на пепел. Тие полека влегуваат во почвата и растенијата ги користат за понатамошен живот.

Од што зависи ѓубрето?

Отпадоците имаат малку поинакво значење во биолошкиот циклус. Во рок од една година, целиот негов волумен поминува во слојот на ѓубрето и се подложува на целосно распаѓање. Елементите на пепел многу побрзо влегуваат во биотската циркулација. Меѓутоа, всушност, ѓубрето е дел од биолошкиот промет веќе кога лисјата се на дрвото. Стапката на отпадоци зависи од многу фактори: климата, времето во тековните и претходните години и бројот на инсекти. Во шумата-тундра достигнува неколку центири, во шумите се мери во тони. Најголемо количество ѓубре во шумите се јавува во пролет и есен. Оваа бројка исто така варира во зависност од годината.

Што се однесува до органскиот состав на иглите и листовите, тие се подложени на истите промени во текот на циклусот. За разлика од ѓубрето, зелените листови обично се богати со фосфор, калиум и азот. Ѓубрето, по правило, е богато со калциум. Инсектите и животните имаат големо влијание врз биолошкиот циклус. На пример, инсектите што јадат лисја може значително да го забрзаат. Сепак, најголемо влијание врз стапката на обрт имаат животните за време на распаѓањето на отпадот. Ларвите и црвите го јадат и го дробат ѓубрето и го мешаат со горните слоеви на почвата.

Фотосинтеза во природата

Растенијата можат да ја користат сончевата светлина за да ги надополнат енергетските резерви. Тие го прават тоа во две фази. Во првата фаза, светлината е заробена од лисјата; во втората, енергијата се користи за процесот на секвестрација на јаглерод и формирање на органски материи. Биолозите ги нарекуваат зелените растенија автотрофни. Тие се основа за живот на целата планета. Автотрофите се од големо значење во фотосинтезата и биолошката циркулација. Тие ја претвораат енергијата од сончевата светлина во складирана енергија преку формирање на јаглени хидрати. Најважен од нив е шеќерната гликоза. Овој процес се нарекува фотосинтеза. Живите организми од други класи можат да пристапат до сончевата енергија јадејќи растенија. Така, се појавува синџир на исхрана кој обезбедува циркулација на супстанции.

Модели на фотосинтеза

И покрај важноста на процесот на фотосинтеза, тој остана неистражен долго време. Само на почетокот на 20 век, англискиот научник Фредерик Блекман изврши неколку експерименти со помош на кои беше можно да се воспостави овој процес. Научникот откри и некои модели на фотосинтеза: се покажа дека таа започнува при слаба осветленост, постепено се зголемува со тековите на светлината. Сепак, ова се случува само до одредено ниво, по што зголемената светлина повеќе не ја забрзува фотосинтезата. Блекман, исто така, откри дека постепеното зголемување на температурата со зголемување на светлината промовира фотосинтеза. Зголемувањето на температурата при слаба осветленост не го забрзува овој процес, ниту пак зголемувањето на светлината при ниска температура.

Процесот на претворање на светлината во јаглехидрати

Фотосинтезата започнува со процесот на фотоните од сончевата светлина да ги погодат молекулите на хлорофилот лоцирани во лисјата на растенијата. Токму хлорофилот им дава зелена боја на растенијата. Зафаќањето енергија се случува во две фази, кои биолозите ги нарекуваат Photosystem I и Photosystem II. Интересно е тоа што бројките на овие фотосистеми го одразуваат редоследот по кој научниците ги откриле. Ова е една од необичностите во науката, бидејќи реакциите прво се случуваат во вториот фотосистем, а дури потоа во првиот.

Фотон од сончева светлина се судира со 200-400 молекули на хлорофил лоцирани во листот. Во овој случај, енергијата нагло се зголемува и се пренесува на молекулата на хлорофилот. Овој процес е придружен со хемиска реакција: молекулата на хлорофил губи два електрони (тие, пак, се прифатени од таканаречениот „акцептор на електрони“, друга молекула). И, исто така, кога фотон се судира со хлорофил, се формира вода. Циклусот во кој сончевата светлина се претвора во јаглени хидрати се нарекува циклус Калвин. Важноста на фотосинтезата и биолошкиот циклус на супстанции не може да се потцени - благодарение на овие процеси е достапен кислородот на земјата. Минералните ресурси добиени од луѓето - тресет, масло - се исто така носители на енергија складирана за време на процесот на фотосинтеза.

Од самиот почеток на постоењето на нашата планета, постојано се случуваат различни процеси на пренос на енергија помеѓу живите организми и животната средина. Се преобразува, оди во други форми, повторно се врзува и растура. Истото може да се каже и за секоја супстанција што ја формира основата на животот. Секој од нив поминува низ многу случаи, претрпува повеќекратни промени и на крајот се враќа.

Овие процеси даваат идеја за тоа каков е циклусот на супстанции во природата. Тие ви овозможуваат да го следите движењето на не само врските, туку и поединечните елементи. Ајде да се обидеме да го разбереме ова прашање подетално.

Општ концепт на циклусот на супстанции

Каков е циклусот на супстанции? Ова се циклични премини од една форма во друга, придружени со делумно губење или дисперзија, но со постојана, стабилна природа. Односно, секоја супстанција или елемент претрпува низа транзиции во фази, трансформирајќи се и менувајќи се, но на крајот сепак се враќа во првобитната форма.

Секако, со текот на времето може да има делумни загуби во количината на соединението или елементот за кој станува збор. Сепак, општата шема е константна и е зачувана многу милениуми.

Каков е циклусот на супстанции може да се види со помош на пример. Наједноставниот од нив е трансформацијата на органски материи. Првично, сите повеќеклеточни живи суштества се состојат од нив. По завршувањето на нивниот животен циклус, нивните тела се разградуваат од специјални организми, а органските соединенија се претвораат во неоргански. Овие соединенија потоа се апсорбираат од други суштества и се враќаат во нивната органска форма во нивните тела. Потоа процесот се повторува и продолжува циклично цело време.

Дијаграмот на циклусот на супстанции во природата јасно покажува дека ништо не произлегува од никаде и исчезнува во никаде. Сè има свој почеток, крај и преодни форми. Ова се основните правила на животот. Енергијата е контролирана од нив. Ајде да разгледаме примери на трансформации што се случуваат во екосистемите и живите суштества. Исто така, ќе разбереме каков циклус на супстанции се заснова на еден специфичен елемент.

Жива материја во природата

Најважната супстанција на биосферата е живата. Што е тоа? Ова е секој претставник на дивиот свет. Заедно тие формираат биомаса. Тој природно трпи промени и е учесник во сите процеси што се случуваат во околината.

Циркулацијата на живата материја може да се илустрира со следниот пример.

Првите суштества кои директно ја доловуваат енергијата на сончевата светлина и ја претвораат во енергија на хемиски врски се растенијата и сино-зелените бактерии. Ова се случува поради пигментот хлорофил за време на фотосинтезата. Резултатот е синтеза на органска материја од неоргански компоненти. Така е формирана првата алка меѓу живата материја на биосферата.
Следуваат животни кои се способни директно да се хранат со растенија. И, исто така, сештојади, кои ги вклучуваат луѓето. Тие ја консумираат првата алка и ја претвораат органската материја во себе во друга форма - неорганска.
Тревојадните суштества се предмет на јадење од месојадни животни. Така супстанциите преминуваат во други организми.
Следуваат оние организми кои се способни да се хранат со месојадни форми. Врвни предатори. Тие се последната алка во циркулацијата на органската материја. Откако ќе изумрат, во игра влегуваат следните организми.
Детритивори се микроорганизми, габи, протозои кои ги разградуваат мртвите остатоци од живите суштества и ги претвораат сите супстанции во неорганска форма.
Овие соединенија (јаглерод диоксид, вода, минерални соли) повторно ги користат растенијата во процесот на создавање органски соединенија.

Така, дадениот дијаграм на циклусот на супстанции во природата ги одразува трансформациите на живата компонента на биосферата. Сè започнува со растенијата и завршува со нив. Целосен цикличен процес кој има многу гранки и сложени кадрици.

Циклус на супстанции во екосистемот

Секој екосистем е цела заедница на различни организми, обединети со сложени нутритивни односи, а исто така под влијание на слични услови на животната средина.

Циркулацијата на супстанции во екосистемот е предмет на одредени еколошки закони. Така, задолжителна е строга подреденост по синџирот на исхрана. Размена на енергија, супстанции, циркулација на многу елементи - сето тоа се случува помеѓу поединци во рамките на дадена еколошка група.

Покрај тоа, сите тие се поделени во неколку групи:

производители;
потрошувачи од прв ред;
потрошувачи од втор ред;
потрошувачи од трет ред;
сештојади организми;
разградувачи или детритивори.

Циклусот на супстанции може да изгледа вака:

растението (производителот) произведува органска материја;
(потрошувач од прв ред) го трансформира во неорганска и друга органска материја;
месојад (потрошувач од втор ред) се претвора во друга органска материја;
врвниот предатор (потрошувач од трет ред) повторно делумно го дисипира во форма на топлина, а делумно го концентрира во форма на внатрешни органски материи;
микроорганизми, како што се бактерии, габи и други (разградувачи или детритивори), ги разложуваат мртвите остатоци од животните и формираат маса од неоргански соединенија;
растенијата апсорбираат неорганска материја и повторно создаваат голем број важни органски соединенија во процесот на фотосинтеза, односно произведуваат.

Екосистемски супстанции

Очигледно е дека во еден екосистем постојат два главни типа на материја во блиска интеракција: органска и неорганска. Од органски тоа е:

протеини;
масти;
јаглехидрати.

Неорганските соединенија се како што следува:

вода;
јаглерод диоксид;
минерални соли;
голем број важни макронутриенти.

Многу важен услов за нормално функционирање на секој екосистем е постојан прилив на сончева енергија. На крајот на краиштата, растенијата можат да вршат фотосинтеза само под оваа состојба. Покрај тоа, енергијата содржана во хемиските врски на соединенијата се троши во форма на топлина во прилично големи количини. Затоа, супстанциите не можат да циркулираат во непроменета состојба без загуба.

Шема на циклус на супстанции во ливадата

Ливадата е посебна, на крајот на краиштата, има некои разлики од сите други, на пример, од шумската. Кои се овие разлики?

На ливадата доминира само тревната вегетација, составена од повеќегодишни и едногодишни ниски треви. Сепак, тие се разликуваат едни од други. Оние кои се посветлољубиви се високи, додека оние кои можат да живеат во сенка се ниски.
Во оваа заедница нема големи претставници на животинскиот свет. Ова се должи на фактот дека тие едноставно нема да имаат каде да се сокријат, бидејќи нема дрвја.
Периодично, при обилни дождови, целата област на ливадата е поплавена со вода. Оттука и нивното друго име - желено или рефус. Не можат сите живи суштества да постојат во такви услови.

Ако зборуваме за сличностите помеѓу ливадските и шумските заедници, на пример, тогаш треба да се истакне главната карактеристика: и двете територии се населени со претставници на растенија, инсекти, глодари, птици, влекачи, водоземци и цицачи.

Циклусот на супстанции во ливадата може да изгледа вака:

минерали и вода што растението ги троши директно од земја;
инсекти кои ги опрашуваат цвеќињата и им дозволуваат да се размножуваат додека се хранат со нектар, односно со органска материја што ја произведува растението;
птици и цицачи кои јадат инсекти и растенија, односно консумираат органска материја;
микроорганизми кои разградуваат мртви остатоци од растенија и животни и ослободуваат неоргански материи (минерални соли, вода, јаглерод диоксид).

Пример за ливадско вртење

Сите врски наведени во примерот се важни. Циркулацијата на материи во ливадата е неопходен услов за постоење на оваа заедница. Почвата може да се збогати со корисни материи и елементи само благодарение на активноста на нејзините жители - штетнојади микроорганизми, црви, дрвени вошки и други суштества. Без оваа состојба, на растенијата ќе им недостасува неорганска материја за фотосинтеза и раст, што значи дека органската материја што ја произведуваат исто така ќе биде дефицитарна. Како што се скроб, целулоза, протеини и други. Ова ќе доведе до намалување на бројот на животни и птици, а со тоа и на органската материја воопшто. Како резултат на тоа, ќе страдаат и детритиворците, а циклусот ќе биде нарушен.

Циркулацијата на супстанции во ливада може да се илустрира со поконкретен пример. Ајде да се обидеме да создадеме таков дијаграм.

Минералните соли, водата, јаглерод диоксидот и кислородот ги троши камилицата.
Медоносната пчела го опрашува назначеното растение и го јаде неговиот полен, односно јаглехидратите и протеините.
Јадачот на пчели и медоносецот ја колваат пчелата и ги консумираат органските материи од нејзиното тело (хитин, протеини, јаглехидрати).
Ливадскиот вол и другите мали глодари и поголемите видови ја јадат органската материја од растенијата и инсектите.
Кешлицата (птицата) јаде глодари и консумира
По смртта, сите животни и инсекти паѓаат на земја, каде што нивното тело е подложено на распаѓање на неговите составни соединенија со активност на микроорганизми, црви, дрвени вошки и други детритивори.
Како резултат на тоа, почвата повторно е заситена со неоргански соли, вода и други соединенија кои се апсорбираат од корените на растенијата.

Енергетски кола и мрежи

Циркулацијата на супстанции и енергија, како што веќе стана јасно, е тесно поврзана со таков еколошки концепт како синџир или мрежа за храна. На крајот на краиштата, секоја супстанција е материјал, производ кој служи како градежен материјал за формирање на структурни делови на клетки, ткива и органи.

Секој неизбежно повлекува циклични трансформации на супстанции. И сите процеси на синтеза и распаѓање бараат трошење или ослободување на енергија. Следствено, тој е исто така вклучен во еден циклус во природата.

Зошто постојат концептите на "коло" и "електрична мрежа"? Работата е што во една еколошка група често е многу посложена од обичен обичен синџир. На крајот на краиштата, еден ист претставник на животинскиот свет може да биде и тревопасник и предатор. Постојат сештојади организми. Дополнително, за многумина се создава конкурентна средина за производство и храна, што исто така остава свој белег на генералниот план на односите во рамките на биогеоценозата.

Во овие случаи, колата се тесно испреплетени едни со други и се формираат таканаречените мрежи за напојување. Ова е особено забележливо во местата населени со жители: шуми, езерски заедници, тропски шуми и други.

Сите кола за напојување може да се поделат на два вида:

пасење, или пасење;
распаѓање, или детритус.

Главната разлика меѓу нив е што во првиот случај сè започнува со жив организам - растение. Во вториот - од мртви остатоци, измет и други наслаги, кои се обработуваат од микроорганизми, црви и така натаму.

Енергетски промени

Енергијата, како и супстанциите, претрпува голем број промени за време на процесите во екосистемите. Сето тоа е поделено на два главни типа:

сончева светлина;
хемиски врски.

При изградбата на синџирите на исхрана, енергијата се пренесува од една форма во друга. Во овој случај, се случуваат делумни загуби. На крајот на краиштата, тоа се троши на животните процеси на секое суштество, расфрлано во форма на топлина. Затоа е важно сончевата енергија како примарен извор постојано да го надополнува снабдувањето на секоја заедница.

Директно во форма на светлина од Сонцето, може да се консумира само од такви организми како што се:

растенија;
бактерија;
фотосинтетички едноклеточни организми.

По нив, целата енергија оди во следната форма - хемиски врски на соединенија. Во оваа форма, се консумира од хетеротрофни претставници на биосферата.

Циклусот на водата

Веќе посочивме дека најважниот и историски воспоставен животен процес е циклусот на супстанции во природата. Водата е она неорганско соединение чиешто значење е особено важно и големо. Затоа, ќе разгледаме генерално како се јавува неговата циркулација.

Огромна количина на вода е концентрирана на површината на нашата планета во различни видови резервоари. Тоа се мориња и океани, мочуришта, реки, езера, потоци, вештачки структури. Влагата постојано испарува од нивната површина, односно водата во форма на пареа поминува во слоевите на атмосферата.
Почвата, и нејзиниот надворешен и внатрешен дел, исто така содржи многу влага. Ова е подземна или подземна вода. Пареата влегува во атмосферата од површината, тече од внатрешните слоеви во водни тела и оттаму испарува.
Кондензирајќи се во атмосферата, водата постепено достигнува максимум и почнува да се враќа на земјата во форма на врнежи. Во зима е снег, во лето дожд.
Растенијата земаат активно учество во апсорпцијата и транспирацијата на водата, бидејќи тие носат огромна количина од неа преку себе.

Така, циклусот на водата и циклусот на супстанции во природата обезбедуваат нормална состојба на секој екосистем, а со тоа и на организмите.

Проучување на циклусот на супстанции во основно училиште

Така што децата имаат идеја за тоа какви циклични промени се случуваат во природата, треба да им се каже за ова уште од почетните фази на образованието. Децата треба да имаат знаење за тоа каков е циклусот на супстанции. Трето одделение е доста добро време за ова. Во овој период, децата се доволно возрасни за целосно да разберат и асимилираат информации од овој вид.

Многу образовни програми за околниот свет претставуваат добар дијаграм „Циклус на супстанции. Одделение 3“. Ги одразува главните видови трансформации на вода и супстанции кои се карактеристични за секој екосистем.

Приближен дијаграм на циклусот на супстанции за учениците од основните училишта може да изгледа вака: вода во растенија - органска материја кај животните - вода и минерални соли по смртта на растенијата и животните.

Секоја фаза треба да се објасни со примери и детални описи за да се формира јасна идеја за природните процеси што се случуваат.

1) според правилото на еколошката пирамида, биомасата на секое следно трофичко ниво се намалува

приближно 10 пати;

2) затоа, за да го нахраните орел був ви требаат 35 кг биомаса на порове (ако масата на еден порове е околу 0,5 кг, тогаш ова е -

Потребни се 70 порове, 350 кг биомаса од глушец за да се нахранат порове (доколку еден глушец тежи околу

100 g, тогаш ова е 35.000 вола), на кои им требаат 3.500 кг жито за исхрана.

Зошто киселиот дожд е опасен?

Како прво, оксидите на тешките метали кои паѓаат во почвата со дожд се токсични. Подземните води продираат во водните тела и ги трујат. За возврат, ова се заканува со смрт на населението на водни тела. Отровните материи влијаат и на составот на почвата и на кореновиот систем на растенијата, а тоа доведува до инхибиција на нивната витална активност и смрт.

Како структурата на мешаната шумска биоценоза се разликува од структурата на шумичката со бреза?

1) Број на видови;

2) бројот на нивоа;

3) состав на видови, разновидност на видови.

Како природниот екосистем се разликува од агроекосистемот?

1. Поголема биолошка разновидност и разновидност на врски и синџири на храна.

2. Балансирана циркулација на супстанции.

3. Учеството на сончевата енергија во циклусот на супстанции и долгите периоди на постоење.

Која е разликата помеѓу биогеоценозата и екосистемот?

Екосистемот има произволни граници (од капка вода со микроорганизми до биосферата), додека границите на биогеоценозата се одредуваат според природата на вегетациската покривка. Концептот на екосистем се користи и за опишување едноставни делови од биогеоценоза (гнил трупец во шума) и за опишување на вештачки комплекси (аквариум). Биогеоценозата е чисто копнена формација која има јасни граници.

Екосистемот и биогеоценозата се слични концепти, но не и идентични. Секоја биогеоценоза е екосистем. На пример, шумата е екосистем, но кога ќе го одредиме типот на шумата - смрека шума, шума од боровинки - тоа е биогеоценоза.

Зошто популациите понекогаш доживуваат експлозија на бројот на поединци, а потоа нагло опаѓање?

Ова се случува поради повеќе причини. На пример, кога има вишок на храна и мал број предатори, големината на популацијата се зголемува. И поради зголемувањето на бројот на единки, количината на храна се намалува, бројот на предатори се зголемува + многу животни бараат нови живеалишта во потрага по храна, додека некои поединци умираат. Сето горенаведено доведува до намалување на бројот на поединци.

Која е задолжителната алка во синџирот на исхрана на агроценозата?

Луѓето се суштинска алка во синџирот на исхрана на агроценозата.

Мравките живеат во стеблата на некои растенија. Каква корист има растението од мравките, а каква корист имаат мравките од растението?

Врз основа на правилото на еколошката пирамида, одреди колку планктон е потребен за еден делфин тежок 300 кг да расте во морето, ако синџирот на исхрана изгледа вака: планктон - непредаторска риба - грабливка риба - делфин.

Елементи за одговор:

1) според правилото на еколошката пирамида, биомасата на секое следно трофичко ниво се намалува приближно 10 пати;

2) затоа, за да го нахраните делфинот ви требаат 3 тони грабливи риби, за да го нахраните потребни ви се 30 тони непредаторски риби, на кои им требаат 300 тони планктони за да го нахранат.

Во Америка, многу птици градат гнезда во трнливи грмушки од кактуси. Како се нарекува оваа интеракција помеѓу живите организми и кое е нејзиното биолошко значење?

Елементи за одговор:

1) таквата интеракција е заемно корисна и се нарекува симбиоза;

2) грмушки од трнливи кактуси ги штитат гнездата на птиците од предатори;

3) птиците уништуваат инсекти, штетници на кактуси и ја оплодуваат почвата со измет.

Врз основа на правилото на еколошката пирамида, одреди колку житарки се потребни за развој на еден златен орел со тежина од 7 кг, ако синџирот на исхрана изгледа како: житарки - скакулци - жаби - змии - златен орел.

Елементи за одговор:

2) според правилото на еколошката пирамида, биомасата на секое следно трофичко ниво се намалува

приближно 10 пати;

2) затоа, за да го нахраните златниот орел ви требаат 70 кг змии (ако масата на една змија е 200 г, тогаш ова е 350 змии), за да ги нахраните овие змии ви требаат 700 кг жаби (ако масата на жаба е 100 g, тогаш ова е 7000 жаби), за да ги нахраните овие жаби ви требаат 7 тони скакулци, а за да ги нахраните овие скакулци ви требаат 70 тони житни растенија.

Рибарите знаат дека реките и потоци развиени од дабари содржат повеќе риби отколку резервоари без дабари. Објасни го овој факт?

Елементи за одговор:

1) дабарите градат брани што спречуваат мали водни животни кои служат како храна да се движат низводно

2) стоечката и плитка вода во бари покриени со дабари добро се загрева, што придонесува за создавање

услови за мрест на речните риби и поволен развој на подмладок.

Кои се механизмите на дејство на антропогените фактори врз биоценозите?

Елементи за одговор:

1) влијание врз биоценозите како резултат на урбаниот развој, земјоделството, уништувањето на шумите и сл., што доведува до промени во опсегот на видовите и нарушување на нивната популациска структура;

2) загадување на животната средина, кое може да ја инхибира виталната активност на поединечните видови и нивните заедници, да предизвика смрт на организми и да го стимулира процесот на мутација;

3) истребување на одредени видови (на пример, вредни од комерцијална или ловечка гледна точка).

Во смрека шума има значително помалку тревни растенија отколку во шумичка со бреза. Објаснете го овој феномен.

Елементи за одговор:

1) во шумичката, многу повеќе светлина поминува низ круните на дрвјата отколку во смрека шума; светлината е ограничувачки фактор за многу растенија;

2) само тревни растенија отпорни на сенка можат да постојат во смрека шума.

Кои се својствата на биогеоценозата?

Биогеоценозата е отворен, саморегулирачки систем кој е стабилен и способен за метаболизам и енергија. Биоценозата е дел од биосферата. Биогеоценозата се состои од абиотски и биотски компоненти. Се карактеризира со биомаса, густина на населеност, нејзините компоненти и разновидност на видови. Живите компоненти на биогеоценозата се производители (растенија), потрошувачи (животни) и разградувачи (бактерии и габи).

Синџирите на исхрана на природните биогеоценози вклучуваат различни функционални групи: производители, потрошувачи, разградувачи. Објаснете каква улога играат организмите од овие групи во циклусот на супстанции и енергетската конверзија.

Елементи за одговор:

1) Производители - организми кои произведуваат органски материи од неоргански, се првата алка во синџирот на исхрана и еколошката пирамида. Во органските супстанции кои произлегуваат од процесите на фото- или хемосинтеза, се јавува акумулација на енергија.

2) Потрошувачи - организми кои консумираат готови органски материи создадени од производителите, но не ги разложуваат органските материи во минерални компоненти. Тие ја користат енергијата на органските материи за нивните животни процеси.

3) Разградувачи се организми кои во текот на својот живот ги претвораат органските остатоци во неоргански материи, кои влегуваат во циклусот на супстанции во природата. Разградувачите ја користат енергијата ослободена во овој процес за нивните витални процеси.

Која е основата за стабилноста на екосистемите?

Елементи за одговор:

1) разновидност на видови растенија, животни и други организми

2) разгранети синџири на исхрана (мрежи), присуство на неколку трофични нивоа

3) урамнотежена циркулација на супстанции

Што ја одредува одржливоста на природните екосистеми?

Елементи за одговор:

1) разновидност на видовите

2) бројот на алки во синџирот за напојување

3) саморегулирање и самообновување

4) затворен циклус на супстанции

Што се нарекуваат популациони бранови?

Флуктуации во бројот на поединци во популацијата

Популацијата на костур во реката се намалува како резултат на загадувањето на водата од канализацијата, намалувањето на бројот на тревопасни риби и намалувањето на содржината на кислород во водата во зима. Кои групи фактори на животната средина се претставени во оваа листа?

1) Антропогени.

2) Биотик.

3) Абиотски.

За борба против штетниците од инсекти, луѓето користат хемикалии. Наведете најмалку 3 промени во животот на дабовата шума ако сите тревојади инсекти се уништени со хемиски средства. Објаснете зошто ќе се случат овие промени.

Елементи за одговор:

1) бројот на растенија опрашувани со инсекти нагло ќе се намали, бидејќи тревопасните инсекти се опрашувачи на растенијата;

2) бројот на организми инсективозни (потрошувачи од втор ред) нагло ќе се намали или исчезне поради нарушување на синџирите на исхрана;

3) некои од хемикалиите што се користат за убивање на инсекти ќе влезат во почвата, што ќе доведе до нарушување на животот на растенијата, смрт на почвената флора и фауна, сите прекршувања може да доведат до смрт на дабовата шума.

Напред >>>

§ 40. Циклус на материјата и енергијата во биосферата

Сите живи организми се во врска со неживата природа и се вклучени во континуираниот циклус на материјата и енергијата (сл. 44). Како резултат на тоа, се јавува биогена миграција на атомите. Хемиските елементи неопходни за животот на организмите минуваат од надворешната средина во телото. Кога органската материја се распаѓа, овие елементи се враќаат во околината.

биосфера " class="img-responsive img-thumbnail">

Ориз. 44. Циклус на супстанции во природата: 1 – циклус на вода, кислород и јаглерод; 2 – циклус на азот

Атмосферата се состои од мешавина на гасови. За време на фотосинтезата, зелените растенија апсорбираат јаглерод диоксид и ослободуваат кислород. Јаглерод диоксидот се користи за создавање органски материи и поминува во телото на животните преку растителните организми во форма на хранливи материи. Кислородот го користат сите живи организми во процесот на дишење, за оксидација на органски материи и при разградување на мртвите остатоци од организмите. Како резултат на овие процеси, јаглерод диоксидот се ослободува назад во атмосферата. Слободниот атмосферски азот се апсорбира во почвата од бактерии кои го фиксираат азот и се претвора во врзана, достапна состојба. Растенијата добиваат азотни соединенија од почвата за да синтетизираат органска материја. По умирањето, друга група на микроорганизми ослободуваат азот и го враќаат во атмосферата.

Така, кислородот, азот и јаглерод диоксидот се апсорбираат од живите организми и повторно се ослободуваат во атмосферата како резултат на други процеси. Благодарение на избалансираната циркулација на гасовите, составот на атмосферата се одржува константен.

Карпите содржат големи количини на фосфор. Кога карпите се уништуваат, фосфорот завршува во почвите, а оттаму влегува во живите организми. Некои фосфати се раствораат во вода и влегуваат во Светскиот океан, каде што се акумулираат на дното, формирајќи седиментни карпи.

Водата исто така учествува во циклусот. При фотосинтезата се користи за синтеза на органски материи, а при дишење и разградување на органски остатоци се испушта во околината. Покрај тоа, водата е неопходна за функционирање на сите живи организми. Во него се раствораат минерални соли и органски материи неопходни за живите организми. Циклусот на елементите натриум, магнезиум, калциум, железо, сулфур и други елементи поминува низ водната средина, што вкупно сочинува 1,7% од вкупната количина на супстанции вклучени во циклусот.

Како резултат на циклусот на супстанции, постои континуирано движење на хемиските елементи од живите организми кон неживата природа и назад. Циклусот на супстанции вклучува два спротивно насочени процеси поврзани со акумулација на елементи во живите организми и минерализација како резултат на нивното распаѓање. Згора на тоа, на површината на Земјата преовладува формирањето на жива материја, а во почвата и морските длабочини доминира минерализацијата.

Истовремено со миграцијата на атомите се случува и енергетска трансформација. Единствениот извор на енергија на Земјата е Сонцето. Дел од топлината се троши на загревање на Земјата и на испарување на водата. А само 0,2% од сончевата енергија се користи во процесот на фотосинтеза. Оваа енергија се претвора во енергија на хемиски врски на органски материи. При разградувањето и оксидацијата на органските материи при исхраната се ослободува енергија и се троши на виталните процеси на организмите: раст, движење, размножување, развој, загревање на телото. Така, постојано дојдовната сончева енергија се акумулира во органски материи и се користи од сите живи организми.

Значи, биосферата е голем систем кој се состои од хетерогени компоненти меѓусебно поврзани со процесите на миграција на енергија и материја. Изворот на енергија е Сонцето. Цикличната природа на миграциските процеси - циклусот на супстанции обезбедува континуирано постоење на биосферата.

Количината на жива материја (биопроизводи) варира: репродукцијата и растот на живите организми доведуваат до нејзин раст, потиснување и ограничување на брзината на размножување и раст, а смртта на организмите придонесува за нејзино намалување.

Ограничувачките фактори вклучуваат концентрација на јаглерод диоксид во атмосферата, недостаток на влага, недостаток на хранливи материи и интензитет на светлина. Овие фактори ја ограничуваат не само брзината на формирање на органска материја, туку и брзината на други геохемиски процеси кои се случуваат во нежива природа.

<<< Назад

Напред >>>