Chu trình vật chất và năng lượng trong sinh quyển. Chu trình sinh địa hóa (chu trình sinh địa hóa) - quá trình trao đổi chất theo chu kỳ giữa các thành phần khác nhau của sinh quyển, gây ra bởi hoạt động sống còn của sinh vật

Cơm. 8. Sơ đồ chu trình sinh học

Tất cả các quá trình trên Trái đất ở giai đoạn đầu đều được cung cấp bởi năng lượng của Mặt trời. Hành tinh của chúng ta nhận được 4–5·10 13 kcal/s từ Mặt trời. Chỉ 0,1–0,2% năng lượng mặt trời được thực vật hấp thụ, nhưng năng lượng này thực hiện rất nhiều công việc: nó “khởi động” các quá trình sinh tổng hợp và chuyển hóa thành năng lượng của các liên kết hóa học của các chất hữu cơ tổng hợp. Các yếu tố sinh học, không giống như năng lượng, được giữ lại trong hệ sinh thái, nơi chúng trải qua một chu kỳ liên tục, trong đó cả sinh vật sống và môi trường vật lý đều tham gia.

Vì thực vật và động vật chỉ có thể sử dụng các chất dinh dưỡng được tìm thấy trên hoặc gần bề mặt Trái đất, nên việc bảo tồn sự sống đòi hỏi các chất được các sinh vật sống đồng hóa cuối cùng sẽ có sẵn cho các sinh vật khác.

Mỗi nguyên tố hóa học thực hiện một chu trình trong hệ sinh thái, đi theo con đường đặc biệt của riêng mình, nhưng tất cả các chu trình đều được chuyển động bằng năng lượng và các nguyên tố tham gia vào chúng luân phiên chuyển từ dạng hữu cơ sang dạng vô cơ và ngược lại .

Năng lượng của Mặt trời gây ra sự chuyển động của hai chu kỳ - địa chất lớn và sinh học nhỏ. Chu kỳ lớn hoặc địa chất– sự lưu thông của các chất trong hệ thống: dòng chảy địa hóa của đất – mạng lưới thủy văn – đại dương – khối không khí – sol khí – dòng chảy địa hóa của đất. Nó được thể hiện rõ nhất ở vòng tuần hoàn nước và hoàn lưu khí quyển. Nhỏ, sinh học(sinh học), – sự xâm nhập của các nguyên tố hóa học từ đất và khí quyển vào cơ thể sống; sự biến đổi các nguyên tố đến thành các hợp chất phức tạp mới và sự quay trở lại của chúng đối với đất và khí quyển trong quá trình hoạt động của sự sống với sự sụt giảm hàng năm của một phần chất hữu cơ hoặc với các sinh vật hoàn toàn chết là một phần của hệ sinh thái.

Cả hai chu kỳ được kết nối lẫn nhau và thể hiện một quá trình chuyển động duy nhất của vật chất trên hành tinh của chúng ta.

Như đã lưu ý trong bài giảng 1–5, bất kỳ hệ sinh thái nào (đơn vị cấu trúc chính của sinh quyển) đều có đặc điểm là sự trao đổi liên tục về vật chất, năng lượng và thông tin giữa các thành phần riêng lẻ của nó. Sự trao đổi chất dinh dưỡng giữa các sinh vật sống và các thành phần không sống được cân bằng ở hầu hết các quần xã. Một hệ sinh thái có thể được coi là một chuỗi các khối mà qua đó các chất khác nhau đi qua và trong đó các chất này có thể tồn tại trong thời gian dài. Trong hầu hết các trường hợp, chu trình của các chất khoáng trong hệ sinh thái bao gồm ba khối hoạt động: sinh vật sống, mảnh vụn hữu cơ chết và các chất vô cơ sẵn có. Hai khối bổ sung - các chất vô cơ có thể tiếp cận gián tiếp và các chất hữu cơ kết tủa - có liên quan đến chu trình dinh dưỡng ở một số khu vực ngoại vi, nhưng sự trao đổi giữa các khối này và phần còn lại của hệ sinh thái diễn ra chậm so với sự trao đổi xảy ra giữa các khối hoạt động.

Các sinh vật sống và toàn bộ sinh quyển bao gồm các nguyên tố hóa học giống nhau được tìm thấy trong môi trường. Quá trình tổng hợp sinh khối cần khoảng 40 nguyên tố, trong đó quan trọng nhất là cacbon, nitơ, oxy, hydro, phốt pho và lưu huỳnh. Chúng được gọi là các yếu tố sinh học. Sinh khối chính đến từ carbon, oxy và hydro. Chúng chiếm 99,9% trọng lượng của các sinh vật sống, chiếm 99% trọng lượng của toàn bộ lớp vỏ hành tinh chúng ta và do đó đảm bảo sự bền vững của sự sống trên Trái đất. Tất cả các nguyên tố hóa học khác đều ở trạng thái phân tán. Phần lớn trọng lượng của các sinh vật sống đến từ O 2 và C. Chúng chiếm từ 50 đến 90% trọng lượng tuyệt đối khô của chúng.

Các yếu tố sinh học luân phiên truyền từ vật chất sống
thành vô cơ, tham gia vào các chu trình sinh địa hóa khác nhau.

Chu trình sinh địa hóa– vòng tuần hoàn của các nguyên tố hóa học: từ bản chất vô cơ qua sinh vật thực vật, động vật trở lại bản chất vô cơ. Nó được thực hiện bằng cách sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng của các phản ứng hóa học.

Theo định luật di chuyển sinh học của các nguyên tử của V. I. Vernadsky“sự di chuyển của các nguyên tố hóa học trên bề mặt trái đất và trong sinh quyển
thường được thực hiện với sự tham gia trực tiếp của vật chất sống (di cư sinh học) hoặc nó xảy ra trong môi trường có đặc điểm địa hóa được xác định bởi vật chất sống, cả những thứ hiện đang sinh sống trong sinh quyển và những gì đã tác động lên Trái đất trong toàn bộ quá trình địa chất. lịch sử."

Các chu trình sinh địa hóa có thể được chia thành hai nhóm:

chu trình khí trong đó khí quyển đóng vai trò là bể chứa chính của nguyên tố (cacbon, nitơ, oxy, nước);

chu trình trầm tích, các nguyên tố ở trạng thái rắn là một phần của đá trầm tích (phốt pho, lưu huỳnh, v.v.).

Sự trao đổi chất dinh dưỡng giữa các sinh vật sống và môi trường vô cơ được cân bằng ở hầu hết các quần xã.

Kết quả là lượng sinh khối của vật chất sống trong sinh quyển Trái đất có xu hướng không đổi. Sinh khối của sinh quyển (2·10 12 g) nhỏ hơn bảy bậc độ lớn so với khối lượng vỏ trái đất (2·10 19 t). Thực vật trên Trái đất hàng năm tạo ra chất hữu cơ tương đương 1,6 10 11 tấn, hay 8% sinh khối của sinh quyển. Những kẻ hủy diệt, chiếm chưa đến 1% tổng sinh khối của các sinh vật trên hành tinh, xử lý một khối lượng chất hữu cơ lớn gấp 10 lần sinh khối của chính chúng. Trung bình, thời gian tái tạo sinh khối là 12,5 năm.

Sự tồn tại của các chu trình sinh học tạo cơ hội cho sự tự điều chỉnh (cân bằng nội môi) của hệ thống, mang lại sự ổn định cho hệ sinh thái - sự ổn định về hàm lượng phần trăm của các yếu tố khác nhau. Do đó, nguyên tắc cơ bản về hoạt động của hệ sinh thái được áp dụng: việc thu nhận tài nguyên và xử lý chất thải diễn ra trong chu trình của tất cả các yếu tố.

Chúng ta hãy xem xét chi tiết hơn các chu kỳ của các chất dinh dưỡng chính. Hãy bắt đầu với vòng tuần hoàn nước, vì nó đóng vai trò quan trọng trong sự chuyển động của oxy và hydro trong hệ sinh thái. Sinh vật nhanh chóng mất nước thông qua quá trình bốc hơi và bài tiết; trong suốt cuộc đời của một cá thể, lượng nước chứa trong cơ thể có thể được tái tạo hàng trăm, hàng nghìn lần.

Vòng tuần hoàn nước

Vòng tuần hoàn nước- một trong những thành phần chính của vòng tuần hoàn phi sinh học của các chất, bao gồm sự chuyển đổi nước từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí, rắn và ngược lại (Hình 9). Nó có tất cả các tính năng chính của các chu kỳ khác - nó cũng gần như cân bằng trên quy mô toàn cầu và được điều khiển bởi năng lượng. Chu trình nước là chu trình quan trọng nhất trên Trái đất về mặt truyền khối và tiêu thụ năng lượng. Mỗi giây có 16,5 triệu m3 nước tham gia vào nó và hơn 40 tỷ MW năng lượng mặt trời được sử dụng cho việc này.

Cơm. 9. Vòng tuần hoàn nước trong tự nhiên

Các quá trình chính đảm bảo chu trình nước là: thấm, bốc hơi, dòng chảy:

1. Thấm - bốc hơi - thoát hơi nước: nước được đất hấp thụ, giữ lại dưới dạng nước mao mạch, sau đó quay trở lại khí quyển, bốc hơi khỏi bề mặt trái đất hoặc được thực vật hấp thụ và thải ra dưới dạng hơi trong quá trình thoát hơi nước;

2. Dòng chảy bề mặt và dưới bề mặt: nước trở thành một phần của nước mặt. Chuyển động của nước ngầm: Nước xâm nhập và di chuyển qua lòng đất, cung cấp nước cho giếng và suối trước khi quay trở lại hệ thống nước mặt.

Như vậy, vòng tuần hoàn nước có thể được biểu diễn dưới dạng hai đường năng lượng: đường trên (bốc hơi) được điều khiển bởi năng lượng mặt trời, đường dưới (mưa) cung cấp năng lượng cho hồ, sông, vùng đất ngập nước, các hệ sinh thái khác và trực tiếp cho con người, ví dụ như tại các nhà máy thủy điện. Hoạt động của con người có tác động rất lớn đến vòng tuần hoàn nước toàn cầu, có thể làm thay đổi thời tiết và khí hậu. Do việc bao phủ bề mặt trái đất bằng các vật liệu không thấm nước, xây dựng hệ thống thủy lợi, nén đất canh tác, phá rừng, v.v., dòng nước chảy vào đại dương tăng lên và lượng nước ngầm bổ sung bị giảm. Ở nhiều vùng khô hạn, những hồ chứa này được con người bơm ra ngoài nhanh hơn mức được lấp đầy.
Ở Nga, 3.367 mỏ nước ngầm đã được khai thác để cung cấp nước và tưới tiêu cho đất. Trữ lượng có thể khai thác của các mỏ đã thăm dò là 28,5 km 3 /năm. Mức độ phát triển các khoản dự trữ này ở Liên bang Nga không quá 33% và có 1.610 khoản tiền gửi đang hoạt động.

Điểm đặc biệt của chu trình này là lượng nước bốc hơi từ đại dương nhiều hơn (khoảng 3,8 10 14 tấn) so với lượng nước quay trở lại cùng với lượng mưa (khoảng 3,4 10 14 tấn). Ngược lại, trên đất liền, lượng mưa rơi nhiều hơn (khoảng 1,0 10 14 t) so với lượng bốc hơi (tổng cộng khoảng 0,6 10 14 t). Bởi vì nhiều nước bốc hơi từ đại dương hơn là được trả lại, phần lớn trầm tích được sử dụng bởi các hệ sinh thái trên cạn, bao gồm cả các hệ sinh thái nông nghiệp sản xuất thực phẩm cho con người, bao gồm nước bốc hơi từ biển. Nước dư thừa từ đất liền chảy vào hồ và sông, rồi từ đó quay trở lại đại dương. Theo ước tính hiện có, các vùng nước ngọt (hồ, sông) chứa 0,25 10 14 tấn nước và lưu lượng hàng năm là 0,2 10 14 tấn. Như vậy, thời gian luân chuyển nước ngọt là khoảng một năm. Sự khác biệt giữa lượng mưa rơi trên đất liền mỗi năm (1,0 10 14 t) và dòng chảy (0,2 10 14 t) là 0,8 10 14 t, bốc hơi và đi vào tầng ngậm nước dưới lòng đất. Dòng chảy bề mặt bổ sung một phần các hồ chứa nước ngầm và chính nó cũng được bổ sung từ chúng.

Lượng mưa trong khí quyển là mắt xích chính trong sự tuần hoàn độ ẩm và quyết định phần lớn chế độ thủy văn của hệ sinh thái đất. Sự phân bố của chúng trên toàn lãnh thổ, đặc biệt là ở vùng núi, không đồng đều, do đặc điểm của các quá trình khí quyển và bề mặt bên dưới. Ví dụ, đối với các khu rừng mở vùng lãnh nguyên rừng của tỉnh trồng rừng Putorana ở miền Trung Siberia, lượng mưa hàng năm là
617 mm, đối với rừng taiga phía bắc của huyện lâm nghiệp Hạ Tunguska - 548, và đối với rừng taiga phía nam của vùng Angara, nó giảm xuống còn 465 mm (Bảng 2).

Sự bay hơi có một trong những nơi hàng đầu. Với sự xuất hiện của sự sống trên Trái đất, chu trình nước trở nên tương đối phức tạp, vì hiện tượng vật lý biến nước thành hơi được bổ sung bởi quá trình bốc hơi sinh học gắn liền với đời sống của thực vật và động vật - sự thoát hơi nước. Cùng với lượng mưa và dòng chảy, lượng bốc thoát hơi nước, bao gồm sự bốc hơi của lượng mưa bị chặn, sự thoát hơi ẩm của thực vật và bốc hơi dưới tán, là hạng mục tiêu hao chính của cân bằng nước, đặc biệt là trong các hệ sinh thái rừng. Ví dụ,
ở rừng mưa nhiệt đới, lượng nước bốc hơi của thực vật đạt tới 7000 m3/km2 mỗi năm, trong khi ở thảo nguyên ở cùng vĩ độ và độ cao tính từ cùng một khu vực, lượng nước này không vượt quá 3000 m3/km2 mỗi năm.

Thảm thực vật nói chung có vai trò quan trọng trong việc bốc hơi nước, từ đó ảnh hưởng đến khí hậu các vùng. Tốc độ thoát hơi nước phụ thuộc vào cân bằng bức xạ và năng suất thực vật khác nhau. Như có thể thấy từ bảng. 2, với sự gia tăng khối lượng thực vật trên mặt đất do lượng trầm tích bị chặn bốc hơi nhiều hơn và tiêu thụ độ ẩm thoát hơi nước, tổng lượng bốc hơi tăng lên.

Bảng 2

Sự thoát hơi nước của hệ sinh thái rừng kinh tuyến Yenisei

* – Vedrova và cộng sự (từ cuốn sách Hệ sinh thái rừng ở kinh tuyến Yenisei, 2002);

**, *** – Burenina và những nơi khác (sđd.).

Ngoài ra, thảm thực vật bậc cao thực hiện chức năng bảo vệ nước và điều tiết nước rất quan trọng đối với hệ sinh thái trên cạn: nó giảm thiểu lũ lụt, giữ độ ẩm trong đất và ngăn không cho chúng bị khô và xói mòn. Ví dụ, khi nạn phá rừng xảy ra, trong một số trường hợp, khả năng xảy ra lũ lụt và đầm lầy trên lãnh thổ tăng lên, trong những trường hợp khác, quá trình thoát hơi nước ngừng lại có thể dẫn đến khí hậu “khô”. Phá rừng tác động tiêu cực đến nguồn nước ngầm, làm giảm khả năng giữ mưa của khu vực. Ở một số nơi, rừng giúp bổ sung các tầng ngậm nước, mặc dù trong hầu hết các trường hợp, rừng thực sự làm cạn kiệt chúng.

Bảng 3

Tỷ lệ nước ngọt và nước mặn trên Trái đất

Tổng trữ lượng nước trên Trái đất ước tính khoảng 1,5 đến 2,5 tỷ km 3 . Nước mặn chiếm khoảng 97% khối lượng nước; Đại dương Thế giới chiếm 96,5% (Bảng 3). Thể tích nước ngọt, theo nhiều ước tính khác nhau, là 35–37 triệu km 3, tương đương 2,5–2,7% tổng trữ lượng nước trên Trái đất. Phần lớn nước ngọt (68–70%) tập trung ở sông băng và tuyết phủ (theo Reimers, 1990).

Các chất xâm nhập vào cơ thể sống từ đất, không khí và nước. Nước bốc hơi từ các đại dương và dâng lên các tầng khí quyển, tạo thành mưa. Cây xanh sử dụng nước đi vào đất. Trong khi duy trì các chức năng quan trọng của mình, chúng đồng thời giải phóng lượng oxy cần thiết cho sự sống. Đồng thời, nếu không tiếp xúc với oxy thì quá trình phân hủy, thối rữa của thực vật không thể xảy ra. Tên của vòng luẩn quẩn tạo nên sự sống trên Trái đất này là gì và đặc điểm của nó là gì?

Khái niệm chính về sinh thái

Chu trình sinh học là sự lưu thông của các nguyên tố hóa học phát sinh đồng thời với nguồn gốc sự sống trên hành tinh của chúng ta và xảy ra với sự tham gia của các sinh vật sống.

Các mô hình vốn có trong chu trình của các chất giải quyết các vấn đề chính trong việc duy trì sự sống trên Trái đất. Suy cho cùng, trữ lượng dinh dưỡng trên toàn bộ bề mặt Trái đất không phải là vô hạn, mặc dù chúng rất lớn. Nếu những nguồn dự trữ này chỉ được sinh vật tiêu thụ thì đến một lúc nào đó cuộc sống sẽ phải kết thúc. Nhà khoa học R. Williams đã viết: “Phương pháp duy nhất cho phép một lượng hữu hạn có tính chất vô cực là làm cho nó quay dọc theo đường đi của một đường cong khép kín”. Chính sự sống đã quy định rằng phương pháp này nên được sử dụng trên Trái đất. Chất hữu cơ được tạo ra bởi cây xanh, còn chất không xanh bị phân hủy.

Trong chu trình sinh học, mỗi loài sinh vật chiếm vị trí của nó. Nghịch lý chính của sự sống là nó được duy trì thông qua quá trình hủy diệt và phân hủy liên tục. Các hợp chất hữu cơ phức tạp sớm hay muộn cũng bị phá hủy. Quá trình này đi kèm với việc giải phóng năng lượng và mất đi đặc tính thông tin của cơ thể sống. Vi sinh vật đóng một vai trò to lớn trong chu trình sinh học của các chất và sự phát triển của sự sống - chính với sự tham gia của chúng mà bất kỳ dạng sống nào cũng được đưa vào chu trình sinh học.

Liên kết của chuỗi sinh học

Vi sinh vật có hai đặc tính cho phép chúng chiếm một vị trí quan trọng như vậy trong vòng đời. Thứ nhất, chúng có thể thích nghi rất nhanh với những điều kiện môi trường thay đổi. Thứ hai, họ có thể sử dụng nhiều loại chất, bao gồm cả carbon, để bổ sung năng lượng dự trữ. Không có sinh vật bậc cao nào sở hữu những đặc tính như vậy. Chúng chỉ tồn tại như một kiến ​​trúc thượng tầng trên nền tảng cơ bản của vương quốc vi sinh vật.

Các cá thể và loài thuộc các lớp sinh học khác nhau là những mắt xích trong chu trình của các chất. Họ cũng tương tác với nhau bằng các loại kết nối khác nhau. Sự lưu thông của các chất trên quy mô hành tinh bao gồm các chu trình sinh học riêng tư trong tự nhiên. Chúng được thực hiện chủ yếu thông qua chuỗi thức ăn.

Cư dân nguy hiểm của bụi nhà

Saprophytes, “cư trú” thường trực của bụi nhà, cũng đóng một vai trò quan trọng trong chu trình sinh học. Chúng ăn nhiều loại chất có trong bụi nhà. Đồng thời, hoại sinh tạo ra phân khá độc hại, gây dị ứng.

Những sinh vật này vô hình trước mắt con người là ai? Saprophytes thuộc họ nhện. Họ đi cùng một người trong suốt cuộc đời của mình. Rốt cuộc, mạt bụi ăn bụi nhà, trong đó có cả da người. Các nhà khoa học tin rằng hoại sinh từng là cư dân của tổ chim, sau đó “chuyển” vào nhà của con người.

Mạt bụi, đóng vai trò lớn trong quá trình luân chuyển sinh học, có kích thước rất nhỏ - từ 0,1 đến 0,5 mm. Nhưng chúng hoạt động mạnh đến mức chỉ trong 4 tháng một con mạt bụi có thể đẻ khoảng 300 quả trứng. Một gram bụi nhà có thể chứa vài nghìn con ve. Không thể tưởng tượng được có thể có bao nhiêu con mạt bụi trong một ngôi nhà, bởi vì người ta tin rằng trong một ngôi nhà của con người có thể tích tụ tới 40 kg bụi.

Đạp xe trong rừng

Trong rừng, chu trình sinh học diễn ra mạnh mẽ nhất do rễ cây đâm sâu vào lòng đất. Liên kết đầu tiên trong quá trình luân chuyển này thường được coi là liên kết vùng rễ. Thân rễ là lớp đất mỏng (3 đến 5 mm) xung quanh cây. Đất xung quanh rễ cây (hay "đất vùng rễ") thường rất giàu chất tiết ra từ rễ và các loại vi sinh vật khác nhau. Liên kết vùng rễ là một loại cổng giữa thiên nhiên sống và vô tri.

Liên kết tiêu thụ là ở rễ, rễ có chức năng hấp thụ khoáng chất từ ​​​​đất. Một số chất bị cuốn trôi trở lại vào đất do kết tủa, nhưng hầu hết các chất dinh dưỡng được trả lại qua hai quá trình - rác thải và phân hủy.

Vai trò của rác và chất thải

Rác và rác có ý nghĩa khác nhau trong chu trình sinh học của các chất. Chất độn chuồng bao gồm nón cây, cành, lá và mảnh vụn cỏ. Các nhà nghiên cứu không đưa cây vào rác - chúng được phân loại là rác. Sự phân hủy có thể mất hàng chục năm để phân hủy. Đôi khi rác có thể dùng làm thức ăn cho các loài cây khác - nhưng chỉ sau khi đạt đến một giai đoạn phân hủy nhất định. Chất thải chứa nhiều chất thuộc lớp tro. Chúng từ từ xâm nhập vào đất và được thực vật sử dụng cho cuộc sống tiếp theo.

Chất độn chuồng phụ thuộc vào cái gì?

Xả rác có ý nghĩa hơi khác trong chu trình sinh học. Trong vòng một năm, toàn bộ khối lượng của nó chuyển sang lớp rác và trải qua quá trình phân hủy hoàn toàn. Các nguyên tố tro đi vào vòng tuần hoàn sinh học nhanh hơn nhiều. Tuy nhiên, trên thực tế, rác thải đã là một phần của quá trình luân chuyển sinh học ngay từ khi lá còn trên cây. Tỷ lệ xả rác phụ thuộc vào nhiều yếu tố: khí hậu, thời tiết năm nay và những năm trước, số lượng côn trùng. Ở vùng lãnh nguyên rừng, nó đạt tới vài cent, trong rừng, nó được đo bằng tấn. Lượng rác thải lớn nhất trong rừng xảy ra vào mùa xuân và mùa thu. Con số này cũng thay đổi tùy theo từng năm.

Về thành phần hữu cơ của lá kim và lá, chúng trải qua những thay đổi tương tự trong chu kỳ. Không giống như rác, lá xanh thường giàu phốt pho, kali và nitơ. Chất độn chuồng thường rất giàu canxi. Côn trùng và động vật có ảnh hưởng lớn đến chu trình sinh học. Ví dụ, côn trùng ăn lá có thể tăng tốc đáng kể. Tuy nhiên, động vật có ảnh hưởng lớn nhất đến tốc độ luân chuyển trong quá trình phân hủy rác. Ấu trùng và giun ăn và nghiền nát chất độn chuồng rồi trộn với các lớp trên của đất.

Quang hợp trong tự nhiên

Thực vật có thể sử dụng ánh sáng mặt trời để bổ sung năng lượng dự trữ. Họ làm điều này trong hai giai đoạn. Ở giai đoạn đầu tiên, ánh sáng được lá cây hấp thụ; thứ hai, năng lượng được sử dụng cho quá trình cô lập carbon và hình thành các chất hữu cơ. Các nhà sinh học gọi cây xanh là cây tự dưỡng. Chúng là nền tảng cho sự sống trên toàn hành tinh. Sinh vật tự dưỡng có tầm quan trọng lớn trong quá trình quang hợp và tuần hoàn sinh học. Chúng chuyển đổi năng lượng từ ánh sáng mặt trời thành năng lượng dự trữ thông qua việc hình thành carbohydrate. Điều quan trọng nhất trong số này là đường glucose. Quá trình này được gọi là quang hợp. Các sinh vật sống thuộc các lớp khác có thể tiếp cận năng lượng mặt trời bằng cách ăn thực vật. Vì vậy, một chuỗi thức ăn xuất hiện đảm bảo sự lưu thông của các chất.

Các mô hình quang hợp

Bất chấp tầm quan trọng của quá trình quang hợp, nó vẫn chưa được khám phá trong một thời gian dài. Chỉ vào đầu thế kỷ 20, nhà khoa học người Anh Frederick Blackman đã thực hiện một số thí nghiệm với sự trợ giúp của nó để thiết lập quá trình này. Nhà khoa học cũng tiết lộ một số mô hình quang hợp: hóa ra nó bắt đầu trong điều kiện ánh sáng yếu, tăng dần theo dòng ánh sáng. Tuy nhiên, điều này chỉ xảy ra ở một mức độ nhất định, sau đó việc tăng cường ánh sáng không còn làm tăng tốc độ quang hợp nữa. Blackman cũng phát hiện ra rằng nhiệt độ tăng dần khi tăng ánh sáng sẽ thúc đẩy quá trình quang hợp. Việc tăng nhiệt độ trong điều kiện ánh sáng yếu không đẩy nhanh quá trình này và cũng không tăng ánh sáng trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Quá trình chuyển đổi ánh sáng thành carbohydrate

Quá trình quang hợp bắt đầu bằng quá trình các photon từ ánh sáng mặt trời chiếu vào các phân tử diệp lục nằm trong lá cây. Chính chất diệp lục mang lại cho cây màu xanh lục. Việc thu năng lượng xảy ra theo hai giai đoạn, mà các nhà sinh học gọi là Hệ thống ảnh I và Hệ thống ảnh II. Điều thú vị là số lượng các hệ thống ảnh này phản ánh thứ tự các nhà khoa học khám phá ra chúng. Đây là một trong những điều kỳ lạ trong khoa học, vì các phản ứng đầu tiên xảy ra ở hệ thống ảnh thứ hai và chỉ sau đó ở hệ thống ảnh thứ nhất.

Một photon ánh sáng mặt trời va chạm với 200-400 phân tử diệp lục nằm trong một chiếc lá. Trong trường hợp này, năng lượng tăng mạnh và được truyền sang phân tử diệp lục. Quá trình này đi kèm với một phản ứng hóa học: phân tử diệp lục mất đi hai electron (chúng lần lượt được chấp nhận bởi cái gọi là “chất nhận điện tử”, một phân tử khác). Và cũng khi một photon va chạm với diệp lục, nước sẽ được hình thành. Chu trình trong đó ánh sáng mặt trời được chuyển hóa thành carbohydrate được gọi là chu trình Calvin. Không thể đánh giá thấp tầm quan trọng của quá trình quang hợp và chu trình sinh học của các chất - chính nhờ những quá trình này mà oxy có sẵn trên trái đất. Tài nguyên khoáng sản mà con người thu được - than bùn, dầu mỏ - cũng là chất mang năng lượng dự trữ trong quá trình quang hợp.

Kể từ khi bắt đầu tồn tại hành tinh của chúng ta, nhiều quá trình truyền năng lượng khác nhau giữa các sinh vật sống và môi trường đã liên tục diễn ra. Nó biến đổi, đi vào các hình thức khác, ràng buộc và lại tiêu tan. Điều tương tự cũng có thể nói về bất kỳ chất nào tạo nên nền tảng của sự sống. Mỗi người trong số họ trải qua nhiều trường hợp, trải qua nhiều thay đổi và cuối cùng quay trở lại.

Các quá trình này đưa ra ý tưởng về chu trình của các chất trong tự nhiên. Chúng cho phép bạn theo dõi chuyển động của không chỉ các kết nối mà còn cả các phần tử riêng lẻ. Chúng ta hãy cố gắng hiểu vấn đề này chi tiết hơn.

Khái niệm chung về chu trình của các chất

Chu kỳ của vật chất là gì? Đây là những chuyển đổi mang tính chu kỳ từ dạng này sang dạng khác, kèm theo sự mất mát hoặc tiêu tán một phần nhưng có tính chất ổn định, thường xuyên. Nghĩa là, bất kỳ chất hay nguyên tố nào cũng trải qua một loạt các quá trình chuyển hóa theo từng giai đoạn, biến đổi, biến đổi nhưng cuối cùng vẫn trở về dạng ban đầu.

Đương nhiên, theo thời gian có thể có sự hao hụt một phần về lượng hợp chất hoặc nguyên tố được đề cập. Tuy nhiên, mô hình chung là không đổi và được bảo tồn trong nhiều thiên niên kỷ.

Chu kỳ của các chất có thể được nhìn thấy bằng cách sử dụng một ví dụ. Đơn giản nhất trong số đó là sự chuyển đổi các chất hữu cơ. Ban đầu, tất cả các sinh vật đa bào đều bao gồm chúng. Sau khi hoàn thành vòng đời, cơ thể chúng bị phân hủy bởi các sinh vật đặc biệt và các hợp chất hữu cơ được chuyển hóa thành vô cơ. Các hợp chất này sau đó được các sinh vật khác hấp thụ và khôi phục lại dạng hữu cơ bên trong cơ thể chúng. Sau đó, quá trình này được lặp lại và tiếp tục theo chu kỳ mọi lúc.

Sơ đồ chu trình của các chất trong tự nhiên cho thấy rõ rằng không có gì phát sinh từ đâu và biến mất vào hư không. Mọi thứ đều có hình thức bắt đầu, kết thúc và chuyển tiếp. Đây là những quy luật cơ bản của cuộc sống. Năng lượng được kiểm soát bởi họ. Hãy xem xét các ví dụ về sự biến đổi xảy ra trong hệ sinh thái và sinh vật sống. Chúng ta cũng sẽ hiểu chu trình của các chất dựa trên một yếu tố cụ thể là gì.

Vật chất sống trong tự nhiên

Chất quan trọng nhất của sinh quyển là sự sống. Nó là gì vậy? Đây là mọi đại diện của động vật hoang dã. Chúng cùng nhau tạo thành sinh khối. Nó tự nhiên trải qua những thay đổi và là người tham gia vào tất cả các quá trình xảy ra trong môi trường.

Sự tuần hoàn của vật chất sống có thể được minh họa bằng ví dụ sau.

1. Những sinh vật đầu tiên thu nhận trực tiếp năng lượng của ánh sáng mặt trời và chuyển hóa thành năng lượng của các liên kết hóa học là thực vật và vi khuẩn xanh lam. Điều này xảy ra do sắc tố diệp lục trong quá trình quang hợp. Kết quả là sự tổng hợp chất hữu cơ từ các thành phần vô cơ. Đây là cách liên kết đầu tiên giữa các vật chất sống của sinh quyển được hình thành.
2. Tiếp theo là những động vật có khả năng ăn trực tiếp thực vật. Và cả động vật ăn tạp, trong đó có con người. Chúng tiêu thụ liên kết đầu tiên và chuyển đổi chất hữu cơ bên trong chúng thành dạng khác - vô cơ.
3. Các sinh vật ăn cỏ có thể bị động vật ăn thịt ăn thịt. Đây là cách các chất truyền vào các sinh vật khác.
4. Tiếp theo là những sinh vật có khả năng ăn các dạng ăn thịt. Những kẻ săn mồi hàng đầu. Chúng là mắt xích cuối cùng trong quá trình lưu thông chất hữu cơ. Sau khi chúng chết đi, các sinh vật sau sẽ phát huy tác dụng.
5. Sinh vật ăn mảnh vụn là các vi sinh vật, nấm, động vật nguyên sinh có chức năng phân hủy xác chết của sinh vật sống và chuyển hóa mọi chất thành dạng vô cơ.
6. Các hợp chất này (carbon dioxide, nước, muối khoáng) được thực vật sử dụng lại trong quá trình tạo ra các hợp chất hữu cơ.

Như vậy, sơ đồ tuần hoàn các chất trong tự nhiên đã phản ánh sự biến đổi của thành phần sống trong sinh quyển. Mọi thứ bắt đầu với thực vật và kết thúc với chúng. Một quá trình hoàn chỉnh theo chu kỳ có nhiều nhánh và những lọn tóc phức tạp.

Chu trình của các chất trong hệ sinh thái

Bất kỳ hệ sinh thái nào cũng là một cộng đồng gồm nhiều sinh vật khác nhau, được thống nhất bởi các mối quan hệ dinh dưỡng phức tạp và cũng bị ảnh hưởng bởi các điều kiện môi trường tương tự.

Sự lưu thông của các chất trong hệ sinh thái tuân theo các quy luật môi trường nhất định. Vì vậy, sự phụ thuộc chặt chẽ dọc theo chuỗi thức ăn là bắt buộc. Trao đổi năng lượng, chất, lưu thông nhiều yếu tố - tất cả điều này xảy ra giữa các cá thể trong một nhóm sinh thái nhất định.

Hơn nữa, tất cả chúng đều được chia thành nhiều nhóm:

• nhà sản xuất;
• người tiêu dùng đặt hàng đầu tiên;
• người tiêu dùng bậc hai;
• người tiêu dùng bậc ba;
• sinh vật ăn tạp;
• sinh vật phân hủy hoặc sinh vật ăn mảnh vụn.

Chu trình của các chất có thể trông giống như thế này:

• nhà máy (nhà sản xuất) sản xuất chất hữu cơ;
• (người tiêu dùng bậc nhất) biến nó thành chất vô cơ và chất hữu cơ khác;
• động vật ăn thịt (người tiêu dùng bậc hai) chuyển đổi thành chất hữu cơ khác;
• kẻ săn mồi đỉnh cao (người tiêu dùng bậc ba) một lần nữa tiêu tán nó một phần dưới dạng nhiệt và tập trung một phần dưới dạng các chất hữu cơ bên trong;
• các vi sinh vật, chẳng hạn như vi khuẩn, nấm và các loại khác (sinh vật phân hủy hoặc sinh vật ăn mảnh vụn), phân hủy xác chết của động vật và tạo thành một khối hợp chất vô cơ;
• thực vật hấp thụ chất vô cơ và lại tạo ra một số hợp chất hữu cơ quan trọng trong quá trình quang hợp, tức là chúng tạo ra.

Chất hệ sinh thái

Rõ ràng là trong một hệ sinh thái có hai loại vật chất chính có mối tương tác chặt chẽ với nhau: hữu cơ và vô cơ. Từ chất hữu cơ đó là:

• protein;
• chất béo;
• carbohydrate.

Các hợp chất vô cơ như sau:

• Nước;
• khí cacbonic;
• muối khoáng;
• một số chất dinh dưỡng đa lượng quan trọng.

Một điều kiện rất quan trọng cho hoạt động bình thường của bất kỳ hệ sinh thái nào là nguồn năng lượng mặt trời liên tục tràn vào. Suy cho cùng, thực vật chỉ có thể thực hiện quá trình quang hợp trong điều kiện này. Ngoài ra, năng lượng chứa trong liên kết hóa học của các hợp chất bị tiêu tán dưới dạng nhiệt với số lượng khá lớn. Vì vậy, các chất không thể lưu thông ở trạng thái không thay đổi mà không bị mất đi.

Sơ đồ chu trình của các chất trên đồng cỏ

Rốt cuộc, một đồng cỏ rất đặc biệt, nó có một số điểm khác biệt so với tất cả những đồng cỏ khác, chẳng hạn như so với đồng cỏ trong rừng. Những khác biệt này là gì?

1. Đồng cỏ chỉ bị chi phối bởi thảm thực vật thân thảo, bao gồm các loại cỏ thấp lâu năm và hàng năm. Tuy nhiên, chúng khác nhau. Những loài ưa ánh sáng thì cao, còn những loài sống trong bóng râm thì thấp.
2. Không có đại diện lớn của thế giới động vật trong cộng đồng này. Điều này là do thực tế là họ sẽ không có nơi nào để trốn vì không có cây cối.
3. Định kỳ, khi có mưa lớn, toàn bộ diện tích đồng cỏ bị ngập trong nước. Do đó tên khác của họ - thạch hoặc số lượng lớn. Không phải tất cả sinh vật sống đều có thể tồn tại trong điều kiện như vậy.

Ví dụ, nếu chúng ta nói về những điểm tương đồng giữa các quần xã đồng cỏ và rừng, thì cần nhấn mạnh đặc điểm chính: cả hai vùng lãnh thổ đều có đại diện của thực vật, côn trùng, loài gặm nhấm, chim, bò sát, lưỡng cư và động vật có vú.

Chu trình của các chất trên đồng cỏ có thể trông như thế này:

• khoáng chất và nước mà cây tiêu thụ trực tiếp từ lòng đất;
• côn trùng thụ phấn cho hoa và cho phép chúng sinh sản trong khi ăn mật hoa, tức là chất hữu cơ do cây tạo ra;
• chim và động vật có vú ăn côn trùng và thực vật, nghĩa là tiêu thụ chất hữu cơ;
• vi sinh vật phân hủy xác chết của thực vật, động vật và giải phóng các chất vô cơ (muối khoáng, nước, carbon dioxide).

Một ví dụ về đồng cỏ gyre

Tất cả các liên kết được chỉ ra trong ví dụ đều quan trọng. Sự lưu thông của các chất trong đồng cỏ là điều kiện cần thiết cho sự tồn tại của cộng đồng này. Đất có thể được làm giàu bằng các chất và nguyên tố hữu ích chỉ nhờ vào hoạt động của cư dân trong đó - các vi sinh vật ăn mảnh vụn, giun, rận gỗ và các sinh vật khác. Nếu không có điều kiện này, thực vật sẽ thiếu chất vô cơ để quang hợp và sinh trưởng, đồng nghĩa với việc chất hữu cơ do chúng tạo ra cũng sẽ bị thiếu hụt. Chẳng hạn như tinh bột, cellulose, protein và những thứ khác. Điều này sẽ dẫn đến việc giảm số lượng động vật và chim, và do đó giảm chất hữu cơ nói chung. Kết quả là các loài ăn mảnh vụn cũng sẽ bị ảnh hưởng và chu kỳ sẽ bị gián đoạn.

Sự lưu thông của các chất trong đồng cỏ có thể được minh họa bằng một ví dụ cụ thể hơn. Hãy thử tạo một sơ đồ như vậy.

• Muối khoáng, nước, carbon dioxide và oxy được hoa cúc tiêu thụ.
• Ong mật thụ phấn cho cây được chỉ định và ăn phấn hoa của nó, tức là carbohydrate và protein.
• Chim ăn ong và chim ó mổ ong mật và tiêu thụ chất hữu cơ của cơ thể nó (chitin, protein, carbohydrate).
• Chuột đồng và các loài gặm nhấm nhỏ khác cũng như các loài lớn hơn ăn chất hữu cơ của thực vật và côn trùng.
• Kestrel (chim) ăn động vật gặm nhấm và tiêu thụ
• Sau khi chết, tất cả động vật và côn trùng đều rơi xuống đất, nơi cơ thể của chúng bị phân hủy thành các hợp chất cấu thành do hoạt động của vi sinh vật, giun, rận gỗ và các mảnh vụn khác.
• Kết quả là đất lại bão hòa muối vô cơ, nước và các hợp chất khác được rễ cây hấp thụ.

Mạch và mạng điện

Sự lưu thông của các chất và năng lượng, như đã trở nên rõ ràng, có liên quan chặt chẽ đến khái niệm sinh thái như chuỗi hoặc mạng lưới thực phẩm. Xét cho cùng, bất kỳ chất nào cũng là vật liệu, sản phẩm đóng vai trò là vật liệu xây dựng để hình thành các bộ phận cấu trúc của tế bào, mô và cơ quan.

Mỗi thứ chắc chắn kéo theo sự biến đổi theo chu kỳ của các chất. Và bất kỳ quá trình tổng hợp và phân rã nào cũng đòi hỏi sự tiêu hao hoặc giải phóng năng lượng. Do đó, nó cũng tham gia vào một chu kỳ duy nhất trong tự nhiên.

Tại sao lại tồn tại khái niệm “mạch” và “mạng điện”? Vấn đề là trong một nhóm sinh thái, nó thường phức tạp hơn nhiều so với chỉ một chuỗi thông thường. Xét cho cùng, cùng một đại diện của thế giới động vật có thể vừa là động vật ăn cỏ vừa là động vật ăn thịt. Có những sinh vật ăn tạp. Ngoài ra, đối với nhiều người, một môi trường cạnh tranh được tạo ra cho sản xuất và thực phẩm, điều này cũng để lại dấu ấn trong kế hoạch chung về các mối quan hệ trong biogeocenosis.

Trong những trường hợp này, các mạch được đan xen chặt chẽ với nhau và cái gọi là mạng điện được hình thành. Điều này đặc biệt đáng chú ý ở những nơi có dân cư đông đúc: rừng, cộng đồng hồ, rừng nhiệt đới và những nơi khác.

Tất cả các mạch điện có thể được chia thành hai loại:

• chăn thả hoặc chăn thả;
• phân hủy hoặc mảnh vụn.

Sự khác biệt chính giữa chúng là trong trường hợp đầu tiên, mọi thứ đều bắt đầu từ một sinh vật sống - thực vật. Thứ hai, từ xác chết, phân và các chất cặn khác được xử lý bởi vi sinh vật, giun, v.v.

Thay đổi năng lượng

Năng lượng, giống như các chất, trải qua một số thay đổi trong các quá trình trong hệ sinh thái. Tất cả được chia thành hai loại chính:

• ánh sáng mặt trời;
• liên kết hóa học.

Trong quá trình xây dựng chuỗi thức ăn, năng lượng được truyền từ dạng này sang dạng khác. Trong trường hợp này, tổn thất một phần xảy ra. Suy cho cùng, nó được tiêu tốn vào quá trình sống của mỗi sinh vật, tiêu tán dưới dạng nhiệt. Đây là lý do tại sao điều quan trọng là năng lượng mặt trời là nguồn chính liên tục bổ sung nguồn cung cấp cho bất kỳ cộng đồng nào.

Trực tiếp dưới dạng ánh sáng từ Mặt trời, nó chỉ có thể được tiêu thụ bởi các sinh vật như:

• thực vật;
• vi khuẩn;
• sinh vật đơn bào quang hợp.

Sau chúng, tất cả năng lượng sẽ chuyển sang dạng tiếp theo - liên kết hóa học của các hợp chất. Ở dạng này, nó được tiêu thụ bởi các đại diện dị dưỡng của sinh quyển.

Vòng tuần hoàn nước

Chúng tôi đã chỉ ra rằng quá trình sống quan trọng nhất và được thiết lập trong lịch sử là chu kỳ của các chất trong tự nhiên. Nước là hợp chất vô cơ có ý nghĩa đặc biệt quan trọng và có quy mô lớn. Do đó, chúng tôi sẽ xem xét một cách tổng quát sự lưu thông của nó diễn ra như thế nào.

1. Một lượng nước khổng lồ tập trung trên bề mặt hành tinh của chúng ta ở nhiều loại hồ chứa khác nhau. Đó là biển và đại dương, đầm lầy, sông, hồ, suối, các công trình nhân tạo. Độ ẩm liên tục bốc hơi khỏi bề mặt của chúng, nghĩa là nước ở dạng hơi nước đi vào các lớp khí quyển.
2. Đất, cả phần bên ngoài và bên trong, cũng chứa rất nhiều độ ẩm. Đây là lòng đất hoặc nước ngầm. Hơi nước từ bề mặt đi vào khí quyển, chảy từ các lớp bên trong vào các vùng nước và bốc hơi từ đó.
3. Ngưng tụ trong khí quyển, nước dần đạt mức tối đa và bắt đầu quay trở lại trái đất dưới dạng mưa. Mùa đông có tuyết, mùa hè có mưa.
4. Thực vật tham gia tích cực vào quá trình hấp thụ và thoát hơi nước, vì chúng mang một lượng lớn nước qua mình.

Do đó, vòng tuần hoàn nước và vòng tuần hoàn của các chất trong tự nhiên đảm bảo trạng thái bình thường của bất kỳ hệ sinh thái nào và do đó các sinh vật.

Nghiên cứu chu trình của các chất ở tiểu học

Để trẻ có ý tưởng về những thay đổi mang tính chu kỳ xảy ra trong tự nhiên, chúng nên được nói về điều này ngay từ những giai đoạn giáo dục đầu tiên. Trẻ em cần có kiến ​​thức về vòng tuần hoàn của các chất. Lớp 3 là khoảng thời gian khá tốt cho việc này. Trong giai đoạn này, trẻ đã đủ lớn để hiểu và tiếp thu đầy đủ những thông tin thuộc loại này.

Nhiều chương trình giáo dục trên thế giới xung quanh trình bày một sơ đồ hay về “Chu trình của các chất lớp 3”. Nó phản ánh các dạng biến đổi chính của nước và các chất đặc trưng của từng hệ sinh thái.

Sơ đồ gần đúng về chu trình của các chất đối với học sinh tiểu học có thể như sau: nước trong thực vật - chất hữu cơ ở động vật - nước và muối khoáng sau khi thực vật, động vật chết đi.

Mỗi giai đoạn cần được giải thích bằng các ví dụ và mô tả chi tiết để hình thành ý tưởng rõ ràng về các quá trình tự nhiên xảy ra.

1) Theo quy luật của tháp sinh thái, sinh khối của mỗi bậc dinh dưỡng tiếp theo đều giảm dần

khoảng 10 lần;

2) do đó, để nuôi một con cú đại bàng, bạn cần 35 kg sinh khối chồn sương (nếu khối lượng của một con chồn khoảng 0,5 kg thì đây là -

70 con chồn sương, cần 350 kg sinh khối chuột đồng để nuôi chồn sương (nếu một con chuột đồng nặng khoảng

100 g thì đây là 35.000 voles), cần 3.500 kg ngũ cốc để cung cấp dinh dưỡng.

Tại sao mưa axit lại nguy hiểm?

Trước hết, các oxit kim loại nặng rơi vào đất khi có mưa là độc hại. Nước ngầm xâm nhập vào các vùng nước và đầu độc chúng. Đổi lại, điều này đe dọa cái chết của dân số các vùng nước. Các chất độc hại cũng ảnh hưởng đến thành phần của đất và hệ thống rễ của cây, dẫn đến ức chế hoạt động sống và chết của chúng.

Cấu trúc của rừng hỗn hợp biocenosis khác với cấu trúc của rừng bạch dương như thế nào?

1) Số lượng loài;

2) số bậc;

3) Thành phần loài, tính đa dạng của loài.

Hệ sinh thái tự nhiên khác với hệ sinh thái nông nghiệp như thế nào?

1. Đa dạng sinh học hơn và đa dạng hơn về các liên kết và chuỗi thức ăn.

2. Cân bằng lưu thông các chất.

3. Sự tham gia của năng lượng mặt trời vào chu trình vật chất và thời gian tồn tại lâu dài.

Sự khác biệt giữa biogeocenosis và hệ sinh thái là gì?

Một hệ sinh thái có các ranh giới tùy ý (từ một giọt nước có vi sinh vật đến sinh quyển), trong khi ranh giới của biogeocenosis được xác định bởi bản chất của thảm thực vật. Khái niệm hệ sinh thái được sử dụng để mô tả các phần đơn giản của biogeocenosis (một gốc cây mục nát trong rừng) và để mô tả các khu phức hợp nhân tạo (một bể cá). Biogeocenosis là một hệ tầng hoàn toàn trên cạn có ranh giới rõ ràng.

Hệ sinh thái và biogeocenosis là những khái niệm tương tự nhau, nhưng không giống nhau. Bất kỳ biogeocenosis nào cũng là một hệ sinh thái. Ví dụ, rừng là một hệ sinh thái, nhưng khi chúng ta chỉ định loại rừng - rừng vân sam, rừng việt quất - thì đó là biogeocenosis.

Tại sao quần thể đôi khi bùng nổ về số lượng cá thể và sau đó giảm mạnh?

Điều này xảy ra vì một số lý do. Ví dụ, khi dư thừa thức ăn và có ít động vật ăn thịt, quy mô quần thể sẽ tăng lên. Và do số lượng cá thể tăng lên, lượng thức ăn giảm đi, số lượng động vật ăn thịt tăng lên + rất nhiều loài động vật tìm kiếm môi trường sống mới để tìm kiếm thức ăn, trong khi một số cá thể chết. Tất cả những điều trên dẫn đến sự giảm số lượng cá thể.

Một liên kết bắt buộc trong chuỗi thức ăn agrocenosis là gì?

Con người là một mắt xích thiết yếu trong chuỗi thức ăn agrocenosis.

Kiến sống trong thân một số loại cây. Cây có lợi ích gì từ loài kiến, và loài kiến ​​có lợi ích gì từ cây?

Dựa vào quy luật kim tự tháp sinh thái, xác định cần bao nhiêu sinh vật phù du để một con cá heo nặng 300 kg phát triển trên biển, nếu chuỗi thức ăn có dạng: sinh vật phù du - cá không săn mồi - cá săn mồi - cá heo.

Các yếu tố phản hồi:

1) theo quy luật của kim tự tháp sinh thái, sinh khối của mỗi bậc dinh dưỡng tiếp theo giảm khoảng 10 lần;

2) do đó, để nuôi một con cá heo bạn cần 3 tấn cá săn mồi, để nuôi nó bạn cần 30 tấn cá không săn mồi, trong đó cần 300 tấn sinh vật phù du để nuôi nó.

Ở Mỹ, nhiều loài chim xây tổ trong những bụi xương rồng đầy gai. Sự tương tác giữa các sinh vật sống này được gọi là gì và ý nghĩa sinh học của nó là gì?

Các yếu tố phản hồi:

1) sự tương tác như vậy mang lại lợi ích chung và được gọi là sự cộng sinh;

2) những bụi xương rồng có gai bảo vệ tổ chim khỏi những kẻ săn mồi;

3) chim tiêu diệt côn trùng, sâu bệnh xương rồng và bón phân cho đất bằng phân.

Dựa vào quy luật của kim tự tháp sinh thái, xác định cần bao nhiêu loại ngũ cốc cho sự phát triển của một con đại bàng vàng nặng 7 kg, nếu chuỗi thức ăn có dạng: ngũ cốc - châu chấu - ếch - rắn - đại bàng vàng.

Các yếu tố phản hồi:

2) Theo quy luật của tháp sinh thái, sinh khối của mỗi bậc dinh dưỡng tiếp theo đều giảm dần

khoảng 10 lần;

2) Do đó, để nuôi một con đại bàng vàng bạn cần 70 kg rắn (nếu khối lượng của một con rắn là 200 g thì đây là 350 con rắn), để nuôi những con rắn này bạn cần 700 kg ếch (nếu khối lượng của một con ếch là 100 g thì đây là 7000 con ếch), để nuôi những con ếch này bạn cần 7 tấn châu chấu, và để nuôi những con châu chấu này bạn cần 70 tấn cây ngũ cốc.

Ngư dân biết rằng các sông suối do hải ly phát triển có nhiều cá hơn các hồ chứa không có hải ly. Giải thích sự thật này?

Các yếu tố phản hồi:

1) hải ly xây đập để ngăn các động vật thủy sinh nhỏ làm thức ăn trôi dạt xuống hạ lưu

2) nước đọng và nông trong các ao bị hải ly ngăn cách sẽ ấm lên tốt, góp phần tạo ra

điều kiện sinh sản của cá sông và cá bột phát triển thuận lợi.

Cơ chế tác động của các yếu tố nhân tạo lên biocenoses là gì?

Các yếu tố phản hồi:

1) tác động đến biocenoses do phát triển đô thị, nông nghiệp, phá rừng, v.v., dẫn đến thay đổi phạm vi loài và phá vỡ cấu trúc quần thể của chúng;

2) ô nhiễm môi trường, có thể ức chế hoạt động sống còn của từng loài và cộng đồng của chúng, gây ra cái chết của sinh vật và kích thích quá trình đột biến;

3) tiêu diệt một số loài nhất định (ví dụ, có giá trị theo quan điểm thương mại hoặc săn bắn).

Có ít cây thân thảo hơn đáng kể trong rừng vân sam so với rừng bạch dương. Giải thích hiện tượng này.

Các yếu tố phản hồi:

1) trong một khu rừng, nhiều ánh sáng xuyên qua tán cây hơn trong rừng vân sam; ánh sáng là yếu tố hạn chế đối với nhiều loài thực vật;

2) chỉ những cây thân thảo chịu bóng râm mới có thể tồn tại trong rừng vân sam.

Các tính chất của biogeocenosis là gì?

Biogeocenosis là một hệ thống mở, tự điều chỉnh, ổn định và có khả năng trao đổi chất và năng lượng. Biocenosis là một phần của sinh quyển. Biogeocenosis bao gồm các thành phần phi sinh học và sinh học. Nó được đặc trưng bởi sinh khối, mật độ dân số, các thành phần của nó và sự đa dạng của các loài. Các thành phần sống của biogeocenosis là nhà sản xuất (thực vật), người tiêu dùng (động vật) và người phân hủy (vi khuẩn và nấm).

Chuỗi thức ăn của biogeocenoses tự nhiên bao gồm các nhóm chức năng khác nhau: nhà sản xuất, người tiêu dùng, người phân hủy. Giải thích vai trò của các sinh vật thuộc các nhóm này trong chu trình chuyển hóa chất và năng lượng.

Các yếu tố phản hồi:

1) Sinh vật sản xuất - sinh vật sản xuất chất hữu cơ từ chất vô cơ, là mắt xích đầu tiên trong chuỗi thức ăn và kim tự tháp sinh thái. Trong các chất hữu cơ hình thành từ quá trình quang hợp hoặc hóa tổng hợp, sự tích lũy năng lượng xảy ra.

2) Người tiêu dùng - sinh vật tiêu thụ các chất hữu cơ làm sẵn do nhà sản xuất tạo ra, nhưng không phân hủy chất hữu cơ thành các thành phần khoáng chất. Chúng sử dụng năng lượng của các chất hữu cơ cho quá trình sống của mình.

3) Sinh vật phân hủy là sinh vật trong quá trình sống của mình chuyển hóa các chất cặn bã hữu cơ thành các chất vô cơ tham gia vào chu trình của các chất trong tự nhiên. Các sinh vật phân hủy sử dụng năng lượng được giải phóng trong quá trình này cho quá trình sống của chúng.

Cơ sở cho sự ổn định của hệ sinh thái là gì?

Các yếu tố phản hồi:

1) sự đa dạng của các loài thực vật, động vật và các sinh vật khác

2) chuỗi thức ăn phân nhánh (mạng lưới), sự hiện diện của một số bậc dinh dưỡng

3) sự lưu thông cân bằng của các chất

Điều gì quyết định tính bền vững của hệ sinh thái tự nhiên?

Các yếu tố phản hồi:

1) đa dạng loài

2) số lượng mắt xích trong chuỗi điện

3) tự điều chỉnh và tự đổi mới

4) chu trình khép kín của các chất

Những gì được gọi là làn sóng dân số?

Sự biến động số lượng cá thể trong quần thể

Số lượng cá rô trên sông đang giảm do ô nhiễm nước từ nước thải, số lượng cá ăn cỏ giảm và hàm lượng oxy trong nước giảm vào mùa đông. Những nhóm yếu tố môi trường nào được trình bày trong danh sách này?

1) Nhân học.

2) Sinh học.

3) Vô sinh.

Để chống lại côn trùng gây hại, người ta sử dụng hóa chất. Hãy chỉ ra ít nhất 3 sự thay đổi trong đời sống của rừng sồi nếu tất cả các loài côn trùng ăn cỏ đều bị tiêu diệt bằng biện pháp hóa học. Giải thích tại sao những thay đổi này sẽ xảy ra.

Các yếu tố phản hồi:

1) số lượng cây thụ phấn nhờ côn trùng sẽ giảm mạnh, vì côn trùng ăn cỏ là loài thụ phấn cho cây;

2) số lượng sinh vật ăn côn trùng (người tiêu dùng bậc hai) sẽ giảm mạnh hoặc biến mất do chuỗi thức ăn bị gián đoạn;

3) một số hóa chất dùng để diệt côn trùng sẽ xâm nhập vào đất, dẫn đến làm gián đoạn đời sống thực vật, làm chết hệ thực vật và động vật trong đất, mọi vi phạm đều có thể dẫn đến cái chết của rừng sồi.

Chuyển tiếp >>>

§ 40. Chu trình vật chất và năng lượng trong sinh quyển

Mọi sinh vật sống đều có mối quan hệ với thiên nhiên vô tri và đều nằm trong vòng tuần hoàn liên tục của vật chất và năng lượng (Hình 44). Kết quả là sự di chuyển sinh học của các nguyên tử xảy ra. Các nguyên tố hóa học cần thiết cho sự sống của sinh vật được truyền từ môi trường bên ngoài vào cơ thể. Khi chất hữu cơ bị phân hủy, các nguyên tố này sẽ được trả lại môi trường.

sinh quyển " class="img-Response img-thumbnail">

Cơm. 44. Vòng tuần hoàn của các chất trong tự nhiên: 1 – vòng tuần hoàn của nước, oxy và cacbon; 2 – chu trình nitơ

Khí quyển bao gồm một hỗn hợp các chất khí. Trong quá trình quang hợp, cây xanh hấp thụ carbon dioxide và giải phóng oxy. Carbon dioxide được sử dụng để tạo ra các chất hữu cơ và đi vào cơ thể động vật thông qua sinh vật thực vật dưới dạng chất dinh dưỡng. Oxy được tất cả các sinh vật sống sử dụng trong quá trình hô hấp, oxy hóa các chất hữu cơ và trong quá trình phân hủy xác chết của sinh vật. Kết quả của những quá trình này là carbon dioxide được thải trở lại khí quyển. Nitơ tự do trong khí quyển được hấp thụ trong đất bởi vi khuẩn cố định đạm và chuyển thành trạng thái liên kết, dễ tiếp cận. Thực vật lấy các hợp chất nitơ từ đất để tổng hợp chất hữu cơ. Sau khi chết, một nhóm vi sinh vật khác giải phóng nitơ và đưa nó trở lại khí quyển.

Do đó, oxy, nitơ và carbon dioxide được các sinh vật sống hấp thụ và được thải trở lại vào khí quyển do các quá trình khác. Nhờ sự lưu thông khí cân bằng, thành phần của khí quyển được duy trì không đổi.

Đá chứa một lượng lớn phốt pho. Khi đá bị phá hủy, phốt pho sẽ đọng lại trong đất và từ đó xâm nhập vào các sinh vật sống. Một số phốt phát hòa tan trong nước và đi vào Đại dương Thế giới, nơi chúng tích tụ ở đáy, tạo thành đá trầm tích.

Nước cũng tham gia vào chu trình. Trong quá trình quang hợp, nó được sử dụng để tổng hợp các chất hữu cơ, và trong quá trình hô hấp và phân hủy các chất cặn hữu cơ, nó được thải ra môi trường. Ngoài ra, nước còn cần thiết cho hoạt động sống của mọi sinh vật. Muối khoáng và các chất hữu cơ cần thiết cho sinh vật sống hòa tan trong đó. Chu trình của các nguyên tố natri, magie, canxi, sắt, lưu huỳnh và các nguyên tố khác đi qua môi trường nước, tổng cộng chiếm 1,7% tổng lượng chất có trong chu trình.

Là kết quả của vòng tuần hoàn của các chất, có sự vận động liên tục của các nguyên tố hóa học từ sinh vật sống đến thiên nhiên vô tri và ngược lại. Chu trình của các chất bao gồm hai quá trình trái ngược nhau liên quan đến sự tích tụ các nguyên tố trong cơ thể sống và quá trình khoáng hóa do sự phân hủy của chúng. Hơn nữa, trên bề mặt Trái đất, sự hình thành vật chất sống chiếm ưu thế, còn trong đất và độ sâu của biển, quá trình khoáng hóa chiếm ưu thế.

Đồng thời với sự di chuyển của các nguyên tử, sự biến đổi năng lượng cũng xảy ra. Nguồn năng lượng duy nhất trên Trái đất là Mặt trời. Một phần nhiệt lượng được dùng để làm nóng Trái đất và làm bay hơi nước. Và chỉ có 0,2% năng lượng mặt trời được sử dụng trong quá trình quang hợp. Năng lượng này được chuyển hóa thành năng lượng của các liên kết hóa học của các chất hữu cơ. Trong quá trình phân hủy và oxy hóa các chất hữu cơ trong quá trình dinh dưỡng, năng lượng được giải phóng và tiêu hao cho các quá trình quan trọng của sinh vật: sinh trưởng, vận động, sinh sản, phát triển, làm nóng cơ thể. Do đó, năng lượng mặt trời liên tục đến được tích lũy trong các chất hữu cơ và được sử dụng bởi tất cả các sinh vật sống.

Vì vậy, sinh quyển là một hệ thống lớn bao gồm các thành phần không đồng nhất được kết nối với nhau bằng các quá trình di chuyển năng lượng và vật chất. Nguồn năng lượng là Mặt trời. Tính chất mang tính chu kỳ của các quá trình di cư - chu trình của các chất đảm bảo cho sự tồn tại liên tục của sinh quyển.

Lượng vật chất sống (chế phẩm sinh học) dao động: sự sinh sản và phát triển của sinh vật sống dẫn đến sự tăng trưởng, ức chế và hạn chế tốc độ sinh sản và tăng trưởng của nó, và cái chết của sinh vật góp phần làm giảm nó.

Các yếu tố hạn chế bao gồm nồng độ carbon dioxide trong khí quyển, thiếu độ ẩm, thiếu chất dinh dưỡng và cường độ ánh sáng. Những yếu tố này không chỉ hạn chế tốc độ hình thành chất hữu cơ mà còn hạn chế tốc độ các quá trình địa hóa khác xảy ra trong tự nhiên vô tri.

<<< Назад

Chuyển tiếp >>>