Слайд 1Лекция 5 Перемещение вещества и энергии в экосистемах
Понятия экосистема
и биогеоценоз
Трофическая структура экосистем и круговорот веществ в них
Пищевые цепи
и трофические уровни
Поток энергии и продуктивность экосистем
Слайд 2Экосистемы (А. Тенсли, 1935) - основные единицы природы
т.е. любые природные
или созданные человеком сообщества живых существ вместе со средой обитания,
функционирующие как единое целое (лес, озеро, поле…)
Главные признаки для экосистемы –
это наличие круговорота веществ и потока энергии, которые обеспечивают ее относительную стабильность
1. Понятия экосистема и биогеоценоз
Слайд 4Биоценоз (от греч. био – живое, ценоз – сообщество) -
совокупность всех взаимосвязанных растений, животных, микроорганизмов, проживающих на однородном участке
суши или водоема (К.Мебиус, 1877)
(например, водоросли, рыбы, лягушки, жуки, инфузории и т.д., живущие в одном пруду)
Слайд 5Биотоп
(био – живое, топос – место)
занимаемое биоценозом пространство и
вся неживая среда (земля, вода, воздух, свет, тепло…)
Экосистема =
биоценоз +
биотоп
Слайд 6Биогеоценоз
(В.Н.Сукачев, 1940-64)
исторически сложившаяся наземная экосистема, объединяющая на основе обмена
веществ, энергии и информации сообщество живых организмов (биоценоз)
с пространственной
совокупностью абиотических условий (биотоп)
(участок леса, луга, степи…,
но не озеро, поле, город…)
Слайд 7Схема биогеоценоза и взаимодействия между его компонентами (В.Н.Сукачев, 1940)
Слайд 82.Трофическая структура экосистем и круговорот веществ в них
(трофический – связанный
с питанием)
(производитель)
(производитель)
(разлагатели) – бактерии и грибы
(потребители)
Слайд 9Классификация организмов по способу получения энергии
Слайд 10Автотрофы – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических
веществ среды посредством процессов хемосинтеза и фотосинтеза (растения, часть бактерий)
В экосистеме они играют роль продуцентов.
Продуценты – это автотрофные организмы, образующие первичную продукцию органического вещества в экосистеме из неорганического
Слайд 11Хемосинтез
- использование для синтеза органических веществ энергии окисления водорода, серы,
сероводорода, аммиака, железа
(хемоавтотрофные бактерии,
в том числе нитрифицирующие, связанные
с плодородием почвы)
Слайд 12Фотосинтез - это использование энергии солнечного света
для синтеза глюкозы
из углекислого газа и воды:
свет
6 СО2 + 6 Н2О ⎯⎯→С6Н12О6 + 6О2↑
Его осуществляют:
зеленые растения и некоторые микроорганизмы
Слайд 13Роль продуцентов
в том, что из простых неорганических соединений с низкой
потенциальной энергией они создают сложные органические вещества с высокой потенциальной
энергией.
Они превращают энергию солнечного света в химическую и запасают ее.
Слайд 14В процессе дыхания энергия высвобождается, а затем используется для синтеза:
С6Н12О6
+ Н2О + N, Р, К →
и др. биогены
(вещества, входящие в состав живого)
→ белки, жиры, сложные углеводы, ДНК и т.д.
Слайд 15Гетеротрофы
– организмы, питающиеся готовым органическим веществом других организмов или продуктов
их жизнедеятельности (животные, грибы,
большая часть бактерий)
Слайд 16Совмещение автотрофного и гетеротрофного питания у растений - редкость
Заразиха
Повилика на
клевере
Росянка
Слайд 17Консументы – потребители готового органического вещества других организмов,
превращающие его
в органические вещества
своего тела
(животные, высшие грибы)
Слайд 18Консументы, питающиеся продуцентами – это первичные консументы = консументы 1-ого
порядка = травоядные = фитофаги (слоны, зайцы, гусеницы, тли)
Консументы питающиеся
консументами и убивающие жертву - это хищники = плотоядные = консументы 2-ого, 3-его и более высоких порядков (волки, ежи, орлы, синицы)
Консументы, питающиеся консументами, но не убивающие жертву – это паразиты (комары, аскариды, насекомые-наездники)
Слайд 19Детрит -мертвая органика растительного или животного происхождения (опавшие листья, трупы,
навоз)
Консументы, питающиеся детритом – это детритофаги (грифы, падальные мухи,
жуки-навозники, дождевые черви, жуки-древоточцы). Часть из них называют сапрофаги (лат. сапрос – гнилой)
Слайд 20Роль консументов в
экосистеме:
хищники и паразиты служат регуляторами биологического равновесия
детритофаги измельчают
крупные части детрита, ускоряя их микробное разложение
Слайд 21Редуценты (разлагатели)
заканчивают разложение органических остатков, осуществляют их полную минерализацию и
возвращают в окружающую среду СО2 , воду и минеральные элементы,
которые снова могут использоваться продуцентами (бактерии, низшие грибы)
Слайд 22Схема круговорота веществ в экосистеме
Слайд 233. Пищевые цепи и трофические уровни
Пищевая цепь –
последовательность
групп организмов,
где каждый предыдущий
служит пищей
для последующего
Слайд 24Трофический уровень
- звенья пищевой цепи, равноудаленные от начала,
то есть это - совокупность организмов, получающих преобразованную в пищу
энергию солнца через одинаковое число посредников
Слайд 26
(3-5 трофических уровней)
Пастбищные и паразитные
(Начинаются живым растением)
= детритные
(начинаются мертвой
органикой)
Слайд 27Трофические уровни
в арктической экосистеме
Слайд 28Пищевая сеть - схема всех пищевых связей между видами, входящими
в сообщество
Слайд 294. Поток энергии и продуктивность экосистем
Солнце – основной источник
энергии
для естественных экосистем
на дыхание -
окисление органических веществ, чтобы получить энергию,
нужную для жизни (для синтеза других органических веществ, движения, поддержания температуры тела и т.д.)
Слайд 31Продукция любой экосистемы - это органическое вещество, в котором запасена
энергия
Скорость накопления энергии (т.е. скорость производства продукции) называют продуктивностью
и измеряют в джоулях, калориях или граммах органического вещества, запасенных в единицу времени на единице площади (или объема)
Слайд 32Первичная – производится продуцентами
Вторичная – производится консументами всех уровней
Виды продукции
и
продуктивности:
Слайд 33Валовая первичная
продукция (100%)
расход
на дыхание
– часть валовой
продукции
использованная
растениями
в процессе
жизнедеятельности
(40-70%)
чистая
первичная
продукция
– часть валовой
продукции
использованная
растениями на
прирост
биомассы
(30-60%)
Слайд 34Биомасса > чистой годичной продуктивности
Биомасса = чистой годичной продуктивности
Биомасса
чистой годичной продуктивности
Деревья,
крупные животные
Однолетние организмы
Планктон и другие
коротко живущие организмы
Слайд 35Закон пирамиды энергий Р.Линдемана (правило 10%)
В среднем, при переходе
с одного трофического уровня на другой
общая энергия уменьшается приблизительно
в 10 раз
Следствие:
число трофических уровней
не может быть слишком большим
(на суше 3-4, в океане до 5 - 6 )
Слайд 36Различие экосистем по величине биологической продуктивности (Р.Уиттекер,1980)
Очень высокой продуктивности >2
кг/м2 в год
(тропические леса, посевы сахарного тростника и риса).
К ним близки заросли тростника в дельтах Волги, Дона, Урала.
Высокой продуктивности – 1-2 кг/м2 в год
(липовые и дубовые леса, заросли тростника на озерах, посевы кукурузы и люцерны при орошении и удобрении)
Средней продуктивности – 0,25-1 кг/м2 в год
(сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, большинство наших посевов)
Низкой продуктивности < 0,25 кг/м2 в год
(тундры, пустыни, океан, выбитые скотом пастбища и горные степи на почвах глубиной < 5 см)
Средняя продуктивность экосистем Земли ≤0,3 кг/м2 в год
Слайд 37Выводы:
Длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем (принцип
формирования экосистем).
Круговорот веществ в экосистеме поддерживается наличием в ней продуцентов,
консументов и редуцентов.
Основные каналы переноса энергии в экосистеме – это пищевые цепи.
Основной источник пищи для человечества - первичная продукция агроэкосистем. Необходимо: увеличивать их биологическую продуктивность.
