Поток энергии и круговорот веществ в экосистемах

Тема: «Поток энергии и круговорот веществ в экосистемах»

Задачи:

Продолжить характеристику экосистем, рассмотреть движение веществ и энергии в экосистемах

1. Круговорот веществ и поток энергии

В любом биогеоценозе происходит круговорот веществ . Продуценты извлекают из атмосферы углекислый газ, из почвы — воду и минеральные соли, и, используя энергию солнечного света, образуют органическое вещество. В дубраве, например, около 1% солнечной энергии преобразуется в химические связи образованного органического вещества .

1. Круговорот веществ и поток энергии

Солнечная энергия переходит в энергию химических связей образованного органического вещества растений, но при дыхании растений около 50% органического вещества окисляется, остальные 50% — прирост биомассы .

Например, ежегодный прирост биомассы в дубраве составляет около 10 т/га, около 6 т — прирост надземных органов, 4 т приходится на прирост подземных органов.

1. Круговорот веществ и поток энергии

Затем химические элементы движутся по цепям питания . И вновь от звена к звену часть органического вещества используется как источник энергии, а часть — как строительный материал.

В каждом звене пищевой цепи при дыхании углекислый газ возвращается в атмосферу, непереваренные остатки пищи и погибшие организмы разлагаются с помощью редуцентов, которые завершают круговорот химических элементов.

1. Круговорот веществ и поток энергии

Минеральные вещества вновь извлекаются продуцентами (углекислый газ из атмосферы, вода и минеральные соли из почвы, происходит постоянный круговорот веществ в биогеоценозах.

1. Круговорот веществ и поток энергии

Пищевые цепи разделяют на два типа. Цепь выедания (пастбищная) начинается с продуцентов , идет к консументам 1-го, 2-го и заканчивается консументами 3-го порядка.

1. Круговорот веществ и поток энергии

Цепь разложения (детритная) цепь начинается от растительных и животных остатков, экскрементов животных и идет к мелким животным и микроорганизмам (детритофагам), которые ими питаются.

2. Экологическая пирамида биомассы

Когда растительность поедается консументами, большая часть съеденного органического вещества растений окисляется и служит источником энергии , меньшая часть является строительным материалом и идет на прирост или восстановление биомассы .

От 5 до 20% съеденной биомассы запасается в образованном органическом веществе консументов 1-го порядка. На прирост биомассы консументов 2-го порядка пойдет также около 5 — 20% от съеденной пищи.

2. Экологическая пирамида биомассы

Если для простоты взять на прирост биомассы 10% от съеденной пищи, то медведь массой 500 кг съел тюленей:

5 т, которым понадобилось рыбы:

50 т, рыба съела зоопланктона:

500 т, а в основании этой экологической пирамиды будут находиться съеденные зоопланктоном:

5000 т фитопланктона.

Это правило экологической пирамиды биомассы — биомасса каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается — верно для большинства экосистем .

А какова биомасса продуцентов, консументов 1 –го, 2-го и 3-го порядков в морских экосистемах ?

2. Экологическая пирамида биомассы

Но в морских экосистемах биомасса каждого последующего уровня увеличивается, наблюдается перевернутая пирамида биомассы .

Как это можно объяснить?

2. Экологическая пирамида биомассы

Это связано с тем, что основным продуцентом является фитопланктон , водоросли, преобладающие в нем живут недолго, большая часть их выедается, но очень они очень быстро размножаются. Организмы каждого последующего уровня живут дольше и накапливают большую биомассу.

2. Экологическая пирамида биомассы

Различают пирамиду чисел , когда сравнивается число особей на каждом пищевом уровне, пирамиду биомассы — если сравнивается биомасса каждого уровня, пирамиду энергии — при сравнении количества энергии заключенной в пище каждого уровня. Наглядно использование энергии консументами можно выразить формулой:

ПИЩА = ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН + ПРИРОСТ БИОМАССЫ + ЭКСКРЕМЕНТЫ

2. Экологическая пирамида биомассы

Большая часть энергии, заключенной в пище, выделяется в результате энергетического обмена и используется для поддержания всех жизненных процессов , меньшая часть используется для прироста биомассы и часть энергии выводится из организма вместе с неусвоенной пищей, выделенной в виде экскрементов .

Запас энергии, накопленный зелеными растениями, стремительно иссякает и вся энергия рассеивается в форме тепла.

Поэтому пищевая цепь обычно включает всего 4—5 звеньев.

2. Экологическая пирамида биомассы

Таким образом, можно ли утверждать, что в любом биогеоценозе происходит круговорот веществ и энергии?

3. Продуктивность экосистем

За единицу времени растения в процессе фотосинтеза создают определенную биомассу. Это валовая первичная продукция .

Около 50% этой биомассы расходуется самими растениями в процессах дыхания, 50% сохраняется в виде прироста биомассы. Эта часть и составляет чистую первичную продукцию экосистемы.

3. Продуктивность экосистем

Прирост за единицу времени биомассы консументов составляет вторичную продукцию экосистемы.

Биологическая продуктивность экосистемы — производительность экосистемы, измеряемая за единицу времени на единицу площади. Самая высокая продуктивность у коралловых рифов, тропических лесов, заболоченных местностей.

3. Продуктивность экосистем

Самая низкая продуктивность в тундре, горных степях, большей части морских экосистем.

Повторение

• Какая часть солнечной энергии запасается продуцентами дубравы в форме химических связей образованного органического вещества?
• Какая часть образованного органического вещества окисляется при дыхании самими растениями?
• Каков ежегодный прирост биомассы в дубраве?
• Какие два типа пищевых цепей различают в биогеоценозе дубравы?
• Можно ли утверждать, что в биогеоценозе происходит круговорот веществ и энергии?
• Что, в конце концов, происходит с энергией, аккумулированной в органическом веществе экосистемы?

Повторение

• Масса дельфина 50 кг. Пусть только 10% энергии пищи переходит во вновь построенное вещество организма, а 90% расходуется на различные процессы жизнедеятельности. Посчитайте массу съеденной дельфином рыбы, массу зоопланктона и фитопланктона в данной пищевой цепи.

• С уровня на уровень переходит около 10% энергии. Какое количество энергии дойдет до пятого уровня от энергии образованного в результате фотосинтеза органического вещества продуцентов (считать образованную биомассу за 100%, причем 50% от этой биомассы расходуется растениями при дыхании ).

Повторение

• Масса дельфина 50 кг. Пусть только 10% энергии пищи переходит во вновь построенное вещество организма, а 90% расходуется на различные процессы жизнедеятельности. Посчитайте массу съеденной дельфином рыбы, массу зоопланктона и фитопланктона в данной пищевой цепи.

0,005%

На первом уровне на прирост биомассы 50% (50% будет израсходовано при дыхании), на прирост биомассы второго уровня перейдет 5%, на прирост биомассы третьего уровня — 0,5%, на прирост биомассы четвертого — 0,05%, пятого — только 0,005%

Повторение

Тест 1. В форме химических связей образованного органического вещества дубрава аккумулирует:

• 0,04% энергии солнечного света.
• 1% энергии солнечного света.
• 5% энергии солнечного света.
• 10% энергии солнечного света.

Тест 2. Расходуется растениями в процессе дыхания:

• 90% образованного органического вещества.
• 50% образованного органического вещества.
• 30% образованного органического вещества.
• 10% образованного органического вещества.

Тест 3. Энергия солнечного света первоначально запасется в виде химических связей образованного органического вещества:

• Редуцентов.
• Консументов.
• Продуцентов.
• Гетеротрофов.

Повторение

Тест 4. Переходит на следующий уровень пищевой цепи в форме прироста биомассы в среднем:

• 100% энергии съеденной пищи.
• 50% энергии съеденной пищи.
• 10% энергии съеденной пищи.
• 1% энергии съеденной пищи.

Тест 5. В экосистеме происходит:

• Круговорот веществ и энергии.
• Круговорот энергии.
• Однонаправленный поток энергии и круговорот веществ.

Тест 6. Энергия солнечного света, преобразованная в энергию химических связей органического вещества:

• Передается по цепям питания и рассеивается при дыхании на каждом пищевом уровне.
• Происходит круговорот энергии в экосистеме.
• Остается в форме образованного органического вещества.
• Бесконечно передается по цепям питания.

Повторение

Тест 7. Детритные пищевые цепи начинаются:

• С растений.
• С животных.
• С редуцентов.
• С органического вещества отмерших организмов.

Тест 8. Продуктивность в г/м 3 наиболее высока у экосистем:

• Широколиственного леса.
• Кораллового рифа.
• Океана.
• Болот и заболоченных местностей.

Тест 9. Биомасса консументов 2-го порядка больше биомассы консументов 1-го порядка, а биомасса консументов 1-го порядка больше чем биомасса продуцентов, «перевернутая» пирамида биомассы:

• В тундре.
• В тайге.
• В морях.
• Такого не может быть.

Повторение

Тест 10. Энергия каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается. Это правило:

• Пищевой цепи.
• Пирамиды биомассы.
• Пирамиды энергии.
• Пищевых связей.

Дайте определение терминам или раскройте сущность понятия:

• Правило пирамиды биомассы.

• Валовая первичная продукция
• Чистая первичная продукция.
• Вторичная продукция.
• Биологическая продуктивность экосистемы.
• Круговорот веществ в экосистеме.
• Однонаправленный поток энергии в экосистеме.
• Пастбищная цепь (цепь выедания).
• Детритная цепь (цепь разложения).