Энергетическая структура экосистемы. Механизм обеспечения потока энергии: ассимиляция, передача и высвобождение энергии в экосистеме. Источники энергии.

Основы экологии

Конспект

Вопросы:

1. Энергетическая структура экосистемы. Механизм обеспечения потока энергии: ассимиляция, передача и высвобождение энергии в экосистеме. Источники энергии.

2. От чего зависит сфера влияния загрязняющего источника? Какие зоны и по каким признакам можно в ней выделить?

Энергетическая структура экосистемы. Механизм обеспечения потока энергии: ассимиляция, передача и высвобождение энергии в экосистеме. Источники энергии.

Экосистема – это любая совокупность живых существ и среда их обитания, объединенная в единое функциональное целое, возникающая на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами.

Совокупность специфического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосистему.

Все взаимодействия компонентов экосистемы основаны на обмене веществом и энергией между ними. Основным источником энергии в экосистемах Земли служит Солнце.

Согласно закону максимизации энергии выживает та экосистема, которая обеспечивает максимальное поступление и наиболее эффективное использование энергии.

Поток энергии в экосистемах осуществляется через сложный механизм, включающий процессы ассимиляции, накопление, транспортирование и высвобождение энергии. Важнейший этап в этом механизме - ассимиляция энергии, которая представляет собой превращение кинетической энергии фотонов в биологически доступную потенциальную энергию химических связей в органических соединениях. По способности к ассимиляции энергии организмы делятся на два типа:

- автотрофы (продуценты) - организмы, самостоятельно синтезирующие органические вещества, поглощая минеральные вещества и энергию, поступающую из вне;

- гетеротрофы (консументы и редуценты) – организмы, получающие необходимые органические вещества и энергию с пищей, представляющую собой живую или мертвую биомассу.

К автотрофам относятся зеленые растения и некоторые виды бактерий.

Гетеротрофами являются все животные, грибы, подавляющее большинство бактерий, некоторые водоросли и бесхлорофилльные высшие растения.

Транспорт энергии в экосистемах осуществляется через пищевые цепи. Пищевая цепь – это перенос энергии в форме пищи от ее источника (автотрофа) через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими. Обычно различают два типа пищевых цепей:

- пастбищная цепь, начинающаяся живыми растениями (продуцентами), живой тканью которых питаются растительноядные животные (фитофаги);

- детритная цепь, начинающаяся мертвым органическим веществом (детритом), потребляемым мертвоядными организмами (детритофагами).

В сложных природных сообществах пищевые цепи тесно переплетаются друг с другом, образуя пищевые сети. Организмы, отстоящие от начала пищевой цепи на одинаковое число звеньев, образуют трофический уровень. На первом трофическом уровне находятся только продуценты. Ко второму трофическому уровню принадлежат фитофаги и детритофаги (первичные консументы), к третьему – зоофаги (вторичные консументы) и т.д.

Границы между трофическими уровнями нерезкие. Многие животные потребляют энергию более чем с одного трофического уровня, т.е. используют любую пищу, которая подходит им по размеру и другим признакам. Передача энергии по пищевой цепи подчиняется второму закону термодинамики, согласно которому процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что часть этой энергии рассеивается в форме тепла. В связи с этим, в каждом звене пищевой цепи теряется значительная доля (80-95%) энергии, заключенной в доступной пище. На каждый последующий трофический уровень поступает в среднем не более 10% доступной энергии (правило 10%).

Зеленые растения ассимилируют от 1 до 5% получаемой солнечной энергии, а так как при дыхании растений разрушается до 80% синтезируемых углеводов, эффективность фотосинтеза составляет не более 1,5%. Фитофаги для образования своей биомассы используют в среднем всего 1% энергии, содержащейся в поедаемых ими растениях. На других трофических уровнях эффективность усвоения доходит до 10% (иногда даже больше).

Из «правила десяти процентов» вытекают важные следствия.

Чем ближе организм находится к началу пищевой цепи, тем большим количеством доступной энергии он располагает.

Пищевые цепи, включающие более 4-5 трофических уровней, встречаются крайне редко.

Продуктивность экосистемы тесно связанна с потоком энергии, проходящим через нее. В каждой экосистеме только часть поступающей энергии накопляется в виде органических соединений. Скорость ассимиляции энергии называется продукцией, а величина продукции, отношение к единице площади экосистемы называется продуктивностью.

Общая скорость, с которой энергия усваивается продуцентами и накапливается в форме органического вещества, называется валовой первичной продукцией. Чистая первичная продукция – это скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом расхода энергии на жизнеобеспечение организма. Вторичная продукция создается гетеротрофами.

Величина продукции, отнесенная к единице площади экосистемы, носит название продуктивности. Так как в экосистемах только растения ассимилируют солнечную энергию, трансформируя ее в органическое вещество, а остальные только ее потребляют, поэтому продукция экосистемы в целом зависит от соотношения расхода энергии растениями на фотосинтез и дыхание. В неблагоприятных условиях, при стрессовых нагрузках расходы на дыхание организмов увеличивается, и продукция экосистемы снижается.