Урок 15 Екосистеми як біологічні системи

біологічні

Біосфера - найвищий рівень організації над особистістю - земне життя, що населяє частину географічної оболонки (атмосфера, гідросфера, літосфера) - загальне життя теорії Землі Гея: - Теорія біосфери Джеймса Ловелока - Гея: грецька міфологічна фігура, богиня, земля - ​​бог згідно з теорією, Гея - це наземна екологічна система (глобальна екосистема), тобто поєднання біосфери та неживого середовища (атмосфера, гідросфера, літосфера) - система саморегулювання

- для формування та виживання життя, відповідних умов навколишнього середовища, ця система саморегулювання підтримувалась і підтримується людською цивілізацією, у своїй власній діяльності створювала дедалі більше штучне середовище існування з глобальної екосистеми, її згубний вплив призвів до такі проблеми, як: - вибух населення - підвищення соціальної напруженості (що спричиняє безробіття, вживання наркотиків, злочинність, інфекційні хвороби) - спалювання широкомасштабних викопних (невідновлюваних) джерел енергії

Наслідки: викид великої кількості парникових та кислотних дощових газів (CO2, SO2, NOX) у повітря кислотним дощем глобального потепління - зменшення концентрації стратосферного озону, збільшення шкідливого УФ-випромінювання, що потрапляє на поверхню (врожайність рослин зменшується, ризик розвитку певні типи раку шкіри) - в результаті акценту на споживчому підході склалася екологічна криза (відходи, проблеми біорізноманіття).

Екосистема = екологічна система - ансамбль асоціацій та середовища існування, тому вона складається з живих та неживих частин, але як екосистема ми можемо вивчати багато різних систем, напр. озеро, калюжа, ліс, луг, біосфера тощо. - його робота регулюється регулюванням, яке адаптується до впливу навколишнього середовища, наприклад в лісі популяція бука має певну кількість особин, якщо буря скидає 20 старих особин, особини замінюються кількістю популяцій і чим різноманітніше асоціація, тим легше адаптуватися

- характерні процеси: циркуляція матеріалу та енергетичний потік Матеріальна циркуляція: циркуляція речовини в екосистемі - в живій частині екосистеми, в асоціації: речовина рухається між рівнями живлення популяцій - типами рівня живлення: - рівнем виробників: неорганічна речовина з неживого середовища популяції фотосинтезаторів (рослин) популяції хемосинтезаторів (бактерій) - рівень споживачів (споживачів): вони здатні створювати органічні сполуки лише з органічної речовини, що виробляється виробниками

популяції гетеротрофних організмів (тварини, люди) - первинні споживачі: рослиноїдні тварини - вторинні споживачі: хижаки, всеїдні - третинні споживачі: хижаки, що споживають хижаків, всеїдні головні хижаки: споживачі, які не мають споживача, навіть слона - рівні розкладачів: популяції гетеротрофних організми (бактерії, гриби, тварини - створюють власну органічну речовину з органічної речовини мертвих організмів на різних рівнях - перетворюють органічну речовину назад в неорганічну речовину, підтримуючи таким чином кругообіг речовини в природі

Система взаємозв’язків рівня харчування

Матеріальний обіг у життєвій спільноті

В екосистемі популяції утворюють лінійні харчові системи, харчові ланцюги Типи харчових ланцюгів: - травоїдний (званий хижак) харчовий ланцюг - паразитичний харчовий ланцюг - харчовий ланцюг, що харчується віком (так званий сапрофітний)

- в екосистемі харчові ланцюги взаємопов’язані, утворюючи харчову мережу - чим більше точок харчових ланцюгів пов’язано між собою, тим стабільнішою є спільнота життя

Потік енергії: - асоціації екосистем є відкритими матеріальними системами, для їх роботи потрібна зовнішня енергія, ця енергія (для більшості асоціацій) є світловою енергією Сонця - поглинена світлова енергія на рівні виробників перетворюється в хімічну енергію під час фотосинтез доля накопиченої хімічної енергії: - значна частина енергії використовується в складних життєвих процесах, при цьому також генерується теплова енергія, яка виділяється в навколишнє середовище - хімічна енергія знищеного виробника досягає рівня розкладачів

- що залишилася енергія досягає рівня споживачів, є значні втрати енергії між рівнем виробників і споживачів - також на рівні споживачів хімічна енергія частково використовується в їх енергоємних процесах і виділяється в навколишнє середовище у вигляді теплова енергія; розкладачі - розкладачі використовують частину своєї хімічної енергії в своїх енергоємних процесах, розкладають органічні сполуки на неорганічні сполуки і виділяють виділену енергію в навколишнє середовище

Потік енергії між рівнями харчування

Потік енергії є одностороннім процесом, енергія вступає в асоціацію, зменшується при переході на кожен рівень і, врешті-решт, виходить із системи. Причиною втрат енергії між кожним харчовим рівнем є: - частина енергії на цих рівнях споживається для життя функції, - фекалії та енергія виходять з рівня виробників та споживачів до рівня розкладачів - частина хімічної енергії на рівнях також виділяється у вигляді теплової енергії Постійне поповнення необхідне через втрату енергії.

В екосистемі потік речовини та потік енергії нероздільні: - потік речовини може відбуватися з енергією - енергія, що зберігається в речовині, переміщується між рівнями живлення

Потік матеріалу та потік енергії

Біологічне виробництво, біомаса та екологічні піраміди Біологічне виробництво: рівні процесу виробництва (або перетворення) органічної речовини в екосистемі: - первинне виробництво: створення органічної речовини виробниками - вторинне виробництво: органічна речовина споживачами та створення розкладачів (насправді тільки перетворення) Біомаса: кількість органічної речовини на одиницю площі основні компоненти: фітомаса - рослинна біомаса, зоомаса - біомаса тварин

Екологічні піраміди: - представляють кількісні взаємозв'язки харчових взаємозв'язків екосистеми - форма піраміди є результатом втрат енергії між кожним харчовим рівнем - її типами: - кількість особин (або харчова) піраміда: показує зміну кількості особин за рівнем харчування: - показує розвиток енергії - енергетична піраміда: показує розвиток енергії за рівнем харчування

Урок 16 Екосистемний матеріальний оборот

Кількість всієї речовини на Землі залишається незмінним з моменту появи життя: - вона використовувала одну і ту ж речовину багато разів з моменту її еволюції - речовина циркулювала в екосистемах, змінюючись і приймаючи різні форми - Біогеохімічний метаболізм екосистем: - в живій частині екосистем в біохімічних процесах в неживій частині в геохімічних процесах - кругообіг AC, O, N, H2O, P

Вуглецевий цикл виробляє СО2 шляхом обміну газом із повітря або води, включаючи вуглець СО2 в отриману органічну сполуку під час їх фотосинтезу (в основному утворюється глюкоза, інші типи органічних сполук утворюються з глюкози). Розкладається в процесі біологічного окислення, утворюються СО2 і вода (виділяється хімічна енергія), СО2 повертається в навколишнє середовище за допомогою газообміну

Джерелом вуглецю споживачів є органічна речовина виробників, прямо чи опосередковано доля поглинених органічних сполук: частина з них викидається назад в атмосферу у вигляді СО2 під час видиху (утворюється при біологічному окисленні), частина входить у споживчі організми як вуглець у власних органічних сполуках

З загибеллю виробників і споживачів вуглець в їх органічних сполуках переходить до рівня організмів, що розкладаються, декомпозитори перетворюють частину органічних сполук у власні органічні сполуки, більшість органічних сполук повністю розкладаються і вуглець повертається до навколишнього середовища у вигляді СО2. зазвичай дуже повільно утворюються перші гумінові сполуки, з яких СО2 вивільняється поступово.

Якщо розкладання безкисневе протягом мільйонів років, з органічних залишків утворюється сира нафта, природний газ та вугілля. Зберігається в них вуглець, таким чином, залишається поза обігом на довший проміжок часу. Людина виводить на поверхню нафту шляхом видобутку, а потім використовує вугілля. Під час використання виділяються вуглекислий газ та оксид вуглецю, завдяки чому вуглець повертається до циклу. Іноді вулканічна активність також викидає в повітря вуглецеві гази. Його рухи кори виводять вапняк на поверхню в кислій воді або кореневі кислоти рослин виділяють СО2, який повертається в атмосферу

CO2 + H2O = H2CO3 = HCO3- + H3O + від HCO3- CO3-- CO3-- + Ca ++ = CaCO3 CaCO3 + H2CO3 = Ca ++ + 2HCO3- Ca ++ + 2HCO3- = CaCO3 + CO2 + H2O

Кисневий цикл - 21% повітряних газів складає кисень. Вміст кисню у воді та ґрунті також надходить із повітря. - Виробники кисню: фотосинтезуючі організми - Потреби кисню (споживачі): - біологічно розкладаються організми (аеробні організми) - промисловість, сільське господарство, транспорт, домогосподарства

Кругообіг азоту - Існує кілька способів циркуляції азоту: - NOx утворюється під час атмосферних електричних розрядів (блискавки) і, подібно до NO2, NO3 - осідає в ґрунті опадами - вільно живучим ґрунтом та деякими рослинами. Азотзв’язуючі бактерії в корі відновлюють молекули азоту в ґрунтовому повітрі до NH3, NH3 перетворюється в нітрати нітрифікуючими бактеріями в ґрунті

- Нітрати утворюються в найбільшій кількості при розкладанні органічних N-сполук мертвих і забруднених організмів. розщеплення відбувається під час процесу бактеріями та грибами, аміак утворюється з N-сполук (амоніфікація), нітриту, а потім нітратно-іонного аміаку (нітрифікація) іон. Азот вбудовується в їх органічні N-сполуки Тварини забезпечують свої потреби в азоті з органічних N-сполук рослин завдяки своєму харчуванню.

- Анаеробні денітрифікуючі бактерії перетворюють нітрати назад у молекулярний азот, який виділяється в повітря в процесі зменшення вмісту азоту в грунті, який може засвоюватися рослинами.

Кругообіг води - Відмінність від циклу інших досліджуваних речовин полягає в тому, що лише 1% води, яка бере участь у циклі, включається в біосферу

Цикл фосфору - Вода розчиняє фосфати з гірських порід, фосфати потрапляють у прісну та морську воду та ґрунт - Рослини поглинають фосфор з водних розчинів неорганічних сполук, у формі фосфату водню - Фосфорсодержащая вода або фосфор від тварин при прямому або непрямому споживанні їжі - Органічні Р-сполуки мертвих організмів розщеплюються бактеріями до фосфорсодержащих неорганічних сполук, які можуть засвоюватися рослинами

- Велика кількість фосфору в морській рибі передається хижим птахам, рибоїдним птахам (наприклад, чайкам), фекалії накопичуються у великих птахофермах, гуано містить велику кількість фосфору, гуано видобувають і продають як природне добриво, що містить велику кількість узбережжя фосфору