Основные процессы в экосистемах.

Как видно из распределения организмов в структуре экосистем, должно существовать как минимум два противоположных процесса — создание органического вещества и его разложение. Помимо процессов продуцирования (биосинтез) и деструкции, в экосистемах существует — биоконцентрирование, самоочищение. Процесс создания органического вещества отражается в их продуктивности, к которая тесно связана с потоком энергии, проходящем через каждую экосистему.

Существует 2 основных пути продуцирования органических веществ:

1 путь: фотосинтез у зеленых растений. Идет по схеме:

6CO2 + 6H2O  C H + 12O2

Во время световой фазы из неорганических соединений создаются углеводы и в окружающую среду выделяется О2. во время темной фазы О2 поглощается. У различных растений существует 2 направления фиксации СО2:

1. — цикл Кальвина (С3) — пентозофосфатный цикл.

2. — цикл дикарбоновых кислот (С4).

Растения, имеющие также циклы связывания СО2, имеют принципиальные физиологические различия, по-разному реагируют на свет, температуру и влажность.

У С₃ растений (рис, пшеница, картофель, овощи) максимальная интенсивность фотосинтеза наблюдается при умеренной освещенности и температуре; высокие температуры и яркий солнечный свет подавляют фотосинтез. Чтобы произвести 1г сухого органического вещества С3 растениям необходимо до1л воды.

У С₄ растений (злаков, однолетних и двудольных растений) существует высокая адаптивность к яркому свету и высоким температурам, они более эффективно используют воду, чтобы произвести 1 г сухого органического вещества С4 растениям необходимо не менее 400г воды.

Фотосинтез происходит почти по всей поверхности Земли по суши и в слое воды в пределах досягаемости солнечных лучей (до 200м), создает огромный геохимический эффект и может быть выражен во влечении в биотический круговорот не только углерода, но и биогенов — азота, фосфора, серы и металлов — K, Na, Ca, Mg, Al. Фотосинтез осуществляет хлорофилл, содержащийся в растениях, водорослях и бактериях.

2 путь: хемосинтез, осуществляется в основном бактериями, которые получают энергию в результате химического окисления простых неорганических соединений:

Аммиак NH3 нитриты (NO2)‾ нитраты (NO3)‾;

Сульфиты  Сера;

Fe (II в)  Fe(III в).

К хемосинтезирующим организмам относят: нитрификаторы, карбоксибактерии, сульфат редуцирующие бактерии. Они живут в осадках, почвах, донных океанических отложениях, способны функционировать при полном отсутствии солнечного света. Хемосинтез характерен для организмов в геотермальных источниках.

Большинство растений и микроорганизмов являются практически полностью автотрофными, но некоторые виды нуждаются в ростовых веществах, которые они сами синтезировать не могут, и должны получать их из среды или от симбиотических организмов. Следовательно, такие организмы являются частичными (факультативными) гетеротрофами, называются — ауксотрофными.

Четкое разделение на автотрофов и гетеротрофов сложилось только для эволюционно развитых форм жизни. Многие виды бактерий, грибов и высших водорослей приспособлены к иному способу существования и могут с автотрофного переключиться на гетеротрофное питание, а также жить и в присутствии и в отсутствии кислорода. Так для районов с полярной ночью показано, что летом организмы фитопланктона действуют как продуценты, а в течении зимней ночи способны утилизировать органическое вещество, накопившееся в воде, то есть ведут себя как консументы - потребители.

Валовая первичная продукция (ВПП, брутто продукция, Р, Рg)— все органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессах фотосинтеза, хемосинтеза.

Часть таких веществ окисляется в процессе дыхания растений в темновой фазе фотосинтеза, и в конечном счете рассеивается в виде тепла.

Чистая первичная продукция (ЧПП, нетто продукция - Рn) — разность между ВПП и затратами на дыхание(ЧПП=ВПП-Д).

КПД фотосинтеза = ЧПП/ВПП или (Рn/Рg). Этот коэффициент велик у быстро растущих однолетних трав (0.7 – 0.85), но мал во влажном тропическом лесу (0.2 – 0.3).

Около 20% органического вещества и его энергии расходуется в процессе дыхания растений.

Основными характеристиками экосистем являются — продуктивные коэффициенты ВПП/биомасса или ЧПП/биомасса. Чаще всего употребляется ЧПП/биомасса, но в другой форме: (P/B) П/Б. так коэффициент близок к 1 в фитоценозах однолетних трав, мал в лесных сообществах и в биоценозах, состоящих из крупных организмов с большой продолжительностью жизни. Для планктона, имеющего быстрое размножение, быстрое продуцирование и короткий жизненный цикл, коэффициент П/Б значительно больше 1.

Количественно первичную продукцию выражают в процентах к сырой (сухой) массе растений или водорослей или в соответствующих энергетических единицах.