Роль различных групп организмов в круговороте веществ

Группы организмов	Значение в круговороте веществ
Бактерии	1) Минерализуя растительные и животные остатки, микроорганизмы участвуют в круговороте всех химических элементов, входящих в состав живых клеток.  2) Биомасса растений и животных разлагается микроорганизмами, способными утилизировать целлюлозу, пентозы, крахмал, лигнин, пектиновые вещества, в конечном итоге до углекислоты и воды. Углекислый газ потом используется растениями в процессе фотосинтеза.  3) Бактерии участвуют в круговороте азота. При минерализации животного и растительного белка гнилостные бактерии образуют аммиак, который окисляется нитрифицирующими бактерии в нитриты и затем в нитраты. Как аммонийные соли, так и нитраты служат источником азотистого питания для высших растений, синтезирующих при этом белки своего тела  4) Бактерии осуществляют окисление железа и марганца, отложение солей кальция, окисление метана и водорода, разрушение горных пород продуктами жизнедеятельности и др. Всё это позволяет считать деятельность бактерий мощным геологическим фактором.
Грибы	Обладая богатым ферментным аппаратом, грибы активно разлагают попадающие в почву остатки животных и растений, способствуя образованию плодородного слоя почвы.
Растения (включая водоросли)	Растения служат для того, чтобы синтезировать неорганические вещества. Например фотосинтез - процесс синтезирования неорганических веществ на свету. Таким образом углекислый газ синтезируют до кислорода. Так же они берут питательные вещества из почвы, накапливая их в себя и в свои плоды. Эти плоды или стебли и листья растений едят травоядные животные.
Животные	Большое значение имеют животные в формировании ландшафтов. За счет морских, преимущественно одноклеточных, животных с твердым скелетом происходит образование осадочных пород (мела, известняка и др.), залежи которых занимают огромную территорию на поверхности Земли. С деятельностью представителей кишечнополостных животных -- коралловых полипов -- связано возникновение в теплых морях многочисленных коралловых островов, общая площадь которых весьма значительна. Велика роль животных в образовании почвы и коры выветривания. Живущие в огромных количествах в земле мельчайшие круглые верви (нематоды), почвенные клещи (ориботиды), земляные черви, муравьи, жуки и их личинки, млекопитающие (землерои) и другие животные разрыхляют почву, способствуют аэрации и проникновению в нее влаги, обогащают органическими веществами, повышают ее плодородие.

Вопрос 4 необходимо раскрыть содержание трех основных типов экологических пирамид (пирамида чисел, пирамида биомассы, пирамида продукции или энергии), характер питания в экосистемах. Раскрыть содержание циклов основных биогенных элементов и поток энергии в биосфере. На основании знаний трофических связей в природе показать, чем отличается «производство» биосферы от производства человеческого общества.

Экологические пирамиды – это графические модели (как правило в виде треугольников), отражающие число особей (пирамида чисел), количество их биомассы (пирамида биомасс) или заключенной в них энергии (пирамида энергии) на каждом трофическом уровне и указывающие на понижении всех показателей с повышением трофического уровня. Все экологические пирамиды строятся по одному правилу, а именно: прежде всего, в основании любой пирамиды находятся зеленые растения. Также при построении пирамид учитывается закономерное уменьшение от основания каждой пирамиды к ее вершине численности особей (пирамида чисел), их биомассы (пирамида биомасс) и проходящей через пищевые цепи энергии (пирамида энергии). Различают три типа экологических пирамид.  1. Пирамида чисел (численностей) - отражает численность отдельных организмов на каждом уровне. Обычно в экологии пирамида численностей употребляется редко, так как из-за большого числа особей на каждом трофическом уровне очень трудно отобразить структуру биоценоза в одном масштабе.  Чтобы уяснить себе, что такое пирамида чисел, можном привести такой пример. Предположим, что мы имеем в основании нашей пирамиды 1000 тонн травы, массу которой составляют сотни миллионов отдельных травинок. Этой растительностью смогут прокормиться 27 млн. кузнечиков. Такому обилию пищи будут рады около 90 тыс. лягушек. Сами лягушки могут служить едой 300 форелям в пруду. А это количество рыбы может съедать за год всего только один человек! Таким образом, в основании пирамиды несколько мотен миллионов травинок, а на ее вершине – один человек. Такова наглядная потеря вещества и энергии при переходе с одного трофического уровня на другой. Иногда случаются исключения из правила пирамид, и тогда мы имеем дело с перевернутой пирамидой чисел. Это можно наблюдать в лесу, где на 1 дереве живут насекомые, которыми питаются насекомоядные птицы. Таким образом, численность продуцентов оказывается меньше, нежели консументов. 2. Пирамида биомасс - соотношение между продуцентами и консументами, выраженное в их массе (общем сухом весе, энергосодержании или другой мере общего живого вещества). Обычно в наземных биоценозах общий вес продуцентов больше, чем консументов. В свою очередь общий вес консументов первого порядка больше, нежели консументов второго порядка и т.д. Если организмы не слишком различаются по размерам, то на графике обычно получается ступенчатая пирамида с суживающейся верхушкой.  Американский эколог Роберт Риклефс так объяснял структуру пирамиды биомасс: «В большинстве наземных сообществ пирамида биомасс сходна с пирамидой продуктивности. Если собрать все организмы, обитающие на каком-нибудь лугу, то вес растений окажется гораздо больше веса всех прямокрылых и копытных, питающихся этими растениями. Вес этих растительноядных животных в свою очередь будет больше веса птиц и кошачьих, составляющих уровень первичных плотоядных, а эти последние также будут превышать по весу питающихся ими хищников, если таковые имеются. Один лев весит довольно много, но львы встречаются столь редко, что вес их, выраженный в граммах на 1 м² окажется ничтожным». Зачастую, как и в случае с пирамидами чисел, можно получить так называемую обращенную (перевернутую) пирамиду биомасс, когда биомасса продуцентов оказывается меньшей, чем консументов, а иногда и редуцентов, и в основании пирамиды находятся не растения, а животные. Это касается в основном водных экосистем. Например, в океане при довольно высокой продуктивности фитопланктона общая масса его в данный момент может быть меньше, чем у зоопланктона и конечного потребителя-консумента (киты, крупные рыбы, моллюски). 

3. Пирамида энергии - отражает величину потока энергии, скорость прохождения массы пищи через пищевую цепь. На структуру биоценоза в большей степени оказывает влияние не количество фиксированной энергии, а скорость продуцирования пищи. 

В 1942 г. американский эколог Р. Линдеман сформулировал закон пирамиды энергии, согласно которому с одного трофического уровня на другой через пищевые цепи переходит в среднем около 10% энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды. Остальная часть энергии тратится на обеспечение процессов жизнедеятельности. Организмы в результате процессов обмена теряют в каждом звене пищевой цепи около 90% всей энергии.  Следовательно, к примеру, для получения 1 кг окуней должно быть израсходовано примерно 10 кг рыбьей молоди, 100 кг зоопланктона и 1000 кг фитопланктона. В случае древесных растений эта доля много ниже из-за того, что древесина плохо усваивается организмами. Для трав и морских водорослей эта величина значительно выше, поскольку у них отсутствуют трудноусвояемые ткани. Однако общая закономерность процесса передачи энергии сохраняется: через верхние трофические уровни ее проходит значительно меньше, чем через нижние. Вот почему большие хищные животные всегда редки, и не существует хищников, которые питались бы волками. В таком случае они просто не прокормились бы, настолько волки немногочисленны. Согласно закона Р. Линдемана, нельзя без риска разрушить экосистему изымать с любого уровня трофической пирамиды более 10 процентов вещества в сухом весе. Человечество и крупные животные как консументы высшего порядка могут рассчитывать вместе только на 1 процент первичной продукции растений. Люди же в настоящее время потребляют и попутно разрушают в сорок раз больше. Это обрекает дикие животные и другие организмы на неизбежное исчезновение. Вместе с ними неминуемо должен исчезнуть и человек как биологический вид, если он своевременно не примет мер по самоограничению.

 Численность некоторых видов животных в заповеднике и в

лесном фонде

(Доклад о состоянии окружающей природной среды

по Брянской области в 1998, 2002, 2003 году)

Животные	Численность особей
	1998		2002			2003
	заповедник	лесной фонд	заповедник	лесной фонд	заповедник		лесной фонд
Лось	65	1020	164	890	91		850
Кабан	195	1810	465	1780	220		1830
Олень европейский	68	340	53	230	24		230
Косуля	195	4700	297	3920	207		3670
Заяц	390	8700	175	7800	385		8100
Белка	297	43800	543	39900	163		38900
Горностай	–	3900	52	2800	66		3900

В данной таблице мы отчетливо видим во сколько раз и как с каждым годом меняется количество видов отдельно взятых животных. И мы можем отметить особую роль которую выполняют Природоохранные комплексы, заповедники и т.д. С каждым годом число особей того или иного вида сокращается. Природоохранные комплексы способствуют численному пополнению того или иного вида животных, которые в свою очередь поддерживают нашу экологическую систему.