Фундаментальные процессы в природных экосистемах (биогеоценозах)
Круговорот вещества и поток энергии в природных экосистемах обусловлены тремя фундаментальными процессами, происходящими в экосистемах уже миллиарды лет в том числе: фотосинтез, обмен веществ (метаболизм), распад или разложение мертвого органического вещества.
Реакция фотосинтеза:
Метаболизм или обмен веществ – это совокупность биохимических реакций и превращение энергии в живых клетках, сопровождающихся обменом веществом между организмами и окружающей средой. Именно метаболизм обеспечивает последовательные превращения, использования, накопления и потерю вещества и энергии, позволяющие экосистемам сохраняться, развиваться и самовоспроизводиться. Самым распространенным способом является дыхание организмом, т.е. окисление в живых организмов углеводов до углекислого газа с освобождением воды и выделением энергии. Дыхание – процесс обратный фотосинтеза.
Распад мёртвого органического вещества в природных экосистемах сводится к переходу от более сложных органических веществ к более простым, а в конечном итоге к исходным неорганическим компонентам и возвращению их в окружающую среду.
Пространственная структура экосистемы обусловлена тем, что автотрофные и гетеротрофные процессы в ней разделены в пространстве. Например, в водной среде автотрофные организмы функционируют только в верхнем поверхностном слое водного объекта, хорошо освещенным солнцем и прогретым, а гетеротрофные процессы происходят в толще водной среды и на дне (где свет уже практически не доходит).
Трофические цепи, уровни и пирамиды
Трофическая цепь питания –это цепь передачи внутри экосистемы вещества и энергии от одних организмов к другим. В этом понятии наиболее наглядно проявляется принцип эквивалентности вещества и энергии в природе.
Первым звеном трофической цепи питания в природной экосистеме являются продуценты-автотрофы, способные синтезировать живую материю из неживой. Вторым звеном являются растениеядные консументы – гетеротрофы. Третьим звеном являются плотоядные консументы – гетеротрофы, питающиеся растениеядными консументами. Четвертым звеном – редуценты–гетеротрофы, т.е организмы минерализующие органические остатки.
Биологическая продуктивность экосистем
Продуктивность экосистемы определяется скоростью реакции фотосинтеза, т. е скоростью усвоения лучистой энергии солнца продуцентами-автотрофами накопление его в виде живого органическоговещества.
Биомасса экосистемы – это выраженная вединицах массы или энергии,количество органического вещества в экосистеме,фактически приходящееся на единицу площади или объёма.
Плодородие экосистемы характеризируется биомассой живого органического вещества доступной растениеяднымконсументам, а через них хищным консументам.
Чистая первичная продукция экосистемы – это прирост биомассы, произведенной растениями продуцентами на единицу площади или объему в единицу времени за вычетом биомассой израсходованной ими на дыхание.
Валовая первичная продукция – это общий прирост биомассы произведенный растениями-продуцентами на единицу площади или объема в единицу времени, включая биомассу, израсходованную на дыхание.
На первом трофическом уровне в пищевую энергию превращается не более 2% процентов солнечного излучения, достигающего поверхности земли. Вторичная продукция на каждом последующем трофическом уровне составляет порядка 10% от предыдущей.
Закон пирамиды энергий или правило 10% - это то что с одного трофического уровня на другой в среднем переходит не более 10 % энергии, поступающей на предыдущий трофический уровень.