12. Энергетика экосистем. Закономерности трансформации энергии в системе трофических уровней. Закон пирамиды энергий, или закон 10% р. Линдемана.

Энергетика экосистемы- совокупность потоков энергии в экосистему, ее преобразования и выхода.

Поток вещества - перемещение вещества в форме химических элементов и их соединений от продуцентов к редуцентам (через консументы или без них).

Поток энергии - переход энергии в виде химических связей органических соединений (пищи) по цепям питания от одного трофического уровня к другому (более высокому).

В отличие от веществ, которые постоянно циркулируют по разным блокам экосистемы и всегда могут вновь входить в круговорот, поступившая энергия может быть использована только один раз.

Как универсальное явление природы, односторонний приток энергии обусловлен действием законов термодинамики: 1. Энергия может переходить из одной формы (энергия света) в другую(энергия пищи), но никогда не создается вновь и не исчезает.

2. Не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потери некоторой её части в виде тепла, т.е. нет преобразований энергии со 100% эффективностью.

Таким образом, функционирование всех экосистем определяется постоянным притоком энергии, которая необходима всем организмам для поддержания их существования и самовоспроизведения.основная доля энергии тратится на жизне­дея­тель­ность организмов.

Экологическая пирамида: при переходе с низших трофических уровней на более высокие уменьшаются количество заклю­чен­ной в организмах энергии, общая биомасса организмов и число организмов.

Закон пирамиды энергий Р.Линдемана в 1942г. - при переходе с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой потребляется в среднем 10% энергии биомассы.

Потери энергии составляют около 90% при каждом переходе через трофическую цепь. Например, если энергия растительного организма составляет 1000 Дж, то при полном поедании его травоядным животным в теле последнего ассимилируется всего 100 Дж, в теле хищника 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то в его теле ассимилируется только 1 Дж энергии, то есть 0,1%.

С переходом на новый трофический уровень происходит 10-кратное увеличение концентрации токсических веществ. Устрица может содержать в 70 000 раз больше ДДТ( - инсектицид) чем в воде, где она обитает. В конечном счете человек — суперхищник в социоприродной экосистеме, находясь в конце трофической цепи, страдает больше других биологических организмов.

13. Функциональное устройство экосистем.

Экосистема — это совокупность живых организмов и среды их обитания, в рамках которой осуществляется круговорот веществ и преобразование потоков энергии.

Экосистема состоит из двух компонентов: абиотического и биотического. К абиотическому компоненту экосистемы относятся химические и физические элементы неживой природы.

Составляющие биотического компонента экосистемы классифицируются по следующим признакам:

• - по способу питания (автотрофы и гетеротрофы);

• - по функциям в экосистеме (продуценты, консументы, редуценты).

Автотрофы по функциям в экосистеме являются продуцентами. Гетеротрофы по функциям в экосистеме могут быть консументами и редуцентами.

Автотрофы, или продуценты - организмы, производящие органическое вещество из неорганических соединений (воды, углекислого газа, аммиака, нитратов, фосфатов и др.). В качестве источника энергии автотрофы могут использовать солнечный свет (фотоавтотрофы) или энергию химических реакций (хемоавтотрофы). Автотрофными организмами являются растения, водоросли, некоторые виды бактерий.

Гетеротрофы - организмы, потребляющие готовое органические вещества, но не способные сами его создавать. для получения веществ и энергии(животные, грибы, большинство бактерий).

В зависимости от источников питания и участия в процессе деструкции (разрушения) органического вещества гетеротрофы подразделяются на консументы и редуценты.

Консументы - гетеротрофные организмы, потребляющие готовые органические вещества, но не доводящие их разложение до неорганических веществ (растительноядные животные, различные хищники и паразиты).

Детритофаги — организмы, питающиеся мертвым органическим веществом остатками растений и животных. гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги — очищают экосистемы. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов.

Редуценты - гетеротрофные организмы, разлагающие органическое вещество до неорганических соединений (бактерии, низшие грибы). Участвуют в минерализации, очищают окружающую среду от органических отходов и возвращают вещества в круговорот, трансформируя их в формы, доступные для растений. Любая трофическая цепь питания заканчивается редуцентами.

рис. схема переноса вещества и энергии в экосистеме

Образование и разложение органических веществ - наиболее важные процессы, происходящие в любой экосистеме.

Различают два типа трофических пищевых цепей:

Цепи выедания (или пастбищные) − пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям.

Цепи разложения (или детритные) − пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, идут к мелким животным и микроорганизмам. Питательные элементы, которые содержатся в детрите, будут повторно использованы, минуя стадию разложения. Например, листовой опад, может быть потреблен детритофагами – дождевыми червями, а те будут съедены птицами.