11. Пирамиды энергетических потоков, численностей и биомасс.

Продуктивность экосистем

Трофическую структуру экосистемы измеряют энергией, по численности осо­бей на единицу площади за единицу времени или биомассй. Эту структуру изобра­жают в виде экологических пирамид.

Пирамиды энергетических потоков. С каждым переходом от одного трофиче­ского уровня к другому в пределах пищевой сети совершается работа и в окружаю­щую среду выделяется тепловая энергия, а количество энергии высокого качества, используемой организмами следующего трофического уровня снижается.

В дикой природе около 10 % доступной высококачественной энергии одного трофического уровня трансформируется в доступную химическую энергию в организмах следующего уровня. Оставшаяся энергия используется для поддержания жизнедеятельности организмов, но большая часть теряется в окружающей среде как тепловая энергия низкого качества.

Пирамиды энергетических потоков и расходов энергии на диаграмме свиде­тельствуют о том, что чем длиннее пищевая сеть, тем больше теряется полезной вы­сококачественной энергии.

Рис. Обобщенные пирамиды энергетических потоков и расходов энергии.

Пирамиды численностей показывает численность организмов на каждом тро­фическом уровне. Пирамида численностей для луга и большинства других экоси­стем сужается при продвижении от уровня продуцентов к более высоким трофиче­ским уровням. Но для некоторых экосистем, например леса, пирамиды численно­стей имеют перевернутую форму.

Пирамиды биомасс. Сухой вес всех органических веществ, содержащихся в организмах экосистемы называется биомассой (кг/м2). Для большинства наземных экосистем суммарная биомасса каждого последующего трофического уровня уменьшается. В водных экосистемах пирамида может выглядеть перевернутой, с биомассой консументов, преобладающей над биомассой продуцентов.

Основанием экологической пирамиды служит первый уровень продуцентов, а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды. Пирамиды численностей и биомассы могут быть обращенными, т.е. основание может быть меньше, чем один или несколько верхних этажей. Так бывает, когда средние размеры продуцен­тов меньше размеров консументов. Энергетическая пирамида всегда будет сужаться к верху, если учитываются все источники пищевой энергии в системе.

Продуктивность экосистем. Скорость, с которой растения производят полез­ную химическую энергию или биомассу, называется валовой первичной продуктив­ностью.

Чистая первичная продуктивность - это количество энергии, созданной расте­ниями на единице площади за единицу времени (ккал/м в год).

Продуктивность консументов называется вторичной продуктивностью.

12. Круговорот веществ в природе (геологический, биохомический). Круговорот углерода, азота, воды

Фундаментальным свойством экосистем является круговорот веществ и энергии. Различают два типа круговорота вещества: Большой - геологический, абиотический и; Малый - биотический (биологический). Между этими типами кру­говорота существуют взаимообусловленные связи и единства, а также качественные различия.

Большой круговорот происходит в течение сотен тысяч или миллионов лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, выветрива­нии. Продукты выветривания сносятся потоками воды в Мировой океан. Здесь они образуют морские напластования. Крупные медленные геотектонические изменения в течение длительного времени приводят к возвращению напластований на сушу. Процесс начинается вновь.

Малый круговорот является частью большого и совершается с участием жи­вых организмов. Основной принцип работы малого круговорота: зеленые растения поглощают световую энергию солнца, создают из неорганических веществ органи­ческие, т. е. первичную растительную продукцию для животных, бактерий. Живот­ные превращают первичную растительную продукцию во вторичную животную. Абактерии и грибы разрушают первичную растительную и вторичную животную продукцию до минеральных веществ.

Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнеч­ной энергии или энергии химических реакций называется биогехомическим круго­воротом.

Круговорот углерода

Влияние человека на круговорот углерода: поступление диоксида углерода в атмосферу в результате сжигания энергоносителей ведет к глобальным изменениям в отношении теплового баланса биосферы.

Круговорот азота. Азот входит в состав аминокислот белка и нуклеиновых кислот. N2-78% в атмосфере. В живых органах-3% азота.

Влияние человека на круговорот азота: 1) массовое производство азотных удобрений и их использование приводит с одной стороны к избыточному накоплению нитратов; 2) с другой стороны к потерям из-за отчуждения урожая, вщелачивания и денитрификации; 3) поступление оксидов азота в атмосферу при сжигании то­плива. Последствия: в крупных городах под воздействием ультрафиолетового излу­чения солнца диоксиды азота в результате фотохимических реакций приводят к об­разованию фотохимического смога; 4) компонент кислотных дождей.

Круговорот воды или гидрологический цикл, в процессе которого происхо­дит накопление, очистка и перераспределение планетарного запаса воды.

Важнейшими процессами этого круговорота являются испарение (превращение воды в водяной пар), конденсация (превращение водяного пара в капли жидкости); осадки (дождь, измосрось, снег); и сток воды назад в море для возобновления цик­ла.

Влияние человека на круговорот воды: забор больших количеств пресной во­ды из рек, озер и водоносных горизонтов, что приводит к истощению водных ресур­сов; сведение растительности - приводит к уменьшению просачиваемости вод под землю, увеличению интенсивности поверхностного стока, усилению эрозии почв.