"Биология (изд. «Просвещение»)", Сухорукова Л.Н., Кучменко B.C.
В экосистеме вещества переходят между организмами, почвой, водой и атмосферой, а энергия передаётся по цепям питания. Продуценты запасают энергию в органических веществах, консументы получают её с пищей, редуценты разлагают остатки и возвращают минеральные вещества в среду. Поэтому вещества могут использоваться повторно, а энергия движется только в одном направлении и постепенно рассеивается как тепло. Понимание этих процессов помогает объяснить, как связаны организмы и неживая природа.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Круговорот веществ — переход химических элементов и соединений между организмами и неживой природой. Например, минеральные вещества из почвы попадают в растения, затем — к животным, а после разложения остатков снова оказываются в среде. Это понятие помогает понять, почему одни и те же вещества могут многократно использоваться в экосистеме.
Поток энергии — передача энергии по цепям питания от одного трофического уровня к следующему с её рассеиванием в виде тепла. Часть энергии пищи организмы тратят на жизнедеятельность, поэтому дальше передаётся только её доля. Понятие показывает, почему экосистеме необходим постоянный источник энергии.
Продуценты, консументы и редуценты — группы организмов, которые создают органические вещества, потребляют их или разлагают остатки. К продуцентам относятся растения, к консументам — животные, а к редуцентам — многие бактерии и грибы. Различение этих групп позволяет проследить, как вещества и энергия проходят через экосистему.
Трофический уровень — положение организма в цепи питания, определяемое способом получения пищи. Растение занимает первый уровень, питающееся им животное — следующий, а хищник может находиться ещё выше. Уровни нужны, чтобы сравнивать передачу энергии и составлять экологические пирамиды.
В большинстве экосистем первоначальным источником энергии служит Солнце. Растения и другие продуценты поглощают свет и используют его для образования органических веществ из воды и углекислого газа. Энергия оказывается запасена в этих веществах, поэтому они становятся пищей для организмов следующих звеньев. Так продуценты связывают поступление солнечной энергии с пищевыми цепями.
Когда один организм поедает другой, часть энергии пищи переходит к потребителю. Однако организм не превращает в новую биомассу всю полученную энергию: она нужна для дыхания, движения, роста и других процессов. При этом часть энергии рассеивается в виде тепла, которое не возвращается в цепь питания. Поэтому поток имеет одно направление, а доступная энергия на более высоких трофических уровнях постепенно уменьшается.
Вещества переходят от продуцентов к консументам вместе с пищей. Животные используют органические вещества для построения своего тела, а непереваренные остатки выводят в окружающую среду. После смерти организмов также остаются органические остатки. Они и отходы становятся материалом для редуцентов, поэтому вещества не исчезают после того, как организм перестаёт жить.
Редуценты разлагают сложные органические остатки до более простых минеральных веществ. Эти вещества попадают в почву, воду или атмосферу и снова становятся доступными продуцентам. Так замыкается обмен между живой и неживой природой: растения получают вещества из среды, а разложение возвращает их обратно. Без этого возвращения доступные продуцентам запасы постепенно сокращались бы.
Круговорот веществ и поток энергии связаны, но устроены по-разному. Вещества многократно переходят между средой и организмами, а энергия проходит через пищевые связи и рассеивается. Поэтому для веществ можно проследить возвращение к исходной среде, но энергия не возвращается к Солнцу и затем к продуцентам. Чтобы поток продолжался, источник энергии должен постоянно пополнять экосистему.
| Характеристика | Круговорот веществ | Поток энергии |
|---|---|---|
| Направление перемещения | Вещества переходят из среды к организмам и возвращаются в среду. | Энергия передаётся от одного трофического уровня к следующему. |
| Участие живой и неживой природы | Включает организмы, почву, воду и атмосферу. | Проходит через организмы; его источник обычно находится вне пищевой цепи. |
| Роль продуцентов | Поглощают минеральные вещества и создают органические. | Запасают поступившую энергию в органических веществах. |
| Роль консументов | Получают вещества с пищей и передают их дальше. | Получают часть энергии, содержащейся в пище. |
| Роль редуцентов | Возвращают минеральные вещества в окружающую среду. | Используют энергию остатков, которая в итоге рассеивается как тепло. |
| Что происходит при переходе между трофическими уровнями | Вещества передаются с пищей и могут продолжить круговорот. | Часть энергии расходуется и рассеивается, поэтому её становится меньше. |
| Замкнутость процесса | Процесс замкнут благодаря возвращению веществ в среду. | Процесс не замкнут: энергия проходит через экосистему и рассеивается. |
Сравнивайте процессы по строкам: так видно, что у них общие участники, но разные результаты перемещения. Например, продуценты участвуют и в круговороте веществ, и в передаче энергии, однако вещества могут вернуться к ним, а энергия — нет. При разборе конкретной цепи сначала проследите, куда переходят вещества, а затем — как уменьшается энергия.
Расположите звенья «трава, заяц, лиса, бактерии и грибы» по их роли в круговороте веществ и укажите, куда попадают минеральные вещества после разложения остатков. Нужно определить, кто создаёт органическое вещество, кто им питается и кто разлагает остатки. Затем проследить путь веществ после смерти организмов.
Ответ: трава — продуцент, заяц и лиса — консументы, бактерии и грибы — редуценты. После разложения минеральные вещества попадают в почву, воду или атмосферу.
В цепи «растение — гусеница — птица» растение запасло 10 000 кДж энергии. Используя правило экологической пирамиды, оцените, сколько энергии может перейти к птице. Нужно учесть оба перехода между тремя трофическими уровнями. На каждом переходе ориентировочно передаётся около 10% энергии предыдущего уровня.
Ответ: к птице может перейти около 100 кДж энергии. Это приблизительная оценка: правило 10% описывает типичную передачу, а не точное значение для каждой экосистемы.
В экосистеме резко сократилась численность редуцентов. Объясните, как это повлияет на возвращение минеральных веществ в почву и на поступление энергии по цепи питания. Здесь важно разделить последствия для круговорота веществ и потока энергии. Уменьшение числа редуцентов напрямую замедляет разложение, а энергетические последствия возникают через состояние продуцентов.
Ответ: остатки будут накапливаться, а возвращение минеральных веществ в почву замедлится. Это может ухудшить условия для растений и косвенно ослабить поступление энергии по цепи питания, но энергия не замыкается в круг и не возвращается редуцентами.
Ошибка: считать, что энергия совершает замкнутый круг, как вещества. Так можно решить, что тепло снова становится доступным растениям, потому что вещества действительно возвращаются в среду. Но энергия проходит через пищевые связи и рассеивается. Проверьте себя: можете ли вы указать звено, которое возвращает рассеянное тепло к продуцентам? Такого звена нет.
Ошибка: полагать, что вещества создаются редуцентами. Их роль легко переоценить, потому что после разложения появляются доступные растениям минеральные вещества. Редуценты не создают химические элементы, а превращают органические остатки и возвращают вещества в среду. Проверка: проследите, были ли эти вещества в остатках до разложения.
Ошибка: считать, что на следующий трофический уровень переходит вся энергия пищи. Пища целиком может быть съедена, и это путают с полной передачей содержащейся в ней энергии. Организм расходует энергию на жизнедеятельность, а часть рассеивается как тепло. Для самопроверки вспомните правило экологической пирамиды: к следующему уровню в среднем переходит лишь небольшая доля, около 10%.
Ошибка: смешивать роли консументов и редуцентов. И те и другие используют органическое вещество, поэтому их функции могут казаться похожими. Но консументы питаются живыми организмами или их частями, а редуценты разлагают мёртвые остатки и отходы. Проверьте классификацию вопросом: организм получает пищу, поедая другое живое существо, или разлагает остатки?
Для понимания круговорота и потока энергии нужны знания о пищевых цепях и о том, чем отличаются продуценты, консументы и редуценты. Также важно представлять, что организмы связаны с неживой средой и получают из неё вещества. Эти знания позволяют проследить путь вещества и энергии от одного звена экосистемы к другому.
Понимание передачи энергии пригодится при изучении экологических пирамид: с их помощью сравнивают количество энергии на разных трофических уровнях. Связь организмов с круговоротом веществ помогает объяснять устойчивость экосистем и последствия влияния человека на природу. Например, нарушение состава сообщества может изменить и пищевые связи, и возвращение минеральных веществ.
Почему круговорот веществ называют круговоротом, а передачу энергии — потоком?
Вещества переходят из неживой среды в организмы, а затем возвращаются в почву, воду или атмосферу. Энергия проходит через организмы по цепи питания и рассеивается как тепло, поэтому не возвращается к началу процесса.
Какую роль редуценты играют в экосистеме?
Редуценты, например бактерии и грибы, разлагают мёртвые организмы и отходы. При этом органические вещества превращаются в минеральные, которые снова могут использовать продуценты.
Почему количество энергии уменьшается при переходе по цепи питания?
Организмы расходуют часть полученной энергии на движение, рост и другие процессы. Значительная часть рассеивается в виде тепла, поэтому к следующему трофическому уровню переходит лишь часть энергии.
Возвращается ли энергия, рассеянная в виде тепла, к продуцентам?
Нет, рассеянное тепло не возвращается к продуцентам и не начинает движение по цепи заново. Для поддержания потока энергии экосистеме нужен постоянный источник, которым обычно служит Солнце.
Что произойдёт с экосистемой, если в ней станет мало редуцентов?
Разложение остатков замедлится, и в экосистеме станет накапливаться мёртвое органическое вещество. Минеральные вещества будут медленнее возвращаться в почву и воду, поэтому продуцентам станет труднее их получать.
Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме
