"Биология. Общие закономерности", Мамонтов С.Г., Захаров В.Б.
Круговорот веществ — непрерывный переход веществ между живыми организмами и неживой природой. Растения и другие продуценты включают воду и минеральные вещества в органические соединения, консументы передают их по цепям питания, а редуценты возвращают простые вещества в почву, воду и атмосферу. Благодаря этому вещества используются повторно. При этом важно отличать их круговорот от потока энергии: энергия поступает главным образом от Солнца и постепенно рассеивается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Круговорот веществ — непрерывное перемещение и преобразование веществ между живыми организмами и неживой природой. Например, атомы могут сначала входить в состав почвенных минеральных веществ, затем стать частью растения и животного, а после разложения снова оказаться в почве. Это понятие помогает увидеть, что вещества не исчезают и не возникают заново в экосистеме, а переходят из одной формы в другую.
Биогенный круговорот — круговорот веществ, в котором важную роль играют живые организмы. Они поглощают вещества из среды, передают их друг другу и возвращают после дыхания или разложения остатков. Термин подчёркивает участие жизни в перемещении веществ, но не означает, что природные процессы происходят только благодаря организмам.
Продуценты — организмы, создающие органические вещества из неорганических, обычно используя энергию света. К ним относятся зелёные растения и водоросли: при фотосинтезе они используют воду и углекислый газ. Благодаря продуцентам вещества неживой природы включаются в пищевые цепи и становятся доступными другим организмам.
Редуценты — организмы, разлагающие органические остатки до простых неорганических веществ. К ним относятся многие бактерии и грибы, перерабатывающие опавшие листья, погибшие организмы и отходы жизнедеятельности. Их работа возвращает минеральные вещества в среду, откуда их снова могут поглотить продуценты.
Сначала вещества переходят из неживой природы к продуцентам. Растения поглощают воду и минеральные вещества корнями, а углекислый газ — из воздуха; энергия света позволяет им создавать органические соединения. Это происходит потому, что неорганические вещества сами по себе не входят в пищевые цепи как готовая пища, а продуценты превращают их в доступный организмам материал. Так начало многих цепей питания связано с работой растений.
Далее вещества переходят к консументам, когда те поедают растения или других животных. Вместе с пищей животное получает органические соединения, которые использует для построения тела и получения энергии при обмене веществ. Не всё съеденное становится частью организма: часть веществ выделяется с продуктами жизнедеятельности, а после смерти тело также может стать пищей для разрушителей. Поэтому вещества перемещаются по цепям питания, но не остаются в них навсегда.
Редуценты перерабатывают остатки организмов и продукты их жизнедеятельности. Они разрушают сложные органические соединения до более простых, в том числе минеральных веществ, которые возвращаются в почву, воду и атмосферу. Это необходимо, потому что без разложения запасы доступных минеральных веществ постепенно оставались бы связанными в остатках. Возвращённые вещества снова поглощаются продуцентами, и цикл продолжается.
Круговорот поддерживается обменом веществ между организмами и средой, но энергия в экосистеме ведёт себя иначе. Она поступает главным образом от Солнца, затем передаётся от продуцентов к консументам и расходуется организмами на жизненные процессы. При каждом переходе часть энергии рассеивается в виде тепла, поэтому она не возвращается к началу цепи и должна поступать снова. Значит, вещества могут многократно использоваться, а поток энергии направлен в одну сторону.
Круговороты воды, углерода, кислорода и азота связаны между собой. Например, фотосинтез одновременно использует воду и углекислый газ и сопровождается выделением кислорода, а дыхание связано с потреблением кислорода и выделением углекислого газа и воды. Одни и те же организмы участвуют в перемещении нескольких веществ, поэтому изменение одного процесса может затронуть сразу несколько циклов. Так, деятельность растений влияет не только на круговорот углерода, но и на содержание кислорода в среде.
| Вещество | Как поступает в организмы | Как возвращается в неживую природу | Роль организмов |
|---|---|---|---|
| Вода | Поглощается корнями растений и поступает с пищей и питьём животным | Испаряется, выделяется организмами и образуется при дыхании и разложении | Организмы поглощают, используют и возвращают воду в среду |
| Углерод | Растения поглощают углекислый газ при фотосинтезе; животные получают углерод с пищей | Углекислый газ выделяется при дыхании и разложении органических остатков | Продуценты связывают углерод, консументы передают его, редуценты возвращают |
| Кислород | Поступает при дыхании; растения используют его и для других процессов обмена веществ | Выделяется растениями при фотосинтезе, возвращается также при разложении | Фотосинтез и дыхание изменяют содержание кислорода в среде |
| Азот | Растения поглощают доступные соединения азота из почвы; животные получают азот с пищей | При разложении азотсодержащих остатков соединения азота возвращаются в почву | Микроорганизмы участвуют в превращениях азота, растения и животные включают его в состав веществ тела |
Сопоставляйте в каждой строке путь вещества в организм с путём его возвращения в среду: так видны основные звенья цикла. Роль организмов показывает, кто поглощает вещество, передаёт его дальше или возвращает после разложения. Таблица описывает общую схему: конкретные пути и скорость круговорота могут различаться.
Условие. Расположите звенья: растение, минеральные вещества, бактерии-разрушители, растительные остатки. Нужно показать, как вещество выходит из почвы, попадает в организм, а затем возвращается. Для этого определим, что происходит с остатками растения после его отмирания.
Ответ: минеральные вещества → растение → растительные остатки → бактерии-разрушители → минеральные вещества. Последнее звено замыкает последовательность и показывает возврат веществ.
Условие. Объясните, как углерод из атмосферного углекислого газа может попасть в организм травоядного животного, а затем вернуться в атмосферу. Необходимо проследить переход вещества, отдельно отмечая, что энергия не движется по замкнутому циклу. Путь проще восстановить, если идти от продуцента к консументу, а затем к процессам возвращения углерода.
Ответ: углекислый газ → растение → травоядное животное → углекислый газ. Вещество проходит через организмы, а энергия, использованная при фотосинтезе, не возвращается по этому пути, а постепенно рассеивается.
Условие. На участке экосистемы резко стало меньше редуцентов. Назовите два последствия для круговорота веществ и объясните, почему они возникают. Сначала выясним, какую работу выполняют организмы этой группы: они разлагают остатки и возвращают простые вещества в среду.
Ответ: первое последствие — накопление органических остатков; второе — замедление возврата минеральных веществ в почву. Оба явления нарушают круговорот и могут повлиять на рост продуцентов, а вслед за ними — на консументов.
Ошибка — считать, что вещества возникают в экосистеме заново. Так можно подумать, если замечать только появление новых листьев или организмов, но для их роста используются уже имеющиеся вещества. Проверка: проследите источник вещества и путь его возвращения в среду.
Ошибка — называть круговоротом веществ движение энергии. Вещества возвращаются и могут использоваться повторно, а энергия передаётся по цепи и рассеивается. Путаница возникает потому, что оба потока связаны с питанием; проверяйте себя вопросом: возвращается ли то, о чём идёт речь, к началу цикла?
Ошибка — приписывать редуцентам создание органических остатков. Остатки образуются из организмов и продуктов их жизнедеятельности, а редуценты уже разлагают их. Чтобы проверить ответ, разделите два процесса: образование остатков и их переработка.
Ошибка — считать, что все вещества возвращаются в среду одинаково быстро. Скорость зависит от вещества, условий среды и участвующих организмов, поэтому некоторые остатки разлагаются быстрее других. Проверяйте себя: не переносите скорость одного процесса на весь круговорот и уточняйте, о каком веществе идёт речь.
Для понимания круговорота нужно знать роли продуцентов, консументов и редуцентов, а также разбираться в цепях питания и обмене веществ. Эти понятия показывают, кто поглощает вещества, кто передаёт их дальше и кто возвращает их в среду. Круговороты помогают объяснить устойчивость экосистем и последствия загрязнения или нарушения природных циклов. Они также понадобятся при изучении экологии, биосферы и влияния деятельности человека на природу.
Чем круговорот веществ отличается от потока энергии?
Вещества переходят из среды в организмы и обратно, поэтому могут использоваться повторно. Энергия в основном поступает от Солнца, передаётся между организмами и рассеивается в виде тепла, а не возвращается к началу цикла.
Какую роль в круговороте играют редуценты?
Редуценты — например, многие бактерии и грибы — разлагают остатки организмов и продукты их жизнедеятельности. В результате минеральные вещества возвращаются в почву, воду и атмосферу и снова становятся доступными другим организмам.
Откуда растения получают вещества для образования органических соединений?
Воду растения поглощают корнями, а углекислый газ получают из воздуха через листья. Минеральные вещества поступают главным образом из почвы с водой; из этих неорганических веществ при фотосинтезе образуются органические соединения.
Как углерод переходит из атмосферы в живые организмы?
Растения поглощают углекислый газ из атмосферы и включают его углерод в органические вещества при фотосинтезе. Затем углерод попадает к животным с пищей, а при дыхании организмов и разложении остатков часть его возвращается в атмосферу.
Почему нарушение численности редуцентов влияет на всю экосистему?
При уменьшении числа редуцентов органические остатки разлагаются медленнее и могут накапливаться. Одновременно замедляется возврат минеральных веществ в среду, поэтому продуцентам становится труднее получать их для роста.
47. Круговорот веществ в природе
