"Биология ", Сухова Т.С, Сарычева Н.Ю. и др.
Круговорот веществ связывает живые организмы с неживой природой: химические элементы переходят из почвы, воды и воздуха в растения, животных и обратно. Продуценты создают органические вещества, консументы получают их с пищей, а редуценты возвращают минеральные соединения в среду. Энергия ведёт себя иначе: она проходит через экосистему от источника к организмам и постепенно рассеивается в виде тепла. Слаженная работа всех звеньев поддерживает устойчивость экосистемы.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Круговорот веществ — непрерывное перемещение химических элементов между живыми организмами и неживой природой. Например, углерод переходит из воздуха в растение, затем в животное и снова возвращается в среду. Это понятие помогает понять, почему экосистема может использовать одни и те же элементы многократно.
Поток энергии — однонаправленное прохождение энергии через экосистему с постепенным рассеиванием в виде тепла. Сначала энергия света запасается продуцентами, а затем передаётся по цепям питания. Термин нужен, чтобы отличать движение энергии от кругового движения веществ.
Продуценты — организмы, создающие органические вещества из неорганических, главным образом растения и водоросли. В фотосинтезе они используют воду, углекислый газ и световую энергию. Продуценты образуют основу питания и энергетического обеспечения большинства экосистем.
Редуценты — организмы, разлагающие органические остатки до неорганических веществ и возвращающие их в среду. К ним относятся многие бактерии и грибы. Благодаря их работе минеральные вещества снова становятся доступными растениям.
Растения связывают вещества неживой природы в органические соединения, потому что их клетки способны использовать энергию света. В ходе фотосинтеза из углекислого газа и воды образуются органические вещества, например глюкоза, а кислород выделяется в атмосферу. Так неживые компоненты среды превращаются в основу живой биомассы и питания других организмов.
Консументы получают вещества и энергию, питаясь растениями или другими животными. Собственные органические соединения они не создают из одних минеральных веществ в достаточном для питания количестве, поэтому используют готовую пищу. В пищеварении сложные вещества расщепляются, а освободившаяся энергия расходуется на движение, рост, поддержание температуры и работу клеток.
После гибели организмов в среде остаются тела, опавшие листья и отходы жизнедеятельности. Редуценты выделяют ферменты, расщепляют органические соединения и используют часть продуктов для собственного питания. В результате минерализации образуются соли, вода и углекислый газ, которые возвращаются в почву, воду и атмосферу.
Вещества циркулируют, потому что один и тот же химический элемент входит то в состав живого организма, то в состав неживой среды. Энергия так двигаться не может: при каждом переходе по цепи питания часть её тратится на жизненные процессы и рассеивается как тепло. Поэтому для продолжения потока экосистеме постоянно нужен новый источник энергии, обычно солнечный свет.
Нарушение одного звена отражается на всей экосистеме, поскольку организмы связаны питанием и обменом веществ. Например, уменьшение редуцентов приводит к накоплению остатков и нехватке минеральных солей для растений. Ослабление продуцентов затем уменьшает количество пищи для консументов и нарушает всю пищевую сеть.
| Группа организмов | Исходные вещества | Основной процесс | Результат | Роль в передаче энергии |
|---|---|---|---|---|
| Продуценты | Вода, углекислый газ, минеральные соли | Фотосинтез | Органические вещества и кислород | Запасают энергию света в органических веществах |
| Консументы первого порядка | Растения и их органические вещества | Питание и дыхание | Новая биомасса, углекислый газ, отходы | Получают энергию от растений и передают её дальше |
| Консументы второго и последующих порядков | Травоядные и другие животные | Питание и дыхание | Новая биомасса, углекислый газ, отходы | Передают часть энергии по пищевой цепи |
| Редуценты | Мёртвые организмы и отходы | Разложение и минерализация | Минеральные вещества, вода, углекислый газ | Используют остаточную энергию, остальная рассеивается |
| Неживая часть экосистемы | Воздух, вода, почва, минеральные соли | Обмен с организмами и перемещение веществ | Среда для новых циклов веществ | Не создаёт и не передаёт энергию как живые организмы |
По таблице удобно прослеживать две линии: переход веществ от неживой среды к организмам и обратно, а также движение энергии по цепи питания. Исходные вещества показывают, что получает каждая группа, а результат — что она возвращает или передаёт дальше. Последний столбец помогает не спутать круговорот веществ с однонаправленным потоком энергии.
Условие. Нужно объяснить, как углерод из углекислого газа атмосферы проходит через растение и травоядное животное, а затем возвращается в атмосферу. Следует учитывать не только питание, но и дыхание с разложением. Искомая последовательность должна показать смену форм вещества.
Ответ. Последовательность можно записать так: углекислый газ → растение → травоядное животное → дыхание и разложение → углекислый газ. Значит, фотосинтез включает углерод в живое вещество, а дыхание и деятельность редуцентов возвращают его в атмосферу.
Условие. Нужно определить организмы, которые обеспечивают возврат минеральных солей в почву после отмирания растений. Одного указания на уничтожение останков недостаточно: нужно назвать происходящий процесс. Важно связать разложение органики с доступностью веществ для новых растений.
Ответ. Возвращение минеральных солей обеспечивают редуценты, прежде всего бактерии и грибы. Они не просто уничтожают остатки, а превращают органические вещества в формы, доступные растениям.
Условие. Предположим, что из экосистемы исчезли все редуценты. Нужно проследить последствия от первого нарушения до изменений во всей пищевой сети. Рассуждение строится по цепочке причин и результатов.
Ответ. Исчезновение редуцентов вызывает накопление органических остатков и прекращение полноценной минерализации. Затем ослабевают продуценты и связанные с ними консументы, поэтому страдает вся экосистема.
Ошибка: считать, что энергия возвращается в экосистему. Её иногда путают с веществами, которые действительно снова включаются в циклы. Проверка проста: если речь идёт о тепле, рассеянном при дыхании, вернуть его в пищевую цепь нельзя.
Ошибка: называть растения консументами. Такое происходит, если учитывать только то, что растениями питаются животные. Проверьте способ получения пищи: растения создают органические вещества сами, значит, относятся к продуцентам.
Ошибка: сводить работу редуцентов к уничтожению останков. При таком объяснении теряется их экологическая роль. Нужно указать, что разложение и минерализация возвращают соли и другие неорганические вещества в среду.
Ошибка: считать круговорот веществ абсолютно замкнутым. В реальной экосистеме вещества могут временно накапливаться в организмах, почве или осадках, а также выноситься водой и ветром. Поэтому правильнее говорить о постоянном обмене с возможными потерями и задержками.
До изучения темы нужно знать уровни организации живой природы, пищевые цепи, фотосинтез и дыхание. Также пригодятся представления об органических и минеральных веществах, чтобы различать пищу организмов и вещества среды.
Дальше эти знания используются при изучении экосистем и биосферы. Они помогают объяснять экологические проблемы и оценивать, как деятельность человека меняет круговороты веществ и устойчивость природы.
Тема связана с химией, потому что в природных циклах превращаются соединения углерода, кислорода, азота и воды. Биология рассматривает роль организмов, а химия помогает понять состав и превращения этих веществ.
Почему вещества могут возвращаться в экосистему, а энергия — нет?
Химические элементы не исчезают при превращениях, поэтому после разложения органических остатков снова попадают в почву, воду или атмосферу. Энергия при дыхании и других процессах рассеивается в виде тепла и не возвращается в прежнем виде.
Чем редуценты отличаются от консументов?
Консументы получают готовые органические вещества, поедая растения или животных. Редуценты разлагают мёртвые организмы и отходы до минеральных веществ, возвращая их неживой природе.
Могут ли растения быть участниками пищевых цепей?
Да, растения являются первым звеном многих пищевых цепей, потому что ими питаются травоядные животные. При этом по способу получения пищи растения относятся к продуцентам, а не к консументам.
Почему без фотосинтеза нарушается круговорот углерода и кислорода?
При фотосинтезе растения поглощают углекислый газ, создают органические вещества и выделяют кислород. Без этого процесса уменьшалось бы образование органики и пополнение атмосферы кислородом, а углекислый газ накапливался бы.
Что произойдёт с экосистемой при исчезновении одного из её звеньев?
Нарушатся пищевые связи и движение веществ, а численность зависимых организмов изменится. Последствия могут распространиться по всей пищевой сети и снизить устойчивость экосистемы.
§14. Круговорот веществ и превращение энергии
