§ 25. Круговорот веществ — системное свойство экосистемы

Определения и обозначения

Круговорот веществ — повторяющееся перемещение и преобразование веществ между живыми организмами и неживой средой экосистемы. Например, вещество из почвы может попасть в растение, затем — в животное, а после разложения вернуться в почву. Это понятие помогает проследить, откуда организмы получают вещества и куда они переходят после использования.

Биогенный круговорот — круговорот веществ, в котором их перемещение и превращение связаны с жизнедеятельностью организмов. Слово «биогенный» указывает на участие живого: питание, выделение отходов и разложение влияют на перемещение веществ. Термин нужен, чтобы отличать такие циклы от перемещений веществ, происходящих без участия организмов.

Продуценты — организмы, создающие органические вещества из неорганических, обычно используя энергию света. К ним относятся, например, зелёные растения, которые поглощают углекислый газ, воду и минеральные вещества. Их роль важна потому, что они вводят вещества неживой среды в состав органического материала, которым могут питаться другие организмы.

Редуценты — организмы, разлагающие органические остатки и возвращающие содержащиеся в них вещества в доступные для других организмов формы. К редуцентам относятся многие бактерии и грибы. Это понятие помогает понять, почему остатки не просто исчезают: вещества из них снова включаются в процессы экосистемы.

Как это устроено

Вещества поступают в экосистему из неживой среды: растения получают воду и минеральные вещества из почвы, а углекислый газ — из воздуха. Они включают эти вещества в состав своих клеток, поэтому живое тело оказывается связано с почвой, водой и атмосферой. Такая связь двусторонняя: организмы не только берут вещества из среды, но и возвращают их с отходами и после гибели.

Продуценты поглощают неорганические вещества и создают из них органическое вещество. Для этого растения используют энергию света, а полученные соединения становятся строительным материалом их тела. Органическое вещество служит пищей другим организмам, поэтому вещества из неживой среды переходят в живую часть экосистемы.

Консументы получают вещества, поедая растения или других животных. Часть съеденного материала усваивается и входит в состав тела, а часть расходуется в обмене веществ либо выводится как отходы. Поэтому вещество переходит от одного звена пищевой цепи к следующему, но не обязательно целиком: остатки и отходы тоже становятся частью дальнейшего круговорота.

После гибели организмов остаются тела, а при жизни образуются отходы. Редуценты используют органические остатки и разлагают сложные соединения на более простые. В результате вещества возвращаются в почву, воду или воздух в формах, которые могут снова поглотить продуценты; без этого возврата запасы доступных веществ постепенно связывались бы в остатках.

Круговорот называют системным свойством, потому что ни один организм не может самостоятельно выполнить все его этапы. Продуценты включают вещества в органические соединения, консументы передают их по пищевым связям, редуценты разлагают остатки, а неживая среда служит источником и местом возврата веществ. Если нарушается взаимодействие хотя бы одной группы с остальными компонентами, меняется работа цикла в целом.

Роль компонентов экосистемы в круговороте веществ

Читайте таблицу как последовательность превращений: среда снабжает продуцентов веществами, а организмы передают их дальше. Затем отходы и остатки дают материал редуцентам, которые возвращают вещества в среду. Так можно проверить, не пропущено ли какое-либо звено круговорота.

Разбор задач

Задача 1. Расположите продуцентов, консументов и редуцентов в порядке движения вещества по цепи: растение, заяц, бактерии-разлагатели. Сначала определите, кто создаёт органическое вещество, а кто получает его с пищей. Затем выясните, кто использует остатки организмов.

1. Растение — продуцент: оно образует органическое вещество из неорганических веществ.
2. Заяц — консумент: он получает вещества, поедая растение.
3. Бактерии-разлагатели — редуценты: они разлагают остатки растения и зайца.

Ответ: растение → заяц → бактерии-разлагатели. Стрелки показывают переход вещества, а не движение энергии по замкнутому циклу.

Задача 2. Опишите, как углерод из воздуха может войти в состав растения, перейти к животному и после разложения снова оказаться в неживой среде. Проследите путь одного элемента по этапам и не подменяйте перемещение вещества передачей энергии. Так становится ясно, какие организмы обеспечивают переходы между средой и живой частью экосистемы.

1. Растение поглощает из воздуха углекислый газ, содержащий углерод, и включает его в органическое вещество.
2. Животное поедает растение; часть его органических соединений с углеродом усваивается и входит в состав тела животного.
3. После гибели растения или животного редуценты разлагают остатки, а углеродсодержащие вещества возвращаются в неживую среду, в том числе в воздух.

Ответ: углерод переходит из воздуха в растение, затем в животное и после разложения — обратно в неживую среду. Энергия, использованная растением и переданная при питании, не возвращается тем же путём: она рассеивается.

Задача 3. В экосистеме резко сократилось число редуцентов. Объясните, как это повлияет на разложение органических остатков и возвращение веществ в неживую среду. Здесь нужно проследить последствия изменения одного звена, а не ограничиваться описанием самих бактерий и грибов. Начните с их работы с остатками и доведите цепочку причин до доступности веществ для растений.

1. При уменьшении числа редуцентов органические остатки разлагаются медленнее.
2. Меньше продуктов разложения возвращается в почву, воду и воздух в доступной форме.
3. Продуценты получают меньше некоторых веществ, поэтому нарушается их рост и дальнейшая передача органики по пищевым связям.

Ответ: сокращение редуцентов замедляет возврат веществ в неживую среду и нарушает круговорот в целом. Это показывает, что состояние одного звена влияет на работу всей экосистемы.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что вещества движутся только по пищевой цепи. Так думают, потому что переходы от растения к животному хорошо заметны, а обмен с воздухом, водой и почвой происходит менее наглядно. Проверьте себя: проследите, откуда вещества поступили к продуценту и куда они попали после разложения остатков.

Ошибка — путать круговорот вещества с потоком энергии. Оба связаны с пищевыми взаимодействиями, поэтому их легко смешать, но вещества могут возвращаться и использоваться повторно, а энергия рассеивается. Проверка простая: спросите, возвращается ли рассматриваемое в экосистему и может ли пройти цикл снова.

Ошибка — сводить роль редуцентов к исчезновению остатков. Остатки действительно становятся менее заметными, но причина в разложении и преобразовании их веществ, а не в простом исчезновении. Чтобы проверить ответ, назовите, куда переходят продукты разложения и могут ли их использовать другие организмы.

Ошибка — приписывать круговорот одному организму. Это упрощение возникает, если сосредоточиться только на растении или одном животном и не проследить остальные этапы. Проверьте себя, назвав участников и среду: продуценты, консументы, редуценты, а также вода, воздух или почва.

Связь с другими темами

Чтобы разобраться в круговороте, нужны знания о компонентах экосистемы и пищевых связях. Следует различать продуцентов, консументов и редуцентов: первые создают органическое вещество, вторые получают его с пищей, третьи разлагают остатки. Эти понятия помогают увидеть, как вещества переходят между звеньями и неживой средой.

Тема связана с биогеохимическими циклами углерода, воды и других элементов: в каждом случае можно проследить перемещение вещества между организмами и средой. Эти циклы помогают объяснить устойчивость экосистем и последствия вмешательства человека. Например, изменение численности организмов или загрязнение среды способно нарушить отдельные этапы возврата веществ.

Что запомнить

• Вещества переходят между живой и неживой частями экосистемы.
• Продуценты включают неорганические вещества в состав органического вещества.
• Консументы передают вещества по пищевым связям.
• Редуценты разлагают органические остатки и возвращают вещества в неживую среду.
• Круговорот веществ поддерживается взаимодействием компонентов экосистемы.
• Вещества могут участвовать в круговороте многократно, а энергия не совершает такого круговорота.