rumah › Bahan bakar › Aliran energi di alam. Siklus materi dan energi di alam

Aliran energi di alam. Siklus materi dan energi di alam

Kehidupan apa pun membutuhkan aliran energi dan materi yang konstan. Energi dihabiskan untuk menjalankan reaksi dasar kehidupan, materi digunakan untuk membangun tubuh organisme. Keberadaan ekosistem alam disertai dengan proses pertukaran material dan energi yang kompleks antara alam hidup dan alam mati. Proses-proses ini sangat penting dan tidak hanya bergantung pada komposisi komunitas biotik, tetapi juga pada lingkungan fisiknya.

Aliran energi di masyarakat– inilah peralihannya dari organisme satu tingkat ke tingkat lainnya dalam bentuk ikatan kimia senyawa organik (makanan).

Aliran (siklus) materi adalah perpindahan materi berupa unsur-unsur kimia dan senyawanya dari produsen ke pengurai dan kemudian (melalui reaksi kimia yang terjadi tanpa partisipasi organisme hidup) kembali ke produsen.

Sirkulasi materi dan aliran energi bukanlah konsep yang identik, meskipun berbagai ekuivalen energi (kalori, kilokalori, joule) sering digunakan untuk mengukur pergerakan materi. Hal ini sebagian dijelaskan oleh fakta bahwa pada semua tingkat trofik, kecuali tingkat trofik pertama, energi yang diperlukan untuk kehidupan organisme ditransfer dalam bentuk zat makanan yang dikonsumsi. Hanya tumbuhan (produsen) yang dapat langsung memanfaatkan pancaran energi matahari untuk aktivitas hidupnya.

Pengukuran ketat terhadap suatu zat yang beredar dalam suatu ekosistem dapat diperoleh dengan memperhitungkan sirkulasi unsur-unsur kimia individu, terutama yang merupakan bahan pembangun utama sitoplasma sel tumbuhan dan hewan.

Berbeda dengan zat yang terus bersirkulasi melalui berbagai blok ekosistem dan selalu dapat masuk kembali ke dalam siklusnya, energi hanya dapat digunakan satu kali di dalam tubuh.

Menurut hukum fisika, energi dapat berubah dari satu bentuk (misalnya energi cahaya) ke bentuk lain (misalnya energi potensial makanan), namun tidak pernah diciptakan lagi atau dimusnahkan. Tidak ada satu proses pun yang terkait dengan transformasi energi tanpa kehilangan sebagian darinya. Dalam transformasinya, sejumlah energi dihamburkan dalam bentuk panas dan karenanya hilang. Oleh karena itu, tidak mungkin terjadi transformasi, misalnya zat makanan menjadi zat penyusun tubuh suatu organisme, yang terjadi dengan efisiensi seratus persen.

Keberadaan semua ekosistem bergantung pada aliran energi yang konstan, yang diperlukan semua organisme untuk mempertahankan fungsi vital dan reproduksi dirinya.

Hanya sekitar setengah dari fluks matahari yang jatuh pada tumbuhan hijau diserap oleh unsur-unsur fotosintesis, dan hanya sebagian kecil dari energi yang diserap (dari 1/100 hingga 1/20 bagian) disimpan dalam bentuk energi yang diperlukan untuk aktivitas tersebut. dari jaringan tanaman.

Ketika seseorang menjauh dari produsen primer, laju aliran energi (yaitu, jumlah energi, yang dinyatakan dalam satuan energi, yang ditransfer dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik lainnya) menurun tajam.

Penurunan jumlah energi selama transisi dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik yang lebih tinggi menentukan jumlah tingkat tersebut sendiri. Diperkirakan setiap tingkat trofik hanya menerima sekitar 10% (atau lebih sedikit) energi dari tingkat sebelumnya. Oleh karena itu, jumlah tingkat trofik jarang melebihi 3–4.

Rasio makhluk hidup pada tingkat trofik yang berbeda umumnya mengikuti aturan yang sama dengan rasio energi yang masuk: semakin tinggi tingkatnya, semakin rendah total biomassa dan jumlah organisme penyusunnya.

Perbandingan jumlah kelompok organisme yang berbeda memberikan gambaran tentang kestabilan komunitas, karena biomassa dan jumlah populasi tertentu sekaligus merupakan indikator ruang hidup organisme spesies ini dan spesies lainnya. . Misalnya, jumlah pohon di suatu hutan tidak hanya menentukan total pasokan biomassa dan energi yang terkandung di dalamnya, namun juga iklim mikro, serta jumlah tempat berlindung bagi banyak serangga dan burung.

Piramida angka bisa dibalik. Hal ini terjadi ketika laju reproduksi populasi mangsa tinggi, dan bahkan pada biomassa yang rendah, populasi tersebut mungkin merupakan sumber makanan yang cukup bagi predator yang memiliki biomassa lebih tinggi namun laju reproduksi rendah. Misalnya, banyak serangga dapat hidup dan memakan satu pohon (piramida populasi terbalik). Piramida biomassa terbalik merupakan ciri ekosistem perairan, dimana produsen primer (alga fitoplanktonik) sangat cepat membelah dan berkembang biak jumlahnya, dan konsumennya (krustasea zooplanktonik) jauh lebih besar, namun memiliki siklus reproduksi yang panjang.

Rantai padang rumput dan detrital

Energi dapat mengalir melalui suatu komunitas dengan berbagai cara. Ini mewakili rantai makanan semua konsumen(sistem konsumen) dengan tambahan dua tautan lagi: ini bahan organik mati Dan rantai makanan pengurai(sistem pereduksi).

Aliran energi dari tumbuhan melalui herbivora(mereka disebut penggembalaan), disebut rantai makanan padang rumput.

Sisa-sisa organisme yang mereka konsumsi yang tidak digunakan oleh konsumen akan menggantikan bahan organik yang mati. Terdiri dari feses yang mengandung sebagian makanan yang tidak tercerna, serta bangkai hewan, sisa-sisa tumbuhan (daun, ranting, alga) dan disebut sisa-sisa.

Aliran energi yang berasal dari bahan organik mati dan melewati sistem pembusukan disebut rantai makanan detrital.

Selain kesamaan tersebut, terdapat perbedaan besar dalam fungsi rantai makanan padang rumput dan detritus. Terdiri dari fakta bahwa di dalam sistem konsumen, kotoran dan organisme mati hilang, dan dalam sistem reduktif– TIDAK.

Cepat atau lambat, energi yang terkandung dalam bahan organik mati akan sepenuhnya digunakan oleh pengurai dan dibuang sebagai panas melalui respirasi, meskipun hal ini memerlukan melewati sistem pengurai beberapa kali. Satu-satunya pengecualian adalah kasus-kasus ketika kondisi abiotik lokal sangat tidak menguntungkan untuk proses dekomposisi (kelembaban tinggi, lapisan es). Dalam kasus ini, endapan zat yang sangat boros energi dan tidak diproses secara sempurna terakumulasi, yang seiring waktu dan dalam kondisi yang sesuai berubah menjadi fosil organik yang mudah terbakar - minyak, batu bara, gambut.

Siklus zat dalam suatu ekosistem

Integritas ekosistem alam terutama terlihat jelas ketika mempertimbangkan aliran materi yang beredar di dalamnya. Zat tersebut dapat ditularkan melalui siklus (sirkulasi) tertutup, berulang kali beredar antara organisme dan lingkungan.

Gerakan melingkar (melalui tanah, udara, air) unsur-unsur kimia (yaitu zat) disebut siklus atau sirkulasi biogeokimia.

Unsur-unsur dan garam terlarut yang diperlukan untuk kehidupan secara konvensional disebut nutrisi(memberi kehidupan) atau nutrisi. Di antara unsur-unsur biogenik, ada dua kelompok yang dibedakan: zat makrotrofik dan zat mikrotrofik.

Zat makrotrofik mencakup unsur-unsur yang membentuk dasar kimia jaringan organisme hidup. Ini termasuk: karbon, hidrogen, oksigen, nitrogen, fosfor, kalium, kalsium, magnesium, belerang.

Zat mikrotrofik mencakup unsur-unsur dan senyawanya, juga sangat penting bagi keberadaan sistem kehidupan, tetapi dalam jumlah yang sangat kecil. Zat seperti ini sering disebut elemen mikro. Ini adalah besi, mangan, tembaga, seng, boron, natrium, molibdenum, klorin, vanadium dan kobalt. Meskipun unsur-unsur mikrotrofik penting bagi organisme dalam jumlah yang sangat kecil, kekurangannya dapat sangat membatasi produktivitas.

Sirkulasi nutrisi biasanya disertai dengan transformasi kimianya. Nitrogen nitrat, misalnya, dapat diubah menjadi nitrogen protein, kemudian diubah menjadi urea, diubah menjadi amonia, dan disintesis kembali menjadi bentuk nitrat di bawah pengaruh mikroorganisme. Berbagai mekanisme, baik biologis maupun kimia, terlibat dalam proses denitrifikasi dan fiksasi nitrogen.

Cadangan nutrisi bervariasi. Proses penyerapan sebagian dari mereka sebagai biomassa hidup mengurangi jumlah yang tersisa di lingkungan abiotik. Dan jika tumbuhan dan organisme lain pada akhirnya tidak membusuk, pasokan nutrisi akan habis dan kehidupan di Bumi akan terhenti. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa aktivitas heterotrof, terutama organisme yang berfungsi dalam rantai detrital,– faktor penentu dalam menjaga siklus nutrisi dan pembentukan produk.

Mari kita lihat beberapa data numerik yang menunjukkan skala perpindahan zat, mengacu pada siklus karbon biogeokimia. Sumber karbon alami yang digunakan tumbuhan untuk sintesis bahan organik adalah karbon dioksida, yang merupakan bagian dari atmosfer atau terlarut dalam air. Selama fotosintesis, karbon dioksida (karbon dioksida) diubah menjadi bahan organik yang berfungsi sebagai makanan bagi hewan. Respirasi, fermentasi dan pembakaran bahan bakar mengembalikan karbon dioksida ke atmosfer.

Cadangan karbon di atmosfer planet kita diperkirakan mencapai 700 miliar ton, di hidrosfer - 50.000 miliar ton Menurut perhitungan tahunan, sebagai hasil fotosintesis, peningkatan massa tumbuhan di darat dan di air adalah 30 miliar ton dan masing-masing 150 miliar ton Siklus karbon berlanjut selama sekitar 300 tahun.

Contoh lainnya adalah siklus fosfor. Cadangan utama fosfor mengandung berbagai batuan, yang secara bertahap (akibat kerusakan dan erosi) melepaskan fosfatnya ke ekosistem darat. Fosfat dikonsumsi oleh tanaman dan digunakan oleh mereka untuk mensintesis zat organik. Ketika bangkai hewan diurai oleh mikroorganisme, fosfat dikembalikan ke tanah dan kemudian digunakan kembali oleh tanaman. Selain itu, sebagian fosfat dibawa oleh aliran air ke laut. Hal ini memastikan perkembangan fitoplankton dan semua rantai makanan yang bergantung padanya. Sebagian fosfor yang terkandung dalam air laut dapat kembali ke daratan dalam bentuk guano.

siklus energi ekosistem biosfer

Perkenalan

Konsep dan struktur ekosistem

1 Konsep ekosistem

2 Klasifikasi ekosistem

3 Zonasi makroekosistem

4 Struktur ekosistem

Faktor yang menjamin keutuhan ekosistem

1 Siklus zat

2 Aliran energi dalam ekosistem

3 Proses dinamis yang menjamin integritas dan keberlanjutan ekosistem

4 Biosfer sebagai ekosistem global yang menjamin keutuhan dan keberlanjutan ekosistem

Kesimpulan

Perkenalan

Ekosistem adalah kumpulan organisme dan komponen anorganik di mana sirkulasi zat dapat terjadi. Menurut N.F. Reimers (1990), ekosistem adalah komunitas makhluk hidup dan habitatnya, yang disatukan menjadi satu kesatuan fungsional, yang timbul atas dasar saling ketergantungan dan hubungan sebab-akibat yang terjalin antara masing-masing komponen lingkungan. A. Tansley (1935) mengusulkan hubungan berikut:

Ada mikroekosistem, mesoekosistem, makroekosistem, dan biosfer global. Ekosistem terestrial yang besar disebut bioma. Ekosistem tidak tersebar secara tidak teratur; sebaliknya, mereka dikelompokkan dalam zona-zona yang cukup teratur, baik secara horizontal (dalam garis lintang) maupun secara vertikal (dalam ketinggian).

Dari khatulistiwa hingga kutub, simetri tertentu terlihat dalam sebaran bioma di belahan bumi yang berbeda: hutan hujan tropis, gurun, stepa, hutan beriklim sedang, hutan jenis konifera, taiga.

Setiap ekosistem memiliki dua komponen utama: organisme dan faktor-faktor dari lingkungan tak hidup. Keseluruhan organisme (tumbuhan, hewan, mikroba) disebut biota suatu ekosistem. Dilihat dari struktur trofiknya (dari bahasa Yunani trophe - nutrisi), ekosistem dapat dibagi menjadi dua tingkatan: atas, bawah.

Komponen-komponen berikut dibedakan sebagai bagian dari suatu ekosistem: anorganik, senyawa organik, udara, air dan lingkungan substrat, produsen, organisme autotrofik, konsumen, atau fagotrof, pengurai dan detritivor.

Energi matahari di Bumi menyebabkan dua siklus zat: besar, atau geologis, dan kecil, biologis (biotik).

Dalam suatu ekosistem terdapat siklus zat. Yang paling banyak dipelajari adalah: siklus karbon, oksigen, nitrogen, fosfor, belerang, dll.

Pemeliharaan aktivitas vital organisme dan sirkulasi materi dalam ekosistem, yaitu keberadaan ekosistem, bergantung pada masuknya energi matahari secara konstan.

Dalam ekosistem, perubahan terus-menerus terjadi pada keadaan dan aktivitas vital anggotanya serta rasio populasi. Beragam perubahan yang terjadi di komunitas mana pun terbagi dalam dua jenis utama: siklus dan progresif.

Ekosistem global adalah biosfer yang dicirikan oleh integritas dan stabilitas ekosistem.

1. Konsep dan struktur ekosistem

1 Konsep ekosistem

Organisme hidup dan lingkungan tak hidup (abiotik) tidak dapat dipisahkan satu sama lain dan selalu berinteraksi. Setiap unit (biosistem) suatu ekosistem adalah sistem ekologi. Sistem ekologi, atau ekosistem, adalah unit fungsional dasar dalam ekologi, karena mencakup organisme dan lingkungan mati - komponen yang saling mempengaruhi sifat satu sama lain dan kondisi yang diperlukan untuk mempertahankan kehidupan dalam bentuk yang ada di Bumi. Istilah "ekosistem" pertama kali dikemukakan pada tahun 1935 oleh ahli ekologi Inggris A. Tansley. Saat ini, definisi ekosistem berikut ini banyak digunakan. Ekosistem adalah kumpulan organisme dan komponen anorganik di mana sirkulasi zat dapat terjadi. Menurut N.F. Reimers (1990), ekosistem adalah komunitas makhluk hidup dan habitatnya, yang disatukan menjadi satu kesatuan fungsional, yang timbul atas dasar saling ketergantungan dan hubungan sebab-akibat yang terjalin antara masing-masing komponen lingkungan. Perlu ditekankan bahwa kombinasi lingkungan fisikokimia tertentu (biotope) dengan komunitas organisme hidup (biocenosis) membentuk suatu ekosistem. A. Tansley (1935) mengusulkan hubungan berikut:

Ekosistem = Biotope + Biocenosis

Menurut definisi V.N. Sukachev, biogeocenosis adalah “sekumpulan fenomena alam yang homogen (atmosfer, batuan, tanah dan kondisi hidrologi) pada batas tertentu permukaan bumi, yang mempunyai kekhususan tersendiri dalam interaksi komponen-komponen penyusunnya dan jenis tertentu. pertukaran materi dan energi antara mereka dan fenomena alam lainnya dan mewakili kesatuan dialektis yang kontradiktif secara internal, dalam pergerakan dan perkembangan yang konstan.”

Selain konsep ekosistem A. Tensley dan biogeocenosis V.N. Sukachev merumuskan aturan F. Evans (1956), yang mengusulkan penggunaan istilah “ekosistem” secara mutlak “tanpa dimensi” untuk merujuk pada sistem kehidupan supraorganisme yang berinteraksi dengan lingkungan. Namun, banyak penulis yang memberi arti pada istilah “ekosistem” sebagai biogeocenosis, yaitu. ekosistem dasar, dan sekaligus lebih tinggi hierarki formasi supra-biogeocenotik sampai dengan ekosistem biosfer.

2 Klasifikasi ekosistem

Ekosistem yang ada di bumi sangatlah beragam. Ada mikroekosistem (misalnya batang pohon yang membusuk), mesoekosistem (hutan, kolam, dll), makroekosistem (benua, lautan, dll) dan biosfer global.

Ekosistem terestrial yang besar disebut bioma. Setiap bioma berisi sejumlah ekosistem kecil yang saling berhubungan. Ada beberapa klasifikasi ekosistem:

Hutan hujan tropis yang selalu hijau

Gurun: Chaparral rumput dan semak - daerah dengan musim dingin yang hujan dan musim panas yang kering

Graslenz dan Savannah Tropis

Stepa beriklim sedang

Hutan gugur beriklim sedang

Hutan jenis konifera boreal

Tundra: Arktik dan Alpen

Jenis ekosistem air tawar:

Pita (air tenang): danau, kolam, dll.

Lotic (air yang mengalir): sungai, kali kecil, dll.

Lahan basah: rawa dan hutan rawa

Jenis Ekosistem Laut

Laut terbuka (pelagis)

Perairan landas kontinen (perairan pesisir)

Daerah upwelling (daerah subur dengan perikanan produktif)

Muara (teluk pantai, selat, muara sungai, rawa asin, dll). Bioma terestrial di sini dibedakan berdasarkan ciri-ciri vegetasi alami atau asli, dan jenis ekosistem perairan dibedakan berdasarkan ciri geologi dan fisik. Jenis ekosistem utama yang terdaftar mewakili lingkungan tempat peradaban manusia berkembang dan mewakili komunitas biotik utama yang mendukung kehidupan di Bumi.

3 Zonasi makroekosistem

Studi tentang sebaran geografis ekosistem hanya dapat dilakukan pada tingkat unit ekologi besar - makroekosistem, yang dianggap dalam skala kontinental. Ekosistem tidak tersebar secara tidak teratur; sebaliknya, mereka dikelompokkan dalam zona-zona yang cukup teratur, baik secara horizontal (dalam garis lintang) maupun secara vertikal (dalam ketinggian). Hal ini ditegaskan oleh hukum periodik zonasi geografis A.A. Grigorieva - M.I. Budyko: dengan perubahan zona fisik-geografis Bumi, zona lanskap serupa dan beberapa sifat umumnya berulang secara berkala. Hal ini juga dibahas ketika mempertimbangkan lingkungan kehidupan darat-udara. Periodisitas yang ditetapkan oleh undang-undang diwujudkan dalam kenyataan bahwa nilai indeks kekeringan bervariasi di zona yang berbeda dari 0 hingga 4-5, tiga kali lipat antara kutub dan khatulistiwa mendekati kesatuan. Nilai-nilai ini sesuai dengan produktivitas biologis tertinggi dari lanskap.

Pengulangan sifat-sifat secara periodik dalam serangkaian sistem pada tingkat hierarki yang sama mungkin merupakan hukum umum alam semesta, yang dirumuskan sebagai hukum periodisitas dalam struktur agregat sistemik, atau hukum sistem-periodik - sistem alam spesifik pada tingkat yang sama ( sublevel) organisasi merupakan serangkaian struktur morfologis yang serupa secara periodik atau berulang dalam batas ruang-waktu sistem atas dan bawah, di luar itu keberadaan sistem pada tingkat tertentu menjadi tidak mungkin. Mereka menjadi tidak stabil atau berubah menjadi struktur sistem lain, termasuk tingkat organisasi lain.

Suhu dan curah hujan menentukan lokasi bioma terestrial utama di permukaan bumi. Pola suhu dan curah hujan di suatu wilayah tertentu dalam jangka waktu yang cukup lama inilah yang kita sebut iklim. Iklim di berbagai wilayah di dunia berbeda. Curah hujan tahunan bervariasi dari 0 hingga 2500 mm atau lebih. Rezim suhu dan curah hujan berkombinasi dalam cara yang sangat berbeda.

Kekhususan kondisi iklim, pada gilirannya, menentukan perkembangan bioma tertentu.

Dari ekuator hingga kutub, simetri tertentu terlihat dalam sebaran bioma di belahan bumi yang berbeda:

Hutan hujan tropis (Amerika Selatan bagian utara, Amerika Tengah, Afrika khatulistiwa bagian barat dan tengah, Asia Tenggara, wilayah pesisir barat laut Australia, pulau-pulau di Samudera Hindia dan Pasifik). Iklimnya tanpa pergantian musim (kedekatan dengan garis khatulistiwa), suhu rata-rata tahunan di atas 17°C (biasanya 28°C), curah hujan tahunan rata-rata melebihi 2400 mm.

Vegetasi: hutan mendominasi. Beberapa jenis pohon tingginya mencapai 60 m, pada batang dan dahannya terdapat tumbuhan epifit yang akarnya tidak sampai ke tanah, dan tumbuhan merambat berkayu yang berakar di dalam tanah dan memanjat pohon sampai ke puncaknya. Semua ini membentuk kanopi yang lebat.

Fauna: komposisi spesies lebih kaya dibandingkan gabungan semua bioma lainnya. Yang paling banyak adalah amfibi, reptil dan burung (katak, kadal, ular, burung beo), monyet dan mamalia kecil lainnya, serangga eksotik dengan warna cerah, dan ikan berwarna cerah di waduk.

Ciri-ciri: tanah seringkali tipis dan buruk, sebagian besar unsur hara terkandung dalam biomassa permukaan vegetasi berakar.

2. Sabana (Afrika subequatorial, Amerika Selatan, sebagian besar India bagian selatan). Iklimnya kering dan panas hampir sepanjang tahun. Curah hujan yang tinggi pada musim hujan. Suhu: rata-rata tertinggi tahunan. Curah hujan 750-1650 mm/tahun, terutama pada musim hujan. Vegetasi - tanaman bluegrass (sereal) dengan pohon gugur yang langka. Fauna: mamalia herbivora besar seperti antelop, zebra, jerapah, badak, predator - singa, macan tutul, cheetah.

Gurun pasir (beberapa wilayah di Afrika, misalnya Sahara; Timur Tengah dan Asia Tengah, Cekungan Besar dan Amerika Serikat bagian barat daya dan Meksiko bagian utara, dll.). Iklimnya sangat kering. Suhu - siang hari yang panas dan malam yang dingin. Curah hujan kurang dari 250 mm/tahun. Vegetasi: semak jarang, seringkali berduri, terkadang kaktus dan rerumputan rendah, dengan cepat menutupi tanah dengan karpet berbunga setelah hujan jarang. Tumbuhan memiliki sistem akar permukaan yang luas yang menyerap kelembapan dari curah hujan yang jarang terjadi, serta akar tunggang yang menembus tanah hingga permukaan air tanah (30 m atau lebih). Fauna: berbagai hewan pengerat (kanguru tikus, dll), kodok, kadal, ular dan reptil lainnya, burung hantu, elang, burung nasar, burung kecil dan serangga dalam jumlah banyak.

4. Stepa (bagian tengah Amerika Utara, Rusia, wilayah tertentu di Afrika dan Australia, tenggara Amerika Selatan). Iklimnya bersifat musiman. Suhu - suhu musim panas berkisar dari cukup hangat hingga panas, suhu musim dingin di bawah 0°C. Curah hujan - 750-2000 mm/tahun. Vegetasi: didominasi oleh bluegrass (sereal) setinggi hingga 2 m dan lebih tinggi di beberapa padang rumput di Amerika Utara atau hingga 50 cm, misalnya, di stepa Rusia, dengan pepohonan dan semak terisolasi di daerah basah. Fauna: mamalia herbivora besar - bison, antelop pronghorn (Amerika Utara), kuda liar (Eurasia), kanguru (Australia), jerapah, zebra, badak putih, antelop (Afrika); Predatornya termasuk anjing hutan, singa, macan tutul, cheetah, hyena, berbagai jenis burung, dan mamalia kecil yang menggali seperti kelinci, tupai tanah, dan aardvark.

5. Hutan beriklim sedang (Eropa Barat, Asia Timur, Amerika Serikat bagian timur). Iklim - musiman dengan suhu musim dingin di bawah 0 0C. Curah hujan - 750-2000 mm/tahun. Vegetasi: didominasi oleh hutan pohon berdaun lebar setinggi 35-45 m (ek, hickory, maple), semak belukar, lumut, lumut kerak. Fauna: mamalia (rusa berekor putih, landak, rakun, opossum, tupai, kelinci, tikus), burung (burung kicau, pelatuk, burung hitam, burung hantu, elang), ular, katak, salamander, ikan (trout, hinggap, lele, dll . ), mikrofauna tanah yang melimpah (Gbr. 12.3).

Biota beradaptasi dengan iklim musiman: hibernasi, migrasi, dormansi di musim dingin.

6. Hutan jenis konifera, taiga (wilayah utara Amerika Utara, Eropa dan Asia). Iklimnya adalah musim dingin yang panjang dan dingin, dengan sedikit curah hujan yang turun dalam bentuk salju. Vegetasi: hutan jenis konifera yang selalu hijau mendominasi, sebagian besar pohon cemara, pinus, dan cemara. Fauna: hewan berkuku herbivora besar (mule deer, reindeer), mamalia herbivora kecil (kelinci, tupai, hewan pengerat), serigala, lynx, rubah, beruang hitam, beruang grizzly, serigala, cerpelai, dan predator lainnya, banyak serangga penghisap darah di musim panas yang singkat waktu. Iklimnya sangat dingin dengan siang kutub dan malam kutub. Suhu rata-rata tahunan di bawah -5°C. Dalam beberapa minggu di musim panas yang singkat, tanah mencair tidak lebih dari satu meter. Curah hujan kurang dari 250 mm/tahun. Vegetasi: didominasi oleh lumut kerak, lumut, rerumputan dan alang-alang yang tumbuh lambat, serta semak kerdil. Fauna: hewan berkuku herbivora besar (rusa kutub, musk ox), mamalia penggali kecil (sepanjang tahun, misalnya lemming), predator yang memperoleh warna putih kamuflase di musim dingin (rubah Arktik, lynx, cerpelai, burung hantu bersalju). Pada musim panas yang singkat, sejumlah besar burung migran bersarang di tundra, di antaranya terdapat banyak unggas air, yang memakan serangga dan invertebrata air tawar yang banyak terdapat di sini.

Zonasi ketinggian vertikal ekosistem daratan, terutama di tempat-tempat yang memiliki relief tinggi, juga sangat jelas.

Kelembaban merupakan faktor utama yang menentukan jenis bioma. Dengan curah hujan yang cukup tinggi, vegetasi hutan berkembang. Suhu menentukan jenis hutan. Situasinya persis sama di bioma stepa dan gurun. Perubahan tipe vegetasi di daerah dingin terjadi dengan jumlah curah hujan tahunan yang lebih rendah, karena pada suhu rendah lebih sedikit air yang hilang melalui penguapan. Suhu menjadi faktor utama hanya pada kondisi yang sangat dingin dengan lapisan es.

Dengan demikian, komposisi ekosistem sangat bergantung pada “tujuan” fungsionalnya dan sebaliknya.

Menurut N.F. Reimers (1994), hal ini tercermin dalam prinsip saling melengkapi ekologis (complementarity): tidak ada bagian fungsional ekosistem (komponen ekologi, elemen, dll) yang dapat ada tanpa bagian lain yang secara fungsional saling melengkapi. Dekat dengannya dan memperluasnya adalah prinsip kesesuaian ekologis (korespondensi):. saling melengkapi secara fungsional, komponen kehidupan ekosistem mengembangkan adaptasi yang sesuai untuk ini, terkoordinasi dengan kondisi lingkungan abiotik, yang sebagian besar diubah oleh organisme yang sama (bioklimat, dll.), yaitu. ada serangkaian korespondensi ganda - antara organisme dan habitatnya - eksternal dan diciptakan oleh cenosis.

4 Struktur ekosistem

Dilihat dari struktur trofiknya (dari bahasa Yunani trophe - nutrisi), ekosistem dapat dibagi menjadi dua tingkatan:

Tingkat atas - autotrofik (makan sendiri), atau "sabuk hijau", termasuk tumbuhan atau bagiannya yang mengandung klorofil, di mana fiksasi penghitungan energi dan penggunaan senyawa anorganik sederhana mendominasi.

Yang lebih rendah adalah lapisan heterotrofik (diberi makan oleh orang lain), atau “sabuk coklat” dari tanah dan sedimen, bahan yang membusuk, akar, dll., yang didominasi oleh penggunaan, transformasi dan dekomposisi senyawa kompleks.

Dari sudut pandang biologis, komponen-komponen berikut dibedakan dalam suatu ekosistem:

anorganik;
senyawa organik;
lingkungan udara, air dan substrat;
produsen, organisme autotrofik;
konsumen, atau fagotrof;
pengurai dan detritivora.

Dalam suatu ekosistem, hubungan pangan dan energi antar kategori selalu jelas dan mengarah ke:

autotrof - heterotrof atau dalam bentuk yang lebih lengkap;

autotrof -> konsumen -> pengurai (destruktor).

Sumber energi utama bagi ekosistem adalah Matahari. Aliran energi (menurut T.A. Akimova, V.V. Khaskin, 1994) yang dikirim matahari ke planet bumi melebihi 20 juta EJ per tahun. Hanya seperempat aliran ini yang mendekati batas atmosfer. Dari jumlah tersebut, sekitar 70% dipantulkan, diserap oleh atmosfer, dan dipancarkan dalam bentuk radiasi infra merah gelombang panjang. Radiasi matahari yang jatuh ke permukaan bumi sebesar 1,54 juta EJ per tahun. Jumlah energi yang sangat besar ini 5.000 kali lipat dari seluruh energi umat manusia pada akhir abad ke-20 dan 5,5 kali lipat energi dari semua sumber bahan bakar fosil asal organik yang tersedia, yang terakumulasi setidaknya selama 100 juta tahun.

Sebagian besar energi matahari yang mencapai permukaan planet diubah langsung menjadi panas, menghangatkan air atau tanah, yang pada gilirannya menghangatkan udara. Panas ini berfungsi sebagai penggerak siklus air, arus udara, dan arus laut yang menentukan cuaca, dan secara bertahap dilepaskan ke luar angkasa, lalu hilang. Untuk menentukan posisi ekosistem dalam aliran energi alami ini, penting untuk disadari bahwa betapapun luas dan kompleksnya ekosistem, mereka hanya menggunakan sebagian kecil saja. Hal ini menyiratkan salah satu prinsip dasar berfungsinya ekosistem: ekosistem ada karena energi matahari yang tidak menimbulkan polusi dan hampir abadi, yang jumlahnya relatif konstan dan melimpah. Mari kita berikan lebih detail masing-masing karakteristik energi matahari:

Kelebihan. Tumbuhan menggunakan sekitar 0,5% dari jumlah yang mencapai Bumi; energi matahari pada akhirnya berubah menjadi panas, maka peningkatan penggunaannya tidak akan mempengaruhi dinamika biosfer.
Kemurnian. Energi matahari bersifat “bersih”, meskipun reaksi nuklir yang terjadi di kedalaman Matahari dan menjadi sumber energinya disertai dengan kontaminasi radioaktif, semuanya berada pada jarak 150 juta km dari Bumi.
Konsistensi. Energi surya akan selalu tersedia dalam jumlah yang sama dan tidak terbatas.
Keabadian. Matahari akan padam dalam beberapa miliar tahun. Namun, hal ini tidak memiliki arti praktis bagi kita, karena menurut data modern, manusia baru ada sekitar 3 juta tahun. Itu hanya 0,3% dari satu miliar. Oleh karena itu, bahkan jika dalam 1 miliar tahun kehidupan di Bumi menjadi mustahil, umat manusia masih memiliki sisa 99,7% dari periode ini, atau setiap 100 tahun akan berkurang hanya 0,00001%.

2. Faktor-faktor yang menjamin keutuhan ekosistem

1 Siklus zat

Kedua siklus tersebut saling berhubungan dan seolah-olah mewakili satu proses. Diperkirakan bahwa semua oksigen yang terkandung di atmosfer didaurkan oleh organisme (dikombinasikan selama respirasi dan dilepaskan selama fotosintesis) dalam 2000 tahun, karbon dioksida di atmosfer bersirkulasi ke arah yang berlawanan dalam 300 tahun, dan seluruh air di Bumi didaur ulang. terurai dan diciptakan kembali melalui fotosintesis dan respirasi dalam 2.000.000 tahun.

Interaksi faktor abiotik dan organisme hidup suatu ekosistem disertai dengan peredaran materi yang terus menerus antara biotope dan biocenosis berupa senyawa organik dan mineral yang berselang-seling. Pertukaran unsur-unsur kimia antara organisme hidup dan lingkungan anorganik, yang berbagai tahapannya terjadi dalam suatu ekosistem, disebut sirkulasi biogeokimia, atau siklus biogeokimia.

Siklus air. Siklus paling signifikan di Bumi dalam hal perpindahan massa dan konsumsi energi adalah siklus hidrologi planet - siklus air.

Setiap detik, 16,5 juta m3 air terlibat di dalamnya dan lebih dari 40 miliar MW energi matahari dihabiskan untuk ini, (menurut T.A. Akimova V.V. Haskin, (1994)). Namun siklus ini bukan hanya perpindahan massa air. Ini adalah transformasi fasa, pembentukan larutan dan suspensi, pengendapan, kristalisasi, proses fotosintesis, serta berbagai reaksi kimia. Kehidupan muncul dan berlanjut di lingkungan ini. Air adalah elemen dasar yang diperlukan untuk kehidupan. Secara kuantitatif, ini adalah komponen anorganik yang paling umum pada makhluk hidup. Pada manusia, air membentuk 63% dari berat badan, pada jamur - 80%, pada tumbuhan - 80-90%, dan pada beberapa ubur-ubur - 98%

Air, seperti yang akan kita lihat nanti, berpartisipasi dalam siklus biologis dan berfungsi sebagai sumber hidrogen dan oksigen, yang hanya merupakan sebagian kecil dari total volumenya.

Dalam bentuk cair, padat, dan uap, air terdapat di ketiga komponen utama biosfer: atmosfer, hidrosfer, dan litosfer. Semua perairan disatukan oleh konsep umum “hidrosfer”. Komponen hidrosfer saling berhubungan melalui pertukaran dan interaksi yang konstan. Air, yang terus berpindah dari satu keadaan ke keadaan lain, melakukan siklus kecil dan besar. Penguapan air dari permukaan laut, pengembunan uap air di atmosfer, dan pengendapan di permukaan laut membentuk siklus kecil. Ketika uap air terbawa arus udara ke daratan, siklusnya menjadi jauh lebih kompleks. Dalam hal ini, sebagian dari curah hujan menguap dan kembali ke atmosfer, sebagian lagi mengalir ke sungai dan waduk, tetapi pada akhirnya kembali ke laut melalui sungai dan limpasan bawah tanah, sehingga menyelesaikan siklus besar.

Siklus biotik (biologis). Siklus biotik (biologis) mengacu pada sirkulasi zat antara tanah, tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme. Siklus biotik (biologis) adalah masuknya unsur-unsur kimia dari tanah, air dan atmosfer ke dalam organisme hidup, transformasi unsur-unsur yang masuk menjadi senyawa kompleks baru dan kembalinya unsur-unsur tersebut dalam proses kehidupan dengan hilangnya sebagian bahan organik setiap tahun. materi atau dengan organisme mati total yang termasuk dalam komposisi ekosistem. Sekarang kita akan menyajikan siklus biotik dalam bentuk siklik. Siklus biotik sentral (menurut T.A. Akimova, V.V., Khaskhin) terdiri dari produsen uniseluler primitif (P) dan pengurai-penghancur (D). Mikroorganisme dapat dengan cepat berkembang biak dan beradaptasi dengan kondisi yang berbeda, misalnya menggunakan semua jenis substrat - sumber karbon - dalam makanannya. Organisme tingkat tinggi tidak memiliki kemampuan seperti itu. Dalam ekosistem yang lengkap, mereka dapat hidup dalam bentuk struktur yang didasarkan pada mikroorganisme.

Pertama, tumbuhan multiseluler (P) berkembang - produsen tingkat tinggi. Bersama dengan organisme uniseluler, mereka menciptakan bahan organik melalui proses fotosintesis, menggunakan energi radiasi matahari. Selanjutnya, konsumen primer terhubung - hewan herbivora (T), dan kemudian konsumen karnivora. Kami memeriksa siklus biotik tanah. Hal ini sepenuhnya berlaku untuk siklus biotik ekosistem perairan, misalnya lautan.

Semua organisme menempati tempat tertentu dalam siklus biotik dan menjalankan fungsinya mengubah cabang aliran energi yang mereka terima dan mentransfer biomassa. Sistem pengurai (destruktor) bersel tunggal menyatukan semua orang, mendepersonalisasikan substansi mereka dan menutup lingkaran umum. Mereka mengembalikan semua elemen yang diperlukan untuk revolusi baru dan baru ke lingkungan abiotik biosfer.

Ciri-ciri terpenting dari siklus biotik harus ditekankan.

Fotosintesis adalah proses alami yang kuat yang setiap tahun melibatkan sejumlah besar materi biosfer dalam siklusnya dan menentukan potensi oksigennya yang tinggi.

Karena karbon dioksida dan air, bahan organik disintesis dan oksigen bebas dilepaskan. Produk langsung fotosintesis berupa berbagai senyawa organik, dan secara umum proses fotosintesis cukup kompleks.

Selain fotosintesis yang melibatkan oksigen, yang disebut fotosintesis oksigenik, kita juga harus fokus pada fotosintesis bebas oksigen, atau kemosintesis.

Organisme kemosintetik termasuk nitrifier, karboksidobakteri, bakteri belerang, bakteri besi tionik, dan bakteri hidrogen. Mereka diberi nama berdasarkan substrat oksidasinya, yang dapat berupa NH3, NO2, CO, H2S, S, Fe2+, H2. Beberapa spesies bersifat chemolithoautotrophs obligat, yang lainnya bersifat fakultatif. Yang terakhir termasuk bakteri karboksidobakteri dan hidrogen. Kemosintesis merupakan karakteristik ventilasi hidrotermal laut dalam.

Fotosintesis terjadi, dengan sedikit pengecualian, di seluruh permukaan bumi, menciptakan efek geokimia yang sangat besar dan dapat dinyatakan sebagai jumlah seluruh massa karbon yang terlibat setiap tahun dalam pembangunan bahan organik - makhluk hidup di seluruh biosfer. Siklus umum materi yang terkait dengan pembentukan bahan organik melalui fotosintesis juga melibatkan unsur-unsur kimia seperti N, P, S, serta logam - K, Ca, Mg, Na, Al.

Ketika suatu organisme mati, proses sebaliknya terjadi - penguraian bahan organik melalui oksidasi, pembusukan, dll. dengan pembentukan produk dekomposisi akhir.

Di biosfer bumi, proses ini mengarah pada fakta bahwa jumlah biomassa makhluk hidup cenderung konstan. Biomassa ekosfer (2 10|2t) tujuh kali lipat lebih kecil dari massa kerak bumi (2 .10|9t). Tumbuhan di bumi setiap tahunnya menghasilkan bahan organik sebesar 1,6.10"% atau 8% dari biomassa ekosfer. Penghancur, yang jumlahnya kurang dari 1% dari total biomassa organisme di planet ini, memproses sejumlah besar bahan organik yaitu 10 kali lebih besar dari biomassanya sendiri. Rata-rata, periode pembaruan biomassa adalah 12,5 tahun. Mari kita asumsikan bahwa massa makhluk hidup dan produktivitas biosfer adalah sama dari zaman Kambrium hingga saat ini (530 juta tahun), maka jumlah total bahan organik yang melewati siklus biotik global dan digunakan oleh kehidupan di planet ini adalah 2,10 " 2-5,ZL08/12.5=8.5L0|9t, yaitu 4 kali massa kerak bumi. Mengenai perhitungan ini N.S. Pechurkin (1988) menulis: “Kita dapat mengatakan bahwa atom yang menyusun tubuh kita ada pada bakteri purba, dinosaurus, dan mamut.”

Hukum migrasi biogenik atom V.I. Vernadsky menyatakan: “Migrasi unsur-unsur kimia di permukaan bumi dan di biosfer secara keseluruhan terjadi baik dengan partisipasi langsung makhluk hidup (migrasi biogenik), atau terjadi di lingkungan yang memiliki ciri-ciri geokimia (O2, CO2, H2, dll.) adalah materi hidup tertentu, baik yang saat ini menghuni biosfer maupun yang telah beraksi di bumi sepanjang sejarah geologi."

DALAM DAN. Vernadsky pada tahun 1928-1930 dalam generalisasinya yang mendalam mengenai proses-proses di biosfer, ia memberikan gambaran tentang lima fungsi utama biogeokimia makhluk hidup.

Fungsi pertama adalah gas.

Fungsi kedua adalah konsentrasi.

Fungsi ketiga adalah redoks.

Fungsi keempat adalah biokimia.

Fungsi kelima adalah aktivitas biogeokimia umat manusia, yang mencakup materi di kerak bumi yang jumlahnya terus meningkat untuk kebutuhan industri, transportasi, dan pertanian.

Siklus biologis bervariasi di zona alami yang berbeda dan diklasifikasikan menurut serangkaian indikator: biomassa tanaman, serasah, serasah, jumlah unsur yang terfiksasi dalam biomassa, dll.

Total biomassa tertinggi terdapat di kawasan hutan, dan proporsi organ bawah tanah di hutan paling rendah. Hal ini dibuktikan dengan indeks intensitas siklus biologis - perbandingan massa serasah dengan bagian serasah yang membentuknya.

Siklus karbon. Dari semua siklus biogeokimia, tidak diragukan lagi bahwa siklus karbon adalah yang paling intens. Karbon bersirkulasi dengan kecepatan tinggi melalui berbagai cara anorganik dan melalui jaring makanan dalam komunitas organisme hidup.

CO dan CO2 memainkan peran tertentu dalam siklus karbon Seringkali di biosfer bumi, karbon diwakili oleh bentuk CO2 yang paling mobile. Sumber karbon dioksida utama di biosfer adalah aktivitas vulkanik yang terkait dengan degassing sekuler pada mantel dan cakrawala bawah kerak bumi.

Migrasi CO2 di biosfer terjadi melalui dua cara.

Cara pertama adalah dengan menyerapnya selama fotosintesis dengan pembentukan glukosa dan zat organik lainnya yang menjadi dasar semua jaringan tanaman dibangun. Mereka kemudian diangkut melalui rantai makanan dan membentuk jaringan semua makhluk hidup lain di ekosistem. Dengan matinya tumbuhan dan hewan di permukaan, terjadi oksidasi zat organik dengan pembentukan CO2.

Atom karbon juga dikembalikan ke atmosfer ketika bahan organik dibakar. Ciri penting dan menarik dari siklus karbon adalah bahwa pada zaman geologis yang jauh, ratusan juta tahun yang lalu, sebagian besar bahan organik yang dihasilkan dalam proses fotosintesis tidak digunakan oleh konsumen atau pengurai, tetapi terakumulasi di litosfer. dalam bentuk bahan bakar fosil: minyak bumi, batu bara, serpih minyak, gambut, dll. Bahan bakar fosil ini ditambang dalam jumlah besar untuk memenuhi kebutuhan energi masyarakat industri kita. Dengan membakarnya, kita menyelesaikan siklus karbon.

Cara kedua, migrasi karbon dilakukan dengan membuat sistem karbonat di berbagai reservoir, dimana CO2 berubah menjadi H2CO3, HCO, CO3. Dengan bantuan kalsium (atau magnesium) yang dilarutkan dalam air, karbonat (CaCO3) diendapkan melalui jalur biogenik dan abiogenik. Lapisan batu kapur yang tebal terbentuk. Menurut A.B. Ronov, perbandingan karbon yang terkubur dalam produk fotosintesis dengan karbon dalam batuan karbonat adalah 1:4. Selain siklus karbon besar, terdapat juga sejumlah siklus karbon kecil di permukaan tanah dan lautan.

Secara umum, tanpa intervensi antropogenik, kandungan karbon dalam reservoir biogeokimia: biosfer (biomassa + tanah dan detritus), batuan sedimen, atmosfer dan hidrosfer, dipertahankan dengan tingkat keteguhan yang tinggi (menurut T.A. Akimova, V.V. Haskin (1994) ). Pertukaran karbon yang konstan, di satu sisi, antara biosfer, dan di sisi lain, antara atmosfer dan hidrosfer, ditentukan oleh fungsi gas makhluk hidup - proses fotosintesis, respirasi dan penghancuran, dan berjumlah sekitar 6-1010 ton/tahun Terjadi aliran karbon ke atmosfer dan hidrosfer dan pada saat aktivitas vulkanik rata-rata 4,5 106 ton/tahun. Massa total karbon dalam bahan bakar fosil (minyak, gas, batu bara, dll.) diperkirakan sebesar 3,2*1015 ton, yang setara dengan tingkat akumulasi rata-rata sebesar 7 juta ton/tahun. Jumlah ini tidak seberapa dibandingkan dengan massa karbon yang bersirkulasi dan seolah-olah keluar dari siklus dan hilang di dalamnya. Jadi, derajat keterbukaan (ketidaksempurnaan) siklus tersebut adalah 10"4, atau 0,01%, dan karenanya, derajat penutupannya adalah 99,99%. Artinya, di satu sisi, setiap atom karbon ikut serta dalam siklus tersebut. puluhan ribu kali sebelum keluar dari siklus, berakhir di kedalaman.Sebaliknya, aliran sintesis dan pembusukan zat organik di biosfer disesuaikan satu sama lain dengan presisi yang sangat tinggi.

0,2% stok karbon bergerak berada dalam sirkulasi yang konstan. Karbon biomassa diperbarui dalam 12 tahun, di atmosfer - dalam 8 tahun.

Siklus oksigen. Oksigen (O2) berperan penting dalam kehidupan sebagian besar organisme hidup di planet kita. Secara kuantitatif, ini adalah komponen utama makhluk hidup. Misalnya, jika kita memperhitungkan air yang terkandung dalam jaringan, maka tubuh manusia mengandung 62,8% oksigen dan 19,4% karbon. Secara umum, di biosfer, unsur ini, dibandingkan dengan karbon dan hidrogen, merupakan unsur utama di antara zat sederhana. Di dalam biosfer, terjadi pertukaran oksigen yang cepat dengan organisme hidup atau sisa-sisanya setelah kematian. Tumbuhan biasanya menghasilkan oksigen bebas, dan hewan mengkonsumsinya melalui pernapasan. Menjadi unsur yang paling tersebar luas dan bergerak di Bumi, oksigen tidak membatasi keberadaan dan fungsi ekosfer, meskipun ketersediaan oksigen untuk organisme akuatik mungkin terbatas untuk sementara. Siklus oksigen di biosfer sangat kompleks, karena sejumlah besar zat organik dan anorganik bereaksi dengannya. Akibatnya banyak terjadi epicycles, terjadi antara litosfer dan atmosfer atau antara hidrosfer dan kedua lingkungan tersebut. Siklus oksigen dalam beberapa hal mirip dengan siklus terbalik karbon dioksida. Pergerakan yang satu terjadi dalam arah yang berlawanan dengan pergerakan yang lain.

Konsumsi oksigen atmosfer dan penggantiannya oleh produsen primer terjadi relatif cepat. Oleh karena itu, dibutuhkan waktu 2000 tahun untuk sepenuhnya memperbarui seluruh oksigen di atmosfer. Saat ini tidak terjadi penumpukan oksigen di atmosfer, dan kandungannya (20,946%) tetap konstan.

Di lapisan atas atmosfer, ketika radiasi ultraviolet mempengaruhi oksigen, ozon - O3 - terbentuk.

Sekitar 5% energi matahari yang mencapai bumi dihabiskan untuk pembentukan ozon - sekitar 8,6 * 1015 W. Reaksinya mudah dibalik. Ketika ozon membusuk, energi ini dilepaskan, yang mempertahankan suhu tinggi di bagian atas atmosfer. Konsentrasi ozon rata-rata di atmosfer adalah sekitar 106 vol. %; konsentrasi O3 maksimum - hingga 4-10"* vol.% - dicapai pada ketinggian 20-25 km (T.A. Akimova, V.V. Haskin, 1998).

Ozon berfungsi sebagai semacam filter UV: ia menghalangi sebagian besar sinar ultraviolet keras. Kemungkinan besar, terbentuknya lapisan ozon merupakan salah satu syarat munculnya kehidupan dari laut dan menjajah daratan.

Sebagian besar oksigen yang dihasilkan selama zaman geologis tidak tersisa di atmosfer, tetapi disimpan oleh litosfer dalam bentuk karbonat, sulfat, oksida besi, dan lain-lain. Massa ini adalah 590*1014 ton versus 39*1014 ton oksigen yang bersirkulasi di biosfer dalam bentuk gas atau sulfat yang terlarut di perairan benua dan samudera.

Siklus nitrogen. Nitrogen merupakan unsur biogenik yang penting karena merupakan bagian dari protein dan asam nukleat. Siklus nitrogen adalah salah satu yang paling kompleks, karena mencakup fase gas dan mineral, dan sekaligus merupakan siklus paling ideal.

Siklus nitrogen berkaitan erat dengan siklus karbon. Biasanya, nitrogen mengikuti karbon, yang ikut serta dalam pembentukan semua zat protein.

Udara atmosfer, yang mengandung 78% nitrogen, merupakan reservoir yang tidak ada habisnya. Namun, sebagian besar organisme hidup tidak dapat menggunakan nitrogen ini secara langsung. Agar nitrogen dapat diserap tanaman, nitrogen harus merupakan bagian dari ion amonium (NH*) atau nitrat (NO3).

Gas nitrogen terus-menerus dilepaskan ke atmosfer sebagai hasil kerja bakteri denitrifikasi, dan bakteri pengikat, bersama dengan ganggang biru-hijau (sianofita), terus-menerus menyerapnya, mengubahnya menjadi nitrat.

Siklus nitrogen terlihat jelas pada tingkat destruktor. Protein dan bentuk nitrogen organik lain yang terkandung dalam tumbuhan dan hewan setelah kematiannya terkena bakteri heterotrofik, actinomycetes, jamur (mikroorganisme bioreduksi), yang menghasilkan energi yang mereka butuhkan dengan mereduksi nitrogen organik ini, mengubahnya menjadi amonia.

Di dalam tanah terjadi proses nitrifikasi yang terdiri dari serangkaian reaksi, dimana dengan partisipasi mikroorganisme terjadi oksidasi ion amonium (NH4+) menjadi nitrit (NO~) atau nitrit menjadi nitrat (N0~). Reduksi nitrit dan nitrat menjadi senyawa gas molekul nitrogen (N2) atau dinitrogen oksida (N20) merupakan inti dari proses denitrifikasi.

Pembentukan nitrat secara anorganik dalam jumlah kecil terus-menerus terjadi di atmosfer dengan mengikat nitrogen atmosfer dengan oksigen selama pelepasan listrik selama badai petir, dan kemudian turun bersama hujan ke permukaan tanah.

Sumber nitrogen atmosfer lainnya adalah gunung berapi, yang mengkompensasi hilangnya nitrogen yang dikeluarkan dari siklus selama sedimentasi atau pengendapan ke dasar lautan.

Secara umum rata-rata persediaan nitrogen nitrat asal abiotik pada saat pengendapan dari atmosfer ke dalam tanah tidak melebihi 10 kg (tahun/ha), bakteri bebas menghasilkan 25 kg (tahun/ha), sedangkan simbiosis Rhizobium dengan tanaman polong-polongan menghasilkan rata-rata 200 kg (tahun/ha). Bagian utama dari nitrogen terfiksasi diproses oleh bakteri denitrifikasi menjadi N2 dan dikembalikan ke atmosfer. Hanya sekitar 10% nitrogen amonifikasi dan nitrifikasi diserap dari tanah oleh tanaman tingkat tinggi dan berakhir di pembuangan perwakilan biocenosis multiseluler.

Siklus fosfor. Siklus fosfor di biosfer berhubungan dengan proses metabolisme pada tumbuhan dan hewan. Unsur protoplasma yang penting dan diperlukan ini, terkandung dalam tumbuhan darat dan alga 0,01-0,1%, hewan dari 0,1% hingga beberapa persen, bersirkulasi, secara bertahap berubah dari senyawa organik menjadi fosfat, yang dapat digunakan kembali oleh tumbuhan.

Namun, fosfor, tidak seperti unsur biofilik lainnya, tidak membentuk gas selama migrasi. Reservoir fosfor bukanlah atmosfer, seperti nitrogen, tetapi bagian mineral litosfer. Sumber utama fosfor anorganik adalah batuan beku (apatit) atau batuan sedimen (fosforit). Dari batuan, fosfor anorganik terlibat dalam sirkulasi melalui pencucian dan pelarutan di perairan kontinental. Masuk ke ekosistem darat dan tanah, fosfor diserap oleh tanaman dari larutan air dalam bentuk ion fosfat anorganik dan termasuk dalam berbagai senyawa organik, yang muncul dalam bentuk fosfat organik. Fosfor berpindah melalui rantai makanan dari tumbuhan ke organisme lain dalam ekosistem.

Fosfor diangkut ke ekosistem perairan melalui air yang mengalir. Sungai terus memperkaya lautan dengan fosfat. Dimana fosfor menjadi bagian dari fitoplankton. Beberapa senyawa fosfor bermigrasi di kedalaman yang dangkal, dikonsumsi oleh organisme, sementara sebagian lainnya hilang di kedalaman yang sangat dalam. Sisa-sisa organisme yang mati menyebabkan akumulasi fosfor pada kedalaman yang berbeda.

Siklus belerang. Ada banyak senyawa gas belerang, seperti hidrogen sulfida H2S dan belerang dioksida SO2. Namun, bagian utama dari siklus unsur ini bersifat sedimen dan terjadi di tanah dan air.Ketersediaan sulfur anorganik dalam ekosistem difasilitasi oleh kelarutan yang baik dari banyak sulfat dalam air. Tumbuhan, menyerap sulfat, mereduksinya dan menghasilkan asam amino yang mengandung belerang (metionin, sistein, sistin) yang berperan penting dalam pengembangan struktur tersier protein selama pembentukan jembatan disulfida antara berbagai zona rantai polipeptida.

Banyak ciri dasar siklus biogeokimia yang terlihat jelas:

Dana cadangan yang besar di dalam tanah dan sedimen, lebih sedikit di atmosfer.
Peran penting dalam pertukaran dana yang cepat dimainkan oleh mikroorganisme khusus yang melakukan reaksi oksidasi atau reduksi tertentu. Berkat proses oksidasi dan reduksi, belerang dipertukarkan antara sulfat yang tersedia (SO2") dan besi sulfida yang terletak jauh di dalam tanah dan sedimen. Mikroorganisme khusus melakukan reaksi:

S -> S -> SO2 - bakteri belerang tidak berwarna, hijau dan ungu; - "H2S (reduksi anaerobik sulfat) - Desulfovibno; H2S - "SO2" (oksidasi aerobik sulfida) - tiobacillus; S organik dalam SO dan H2S. - mikroorganisme heterotrofik aerobik dan anaerobik.

Produksi primer memastikan penggabungan sulfat ke dalam bahan organik, dan ekskresi oleh hewan berfungsi sebagai cara untuk mengembalikan sulfat ke siklus.

Regenerasi mikroba dari sedimen laut dalam menyebabkan pergerakan fase gas H2S ke atas.
Interaksi proses geokimia dan meteorologi - erosi, sedimentasi, pencucian, hujan, penyerapan-desorpsi, dll. dengan proses biologis - produksi dan dekomposisi.
Interaksi udara, air dan tanah dalam pengaturan siklus dalam skala global.

Secara umum, ekosistem membutuhkan lebih sedikit sulfur dibandingkan nitrogen dan fosfor. Oleh karena itu, belerang jarang menjadi faktor pembatas bagi tumbuhan dan hewan. Pada saat yang sama, siklus belerang merupakan salah satu kunci dalam keseluruhan proses produksi dan dekomposisi biomassa. Misalnya, ketika besi sulfida terbentuk di sedimen, fosfor berpindah dari bentuk tidak larut ke bentuk larut dan tersedia bagi organisme. Ini adalah konfirmasi tentang bagaimana satu siklus diatur oleh siklus lainnya.

2 Aliran energi dalam ekosistem

Berbeda dengan zat yang terus bersirkulasi melalui berbagai bagian ekosistem, yang selalu dapat digunakan kembali dan memasuki siklus, energi dapat digunakan satu kali, yaitu. ada aliran energi linier melalui ekosistem.

Masuknya energi satu arah sebagai fenomena alam universal terjadi sebagai akibat dari hukum termodinamika.

Hukum pertama menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk (misalnya cahaya) ke bentuk lain (misalnya energi potensial makanan), namun tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.

Hukum kedua menyatakan bahwa tidak mungkin ada satu proses pun yang terkait dengan transformasi energi tanpa kehilangan sebagian energi tersebut. Sejumlah energi tertentu dalam transformasi tersebut dihamburkan menjadi energi panas yang tidak dapat diakses dan karenanya hilang. Oleh karena itu: tidak mungkin terjadi transformasi, misalnya zat makanan menjadi zat penyusun tubuh suatu organisme, yang terjadi dengan efisiensi 100%.

Jadi, organisme hidup adalah pengubah energi. Dan setiap kali energi diubah, sebagiannya hilang dalam bentuk panas. Pada akhirnya, semua energi yang memasuki siklus biotik suatu ekosistem hilang sebagai panas. Organisme hidup sebenarnya tidak menggunakan panas sebagai sumber energi untuk melakukan kerja – mereka menggunakan cahaya dan energi kimia.

Rantai dan jaringan makanan, tingkat trofik. Dalam suatu ekosistem, zat yang mengandung energi diciptakan oleh organisme autotrofik dan berfungsi sebagai makanan bagi organisme heterotrof. Koneksi makanan adalah mekanisme untuk mentransfer energi dari satu organisme ke organisme lain.

Contoh tipikal: hewan memakan tumbuhan. Hewan ini selanjutnya dapat dimakan oleh hewan lain. Dengan cara ini, energi dapat ditransfer melalui sejumlah organisme - masing-masing organisme berikutnya memakan organisme sebelumnya, yang memasok bahan mentah dan energi.

Urutan perpindahan energi ini disebut rantai makanan (trofik), atau rantai makanan. Letak setiap mata rantai dalam rantai makanan merupakan tingkat trofik. Tingkat trofik pertama, seperti disebutkan sebelumnya, ditempati oleh autotrof, atau disebut produsen primer. Organisme pada tingkat trofik kedua disebut konsumen primer, konsumen ketiga disebut konsumen sekunder, dan seterusnya.

Secara umum ada tiga jenis rantai makanan. Rantai makanan karnivora dimulai dari tumbuhan dan berpindah dari organisme kecil ke organisme yang semakin besar. Di darat, rantai makanan terdiri dari tiga hingga empat mata rantai.

Salah satu rantai makanan paling sederhana terlihat seperti:

tanaman -> kelinci -> serigala

produsen -" herbivora -> -> karnivora

Rantai makanan berikut juga tersebar luas:

Bahan tumbuhan (misalnya nektar) - "terbang -" -" laba-laba -> tikus -> burung hantu.

Getah rosebush -> kutu daun -> -> kepik -> -> laba-laba - "burung pemakan serangga -> burung pemangsa.

Di ekosistem akuatik dan, khususnya, ekosistem laut, rantai makanan predator cenderung lebih panjang dibandingkan di ekosistem darat.

Jenis rantai makanan yang ketiga, dimulai dari sisa tumbuhan mati, bangkai, dan kotoran hewan, disebut rantai makanan detrital (saprofit) atau rantai penguraian detrital. Hutan gugur memainkan peran penting dalam rantai makanan detrital ekosistem darat, yang sebagian besar dedaunannya tidak dikonsumsi oleh herbivora dan merupakan bagian dari serasah daun-daun yang berguguran. Daunnya dihancurkan oleh banyak detritivora - jamur, bakteri, serangga (misalnya, collembola), dll., dan kemudian dicerna oleh cacing tanah, yang mendistribusikan humus secara merata di lapisan permukaan bumi, membentuk apa yang disebut mull. Pada tingkat ini, jamur mengembangkan miselium. Mikroorganisme pengurai yang melengkapi rantai menghasilkan mineralisasi akhir bahan organik mati. Secara umum, rantai makanan perusak hutan kita dapat direpresentasikan sebagai berikut:

Serasah daun -> cacing tanah -> burung hitam - burung pipit;

Hewan mati - "larva lalat bangkai -" katak rumput -> ular rumput biasa.

Dalam diagram rantai makanan yang dibahas, setiap organisme direpresentasikan memakan organisme lain yang sejenis. Hubungan makanan yang sebenarnya dalam suatu ekosistem jauh lebih kompleks, karena hewan dapat memakan organisme dari jenis yang berbeda dari rantai makanan yang sama atau dari rantai makanan yang berbeda, misalnya predator di tingkat trofik atas. Hewan sering kali memakan tumbuhan dan hewan lainnya. Mereka disebut omnivora.

Jaring-jaring makanan dalam suatu ekosistem sangatlah kompleks, dan kita dapat menyimpulkan bahwa energi yang masuk ke dalamnya membutuhkan waktu yang lama untuk berpindah dari satu organisme ke organisme lainnya.

Piramida ekologi. Dalam setiap ekosistem, jaring makanan memiliki struktur yang terdefinisi dengan baik, yang dicirikan oleh sifat dan jumlah organisme yang terwakili di setiap tingkat rantai makanan. Untuk mempelajari hubungan antar organisme dalam suatu ekosistem dan menggambarkannya secara grafis, mereka biasanya menggunakan piramida ekologi daripada diagram jaring makanan. Piramida ekologi mengungkapkan struktur trofik suatu ekosistem dalam bentuk geometris. Dibangun dalam bentuk persegi panjang dengan lebar yang sama, tetapi panjang persegi panjang tersebut harus sebanding dengan nilai benda yang diukur. Dari sini Anda bisa mendapatkan piramida jumlah, biomassa, dan energi.

Piramida ekologi mencerminkan karakteristik dasar dari setiap biocenosis ketika mereka menunjukkan struktur trofiknya.

tingginya sebanding dengan panjang rantai makanan yang bersangkutan, yaitu jumlah tingkat trofik yang dikandungnya;
bentuknya kurang lebih mencerminkan efisiensi transformasi energi selama transisi dari satu tingkat ke tingkat lainnya.

Piramida angka. Mereka mewakili perkiraan paling sederhana untuk mempelajari struktur trofik suatu ekosistem.

Piramida biomassa. Mencerminkan hubungan nutrisi dalam ekosistem secara lebih lengkap, karena memperhitungkan massa total organisme (biomassa) pada setiap tingkat trofik.

Piramida energi. Cara paling mendasar untuk menampilkan hubungan antar organisme pada tingkat trofik berbeda adalah melalui piramida energi. Mereka mewakili efisiensi konversi energi dan produktivitas rantai makanan dan dibangun dengan menghitung jumlah energi (kkal) yang terakumulasi per satuan luas permukaan per satuan waktu dan digunakan oleh organisme pada setiap tingkat trofik.

Energi matahari yang diterima tumbuhan hanya sebagian digunakan dalam proses fotosintesis. Energi yang terkandung dalam karbohidrat mewakili produksi kotor ekosistem. Karbohidrat digunakan untuk membangun protoplasma dan pertumbuhan tanaman. Sebagian energi mereka dihabiskan untuk bernapas.

Konsumen tingkat kedua (predator) tidak memusnahkan seluruh biomassa korbannya. Selain itu, dari jumlah yang mereka musnahkan, hanya sebagian yang digunakan untuk menghasilkan biomassa pada tingkat trofiknya sendiri. Sisanya terutama dihabiskan untuk energi pernapasan dan dikeluarkan bersama kotoran dan kotoran.

Pada tahun 1942, R. Lindeman pertama kali merumuskan hukum piramida energi, yang dalam buku teks sering disebut “hukum 10%”. Menurut hukum ini, rata-rata, tidak lebih dari 10% energi berpindah dari satu tingkat trofik piramida ekologi ke tingkat lainnya.

Hanya 10-20% energi awal yang ditransfer ke heterotrof berikutnya. Dengan menggunakan hukum piramida energi, mudah untuk menghitung bahwa jumlah energi yang mencapai karnivora tersier (tingkat trofik V) adalah sekitar 0,0001 energi yang diserap oleh produsen. Oleh karena itu perpindahan energi dari satu tingkat ke tingkat lainnya terjadi dengan efisiensi yang sangat rendah. Hal ini menjelaskan terbatasnya jumlah mata rantai dalam rantai makanan, terlepas dari biocenosis tertentu.

E. Odum (1959) dalam rantai makanan yang sangat disederhanakan - alfalfa -> betis - "anak menilai transformasi energi, menggambarkan besarnya kerugiannya. Katakanlah, dia beralasan, ada tanaman alfalfa di lahan seluas 4 hektar Anak sapi makan di ladang ini (diasumsikan hanya makan alfalfa), dan anak laki-laki berumur 12 tahun hanya makan daging sapi muda.Hasil perhitungan disajikan dalam bentuk tiga piramida: jumlah, biomassa dan energi, menunjukkan bahwa alfalfa hanya menggunakan 0,24% dari seluruh energi matahari yang jatuh di ladang; anak sapi menyerap 8 % dari produk ini dan hanya 0,7% biomassa anak sapi yang menjamin perkembangan anak sepanjang tahun.

E. Odum, dengan demikian, menunjukkan bahwa hanya sepersejuta energi matahari yang masuk diubah menjadi biomassa karnivora, dalam hal ini berkontribusi terhadap peningkatan berat badan anak, dan sisanya hilang dan hilang dalam bentuk terdegradasi di lingkungan. Contoh di atas dengan jelas menggambarkan sangat rendahnya efisiensi ekologi ekosistem dan rendahnya efisiensi transformasi dalam rantai makanan. Kita dapat menyatakan sebagai berikut: jika 1000 kkal (hari m 2) dicatat oleh produsen, kemudian 10 kkal (hari m 2) masuk ke biomassa herbivora dan hanya 1 kkal (hari m 2) - menjadi biomassa karnivora. Karena sejumlah zat tertentu dapat digunakan berulang kali oleh setiap biocenosis, dan sebagian energi dapat digunakan satu kali, lebih tepat untuk mengatakan bahwa transfer energi berjenjang terjadi dalam ekosistem.

Konsumen berfungsi sebagai penghubung yang mengelola dan menstabilkan ekosistem.

Konsumen menghasilkan spektrum keragaman dalam cenosis, mencegah monopoli pihak dominan. Aturan pengendalian nilai konsumen dapat dianggap cukup mendasar. Menurut pandangan cybernetic, sistem pengendalian harus memiliki struktur yang lebih kompleks daripada sistem yang dikendalikan, maka alasan banyaknya jenis aset menjadi jelas. Pentingnya pengendalian konsumen juga memiliki dasar yang energik. Aliran energi melalui satu atau beberapa tingkat trofik tidak dapat ditentukan secara mutlak oleh ketersediaan makanan pada tingkat trofik yang mendasarinya. Seperti diketahui, selalu ada “cadangan” yang tersisa, karena pemusnahan total pangan akan mengakibatkan kematian konsumen. Pola umum ini diamati dalam kerangka proses kependudukan, komunitas, tingkat piramida ekologi, dan biocenosis secara keseluruhan.

3 Proses dinamis yang menjamin integritas dan keberlanjutan ekosistem

Perubahan siklus dalam komunitas mencerminkan periodisitas harian, musiman, dan jangka panjang dari kondisi eksternal serta manifestasi ritme endogen organisme. Dinamika ekosistem sehari-hari terutama dikaitkan dengan ritme fenomena alam dan bersifat periodik. Kita telah mempertimbangkan bahwa dalam setiap biocenosis terdapat kelompok organisme yang aktivitas hidupnya terjadi pada waktu yang berbeda dalam sehari. Ada yang aktif di siang hari, ada pula yang aktif di malam hari. Oleh karena itu, perubahan berkala terjadi dalam komposisi dan rasio jenis biocenosis tertentu pada suatu ekosistem tertentu, karena organisme individu dimatikan dari ekosistem tersebut untuk waktu tertentu. Dinamika harian biocenosis disediakan oleh hewan dan tumbuhan. Sebagaimana diketahui, intensitas dan sifat proses fisiologis pada tumbuhan berubah pada siang hari - fotosintesis tidak terjadi pada malam hari, seringkali bunga pada tumbuhan hanya terbuka pada malam hari dan diserbuki oleh hewan nokturnal, ada pula yang beradaptasi dengan penyerbukan pada siang hari. Dinamika harian dalam biocenosis biasanya lebih terasa dengan semakin besarnya perbedaan suhu, kelembapan, dan faktor lingkungan lainnya antara siang dan malam.

Penyimpangan biocenosis yang lebih signifikan diamati dengan dinamika musiman. Hal ini disebabkan oleh siklus biologis organisme, yang bergantung pada siklus musiman fenomena alam. Dengan demikian, pergantian musim mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap aktivitas kehidupan hewan dan tumbuhan (hibernasi, tidur musim dingin, diapause dan migrasi hewan; masa berbunga, berbuah, pertumbuhan aktif, gugurnya daun, dan dormansi musim dingin pada tumbuhan). Struktur biocenosis yang berjenjang seringkali bergantung pada variabilitas musiman. Lapisan individu tanaman mungkin hilang sama sekali pada musim yang sesuai dalam setahun, misalnya lapisan herba yang terdiri dari tanaman semusim. Durasi musim biologis bervariasi pada garis lintang yang berbeda. Dalam hal ini, dinamika musiman biocenosis di zona Arktik, beriklim sedang, dan tropis berbeda. Hal ini paling jelas terlihat di ekosistem beriklim sedang dan garis lintang utara.

Variabilitas jangka panjang adalah normal dalam kehidupan biocenosis apa pun. Dengan demikian, jumlah curah hujan yang turun di hutan-stepa Barabinsk berfluktuasi tajam dari tahun ke tahun, beberapa tahun kemarau bergantian dengan periode curah hujan yang melimpah dalam jangka panjang. Hal ini mempunyai dampak yang signifikan terhadap tumbuhan dan hewan. Dalam hal ini, terjadi perkembangan relung ekologi - demarkasi fungsional pada kumpulan yang muncul atau penambahannya dengan sedikit keanekaragaman.

Perubahan jangka panjang dalam komposisi biocenosis juga berulang karena perubahan periodik dalam sirkulasi umum atmosfer, yang pada gilirannya disebabkan oleh peningkatan atau penurunan aktivitas matahari.

Dalam proses dinamika harian dan musiman, integritas biocenosis biasanya tidak dilanggar. Biocenosis hanya mengalami fluktuasi periodik dalam karakteristik kualitatif dan kuantitatif.

Perubahan ekosistem yang progresif pada akhirnya menyebabkan tergantinya satu biocenosis dengan biocenosis lain, dengan kumpulan spesies dominan yang berbeda. Penyebab perubahan tersebut mungkin karena faktor-faktor di luar biocenosis yang bertindak dalam satu arah dalam waktu yang lama, misalnya meningkatnya pencemaran badan air, meningkatnya kekeringan tanah rawa akibat reklamasi, meningkatnya penggembalaan, dll. Perubahan dari satu biocenosis ke biocenosis lainnya disebut eksogenetik. Dalam hal peningkatan pengaruh suatu faktor menyebabkan penyederhanaan bertahap struktur biocenosis, penipisan komposisinya, dan penurunan produktivitas, pergeseran tersebut disebut digresif atau digresif.

Perubahan endogenetik muncul sebagai akibat dari proses yang terjadi di dalam biocenosis itu sendiri. Penggantian berturut-turut dari satu biocenosis dengan biocenosis lainnya disebut suksesi ekologis (dari bahasa Lat. - suksesi - urutan, perubahan). Suksesi adalah proses pengembangan diri ekosistem. Suksesi didasarkan pada ketidaklengkapan siklus biologis dalam suatu biocenosis tertentu. Diketahui bahwa organisme hidup, sebagai akibat dari aktivitas vitalnya, mengubah lingkungan di sekitarnya, menghilangkan beberapa zat darinya dan menjenuhkannya dengan produk metabolisme. Ketika populasi ada dalam jangka waktu yang relatif lama, mereka mengubah lingkungannya ke arah yang tidak menguntungkan dan, sebagai akibatnya, digantikan oleh populasi spesies lain, sehingga transformasi lingkungan yang dihasilkan ternyata bermanfaat secara ekologis. Dalam biocenosis, terjadi perubahan spesies dominan. Aturan (prinsip) duplikasi ekologi terlihat jelas di sini. Keberadaan biocenosis dalam jangka panjang hanya mungkin terjadi jika perubahan lingkungan yang disebabkan oleh aktivitas beberapa organisme hidup menguntungkan bagi organisme lain yang memiliki persyaratan berlawanan.

Berdasarkan interaksi kompetitif spesies selama suksesi, kombinasi yang lebih stabil secara bertahap terbentuk dan sesuai dengan kondisi lingkungan abiotik tertentu. Contoh suksesi yang menyebabkan tergantinya suatu komunitas dengan komunitas lainnya adalah tumbuhnya danau kecil secara berlebihan, diikuti dengan munculnya rawa dan kemudian hutan sebagai gantinya.

Pertama, karpet terapung terbentuk di sepanjang tepi danau - karpet terapung yang terbuat dari alang-alang, lumut, dan tanaman lainnya. Danau ini terus-menerus dipenuhi sisa-sisa tanaman mati - gambut. Rawa terbentuk, lambat laun ditumbuhi hutan. Rangkaian komunitas yang berurutan secara bertahap dan alamiah yang saling menggantikan secara berurutan disebut rangkaian suksesi.

Suksesi di alam mempunyai skala yang sangat bervariasi. Mereka dapat diamati di tepi sungai dengan budaya, yaitu komunitas planktonik - berbagai jenis ganggang terapung dan konsumennya - rotifera, flagellata di genangan air dan kolam, rawa, padang rumput, hutan, lahan subur yang terbengkalai, batuan yang lapuk, dll. Ada hierarki dalam pengorganisasian ekosistem Hal ini juga memanifestasikan dirinya dalam proses suksesi - transformasi biocenosis yang lebih besar terdiri dari transformasi biocenosis yang lebih kecil. Dalam ekosistem yang stabil dengan siklus zat yang teratur, perubahan suksesi lokal juga terus terjadi, mendukung struktur internal komunitas yang kompleks.

Jenis perubahan suksesi. Ada dua jenis utama perubahan suksesi: 1 - dengan partisipasi populasi autotrofik dan heterotrofik; 2 - dengan partisipasi hanya heterotrof. Suksesi tipe kedua hanya terjadi dalam kondisi di mana pasokan awal atau pasokan senyawa organik yang konstan tercipta, yang karenanya komunitas tersebut ada: di tumpukan atau tumpukan kotoran, di bahan tanaman yang membusuk, di reservoir yang tercemar zat organik, dll.

Proses suksesi. Menurut F. Clements (1916), proses suksesi terdiri dari tahapan sebagai berikut:

Munculnya suatu kawasan yang tidak dihuni oleh kehidupan.
Migrasi berbagai organisme atau dasar-dasarnya ke dalamnya.
Pendirian mereka di daerah ini.
Persaingan mereka satu sama lain dan perpindahan spesies tertentu.
Transformasi habitat oleh organisme hidup, stabilisasi kondisi dan hubungan secara bertahap.

Suksesi dengan pergantian vegetasi dapat bersifat primer dan sekunder.

Suksesi primer adalah proses perkembangan dan perubahan ekosistem di kawasan yang sebelumnya tidak berpenghuni, dimulai dengan kolonisasinya. Contoh klasiknya adalah pengotoran terus-menerus pada batuan gundul yang akhirnya berkembang menjadi hutan di atasnya. Jadi, dalam suksesi primer yang terjadi di bebatuan Pegunungan Ural, tahapan berikut dibedakan:

Pemukiman lumut endolitik dan krustosa, menutupi seluruh permukaan batuan. Lumut kerak membawa mikroflora yang unik dan kaya akan fauna protozoa, rotifera, dan nematoda. Tungau kecil - saprofag dan terutama serangga tak bersayap - pertama kali hanya ditemukan di celah-celah. Aktivitas seluruh penduduk bersifat intermiten, diamati terutama setelah curah hujan berupa hujan atau pembasahan batuan dengan uap air dari kabut. Komunitas organisme ini disebut komunitas pionir.
Dominasi lumut foliosa, yang secara bertahap membentuk karpet terus menerus. Di bawah lingkaran lumut, akibat asam yang dikeluarkannya dan kontraksi mekanis thalli selama pengeringan, penyok terbentuk, thalli mati dan detritus menumpuk. Arthropoda kecil ditemukan dalam jumlah besar di bawah lumut: springtail, tungau oribatid, larva nyamuk pendorong, kumbang jerami dan lain-lain. Sebuah mikrohorizon terbentuk yang terdiri dari kotorannya.
Permukiman lumut lithophilous Hedwidia dan Pleurozium schreberi. Lichen dan tanah film sublichen terkubur di bawahnya. Rizoid lumut di sini menempel bukan pada batu, melainkan pada tanah halus yang tebalnya minimal 3 cm. Fluktuasi suhu dan kelembapan di bawah lumut beberapa kali lebih kecil dibandingkan di bawah lumut kerak. Aktivitas mikroorganisme meningkat, keanekaragaman kelompok hewan meningkat.
Penampakan lumut hipnum dan tumbuhan berpembuluh. Dalam penguraian sisa tanaman dan pembentukan profil tanah, peran arthropoda kecil secara bertahap menurun dan partisipasi invertebrata saprofag yang lebih besar: enchytraeids, cacing tanah, dan larva serangga meningkat.
Kolonisasi oleh tanaman besar, mendorong akumulasi dan pembentukan tanah lebih lanjut. Lapisannya cukup untuk tumbuhnya semak dan pohon. Daun dan dahan yang berguguran menghalangi pertumbuhan lumut dan sebagian besar spesies kecil lainnya yang telah memulai suksesi. Jadi lambat laun pada batuan yang awalnya gundul terjadi proses pergantian lumut kerak dengan lumut, lumut dengan rerumputan, dan terakhir hutan. Suksesi dalam geobotani disebut ekogenetik, karena mengarah pada transformasi habitat itu sendiri.

Suksesi sekunder adalah pemulihan ekosistem yang pernah ada di suatu wilayah. Ini dimulai ketika hubungan yang terjalin antara organisme dalam biocenosis yang sudah mapan terganggu akibat letusan gunung berapi, kebakaran, penebangan, pembajakan, dll. Pergeseran yang mengarah pada pemulihan biocenosis sebelumnya disebut demutasional dalam geobotani. Contohnya adalah dinamika keanekaragaman spesies di Pulau Krakatau pasca musnahnya flora dan fauna asli akibat gunung berapi. Contoh lainnya adalah suksesi sekunder hutan jenis konifera gelap Siberia (fir-cedar taiga) setelah kebakaran hutan yang dahsyat. Di daerah yang lebih hangus, lumut pionir muncul dari spora yang tertiup angin: 3-5 tahun setelah kebakaran, “lumut api” yang paling melimpah adalah Funaria hygrometrica, Geratodon purpureus, dll. Di antara tumbuhan tingkat tinggi, fireweed (Chamaenerion angustifolium) sangat cepat berkembang biak. menjajah area yang terbakar ), yang setelah 2-3 bulan mekar subur di api, serta rumput alang-alang (Calamagrostis epigeios) dan spesies lainnya.

Fase suksesi lebih lanjut diamati: padang rumput alang-alang digantikan oleh semak belukar, kemudian hutan birch atau aspen, hutan campuran berdaun pinus, hutan pinus, hutan pinus-cedar, dan akhirnya, setelah 250 tahun, terjadi restorasi hutan cemara cedar. .

Suksesi sekunder biasanya terjadi lebih cepat dan mudah daripada suksesi primer, karena pada habitat yang terganggu profil tanah, benih, primordia dan sebagian dari populasi sebelumnya serta ikatan sebelumnya tetap terjaga. Demutasi bukanlah pengulangan tahapan suksesi primer apa pun.

Ekosistem klimaks. Suksesi berakhir dengan tahap ketika semua spesies dalam ekosistem, ketika bereproduksi, mempertahankan jumlah yang relatif konstan dan tidak terjadi perubahan komposisi lebih lanjut. Keadaan keseimbangan ini disebut klimaks, dan ekosistem disebut klimaks. Dalam kondisi abiotik yang berbeda, ekosistem klimaks yang berbeda terbentuk. Pada iklim panas dan lembab akan menjadi hutan hujan tropis, pada iklim kering dan panas akan menjadi gurun. Bioma utama bumi merupakan ekosistem klimaks di wilayah geografisnya masing-masing.

Perubahan ekosistem selama suksesi. Produktivitas dan biomassa. Sebagaimana telah disebutkan, suksesi adalah proses alami dan terarah dan perubahan yang terjadi pada tahap tertentu merupakan karakteristik komunitas mana pun dan tidak bergantung pada komposisi spesies atau lokasi geografisnya.

Ada empat jenis utama perubahan suksesi:

Selama proses suksesi, spesies tumbuhan dan hewan terus mengalami perubahan.
Perubahan suksesi selalu diiringi dengan peningkatan keanekaragaman spesies organisme.
Biomassa bahan organik meningkat selama suksesi.
Penurunan produksi bersih suatu komunitas dan peningkatan laju respirasi merupakan fenomena suksesi yang paling penting.

Perlu juga diperhatikan bahwa perubahan tahapan suksesi terjadi sesuai dengan aturan tertentu. Setiap fase mempersiapkan lingkungan untuk munculnya fase berikutnya. Hukum urutan perjalanan fase-fase pembangunan berlaku di sini; fase-fase perkembangan suatu sistem alam hanya dapat mengikuti tatanan yang tetap secara evolusioner (secara historis, ditentukan oleh lingkungan), biasanya dari yang relatif sederhana hingga yang kompleks, sebagai suatu peraturan, tanpa kehilangan. tahap-tahap peralihan, tetapi mungkin dengan perjalanannya yang sangat cepat atau ketiadaan yang tetap secara evolusioner. Ketika suatu ekosistem mendekati keadaan menopause, di dalamnya, seperti dalam semua sistem keseimbangan, semua proses pembangunan melambat. Situasi ini tercermin dalam hukum perlambatan suksesi: proses yang terjadi pada ekosistem keseimbangan matang yang berada dalam keadaan stabil, biasanya cenderung melambat. Dalam hal ini, jenis suksesi restoratif berubah ke arah sekulernya, yaitu. pengembangan diri terjadi dalam batas menopause atau perkembangan nodal. Hukum empiris perlambatan suksesi merupakan konsekuensi dari aturan G. Odum dan R. Pinkerton, atau aturan energi maksimum untuk mempertahankan sistem yang matang: suksesi berlangsung ke arah pergeseran mendasar aliran energi menuju peningkatannya. kuantitas, yang bertujuan untuk memelihara sistem. Aturan G. Odum dan R. Pinkerton, pada gilirannya, didasarkan pada aturan energi maksimum dalam sistem biologis, yang dirumuskan oleh A. Lotka. Pertanyaan ini kemudian dikembangkan dengan baik oleh R. Margalef, Y. Odum dan dikenal sebagai pembuktian prinsip “zero maksimum”, atau minimalisasi pertumbuhan pada ekosistem dewasa: suatu ekosistem dalam perkembangan suksesi cenderung membentuk biomassa terbesar dengan produktivitas biologis paling rendah.

Lindeman (1942) secara eksperimental membuktikan bahwa suksesi disertai dengan peningkatan produktivitas hingga komunitas klimaks, di mana konversi energi terjadi paling efisien. Data studi suksesi hutan oak dan oak-ash menunjukkan bahwa pada tahap selanjutnya produktivitasnya justru meningkat. Namun pada masa transisi menuju komunitas klimaks, biasanya terjadi penurunan produktivitas secara keseluruhan. Oleh karena itu, produktivitas di hutan tua lebih rendah dibandingkan dengan hutan muda, yang pada gilirannya mungkin kurang produktif dibandingkan lapisan herba yang lebih kaya spesies sebelumnya. Penurunan produktivitas serupa juga terjadi di beberapa sistem perairan. Ada beberapa alasan untuk hal ini. Salah satunya adalah akumulasi unsur hara pada pertumbuhan biomassa hutan dapat menyebabkan penurunan siklusnya. Menurunnya produktivitas secara keseluruhan bisa saja disebabkan oleh menurunnya vitalitas individu seiring bertambahnya usia rata-rata mereka di masyarakat.

Seiring dengan berlangsungnya suksesi, semakin banyak unsur hara yang tersedia yang terakumulasi dalam biomassa komunitas, dan dengan demikian kandungannya dalam komponen abiotik ekosistem (dalam tanah atau air) menurun.

Jumlah detritus yang dihasilkan juga meningkat. Konsumen primer utama bukanlah herbivora, melainkan organisme detritivor. Perubahan yang sesuai juga terjadi pada jaringan trofik. Detritus menjadi sumber nutrisi utama.

Selama suksesi, ketertutupan siklus biogeokimia suatu zat meningkat. Kira-kira 10 tahun sejak restorasi tutupan vegetasi dimulai, keterbukaan siklus menurun dari 100 menjadi 10%, kemudian semakin menurun hingga mencapai minimum pada fase klimaks. Aturan semakin tertutupnya siklus biogeokimia zat selama suksesi, dapat dinyatakan dengan penuh keyakinan, dilanggar oleh transformasi antropogenik vegetasi dan ekosistem alami secara umum. Tidak diragukan lagi, hal ini menyebabkan serangkaian panjang anomali di biosfer dan perpecahannya.

Penurunan keanekaragaman spesies selama menopause tidak berarti rendahnya signifikansi ekologisnya. Keanekaragaman spesies membentuk suksesi, arahnya, dan memastikan bahwa ruang nyata dipenuhi kehidupan. Jumlah spesies yang membentuk kompleks tersebut tidak mencukupi sehingga tidak dapat membentuk rangkaian suksesi, dan secara bertahap, dengan rusaknya ekosistem klimaks, penggurunan total di planet ini akan terjadi. Nilai keberagaman bersifat fungsional baik secara statis maupun dinamis. Perlu dicatat bahwa ketika keanekaragaman spesies tidak cukup untuk membentuk biosfer, yang berfungsi sebagai dasar bagi jalannya proses suksesi alami yang normal, dan lingkungan itu sendiri sangat terganggu, suksesi tidak mencapai fase klimaks, tetapi berakhir dengan komunitas nodal - paraklimaks, komunitas turunan jangka panjang atau jangka pendek. Semakin dalam gangguan lingkungan suatu ruang tertentu, semakin dini pula berakhirnya fase-fase suksesi.

Ketika satu atau sekelompok spesies hilang akibat kehancurannya (hilangnya habitat secara antropogenik, lebih jarang lagi kepunahan), pencapaian menopause bukanlah pemulihan lingkungan alam secara menyeluruh. Faktanya, ini adalah ekosistem baru, karena hubungan-hubungan baru telah muncul di dalamnya, banyak hubungan-hubungan lama telah hilang, dan berbagai jenis spesies telah berkembang. Ekosistem tidak dapat kembali ke kondisi semula, karena spesies yang hilang tidak dapat dipulihkan.

Ketika faktor abiotik atau biotik berubah, misalnya karena pendinginan yang berkepanjangan, atau masuknya spesies baru, spesies yang kurang beradaptasi dengan kondisi baru akan menghadapi salah satu dari tiga jalur.

Migrasi. Sebagian penduduknya dapat bermigrasi, mencari habitat dengan kondisi yang sesuai dan tetap eksis di sana.
Adaptasi. Kumpulan gen mungkin mengandung alel yang memungkinkan individu bertahan hidup dalam kondisi baru dan meninggalkan keturunan. Setelah beberapa generasi, di bawah pengaruh seleksi alam, muncullah populasi yang mampu beradaptasi dengan baik terhadap perubahan kondisi keberadaan.
Kepunahan. Jika tidak ada satu individu pun dalam suatu populasi yang dapat bermigrasi karena takut akan pengaruh faktor-faktor yang merugikan, dan hal tersebut melampaui batas stabilitas semua individu, maka populasi tersebut akan punah dan kumpulan gennya akan hilang. Jika beberapa spesies punah, dan individu yang masih hidup dari spesies lain bereproduksi, beradaptasi, dan berubah di bawah pengaruh seleksi alam, kita dapat membicarakan suksesi evolusioner.

Hukum ireversibilitas evolusioner-ekologis menyatakan bahwa suatu ekosistem yang telah kehilangan sebagian unsurnya atau digantikan oleh unsur lain sebagai akibat dari ketidakseimbangan komponen ekologi, tidak dapat kembali ke keadaan semula secara suksesi jika selama perubahan terjadi evolusi (mikroevolusioner). ) telah terjadi perubahan pada unsur-unsur ekologi (diawetkan atau hilang sementara). Dalam kasus ketika beberapa spesies hilang dalam fase suksesi peralihan, kehilangan ini dapat dikompensasi secara fungsional, tetapi tidak sepenuhnya. Ketika keragaman berkurang melampaui tingkat kritis, maka arah suksesi akan terdistorsi, dan pada kenyataannya, klimaks yang identik dengan masa lalu tidak dapat dicapai.

Untuk menilai sifat ekosistem yang dipulihkan, hukum ireversibilitas evolusioner-ekologis adalah penting. Dengan hilangnya unsur-unsur tersebut, sebenarnya ini adalah formasi alam ekologis yang benar-benar baru dengan pola dan hubungan yang baru terbentuk. Jadi, perpindahan spesies yang keluar dari ekosistem di masa lalu selama reaklimatisasi di masa lalu tidak berarti kembalinya spesies tersebut secara mekanis. Ini sebenarnya adalah masuknya spesies baru ke dalam ekosistem yang diperbarui.Hukum ireversibilitas evolusioner-ekologis menekankan arah evolusi tidak hanya pada tingkat biosistem, tetapi juga pada semua tingkat hierarki biota lainnya.

4 Biosfer sebagai ekosistem global yang menjamin keutuhan dan keberlanjutan ekosistem

Biosfer adalah ekosistem global. Seperti disebutkan sebelumnya, biosfer dibagi menjadi geobiosfer, hidrobiosfer, dan aerobiosfer (Gbr. 2.4). Geobiosfer memiliki pembagian sesuai dengan faktor utama pembentuk lingkungan: terrabiosfer dan litobiosfer - di dalam geobiosfer, marinobiosfer (oceanobiosfer) dan aquabiosfer - di dalam hidrobiosfer. Formasi ini disebut subsfer. Faktor pembentuk lingkungan utama dalam pembentukannya adalah fase fisik lingkungan hidup: udara-air di aerobiosfer, air - air tawar dan air asin di hidrobiosfer, udara padat di terrabiosfer, dan air padat di litobiosfer.

Pada gilirannya, semuanya terbagi menjadi beberapa lapisan: aerobiosfer - menjadi tropobiosfer dan altobiosfer; hidrobiosfer - menjadi fotosfer, disfotosfer, dan afotosfer.

Faktor pembentuk struktur di sini, selain lingkungan fisik, energi (cahaya dan panas), kondisi khusus untuk pembentukan dan evolusi kehidupan - arah evolusi penetrasi biota ke daratan, ke kedalamannya, ke ruang-ruang di atas. bumi, jurang samudera, tentu saja berbeda. Bersama dengan apobiosfer, parabiosfer, dan lapisan sub-dan supra-biosfer lainnya, mereka membentuk apa yang disebut “lapisan kue kehidupan” dan geosfer (ekosfer) keberadaannya dalam batas-batas megabiosfer.

Dalam pengertian sistemik, formasi yang terdaftar adalah bagian fungsional besar dari dimensi universal atau subplanet.

Para ilmuwan percaya bahwa di biosfer setidaknya terdapat 8-9 tingkat siklus zat yang relatif independen dalam interkoneksi 7 komponen ekologi material-energi utama dan komponen informasi ke-8.

Siklus zat global, regional dan lokal tidak tertutup dan sebagian “berpotongan” dalam hierarki ekosistem. “Kandungan” material-energi, dan sebagian informasional ini memastikan integritas supersistem ekologi hingga biosfer secara keseluruhan.

Integritas dan keberlanjutan ekosistem. Biosfer sebagian besar terbentuk bukan oleh faktor eksternal, tetapi oleh pola internal. Sifat biosfer yang paling penting adalah interaksi makhluk hidup dan benda mati, yang tercermin dalam hukum migrasi biogenik atom oleh V. I. Vernadsky.

Hukum migrasi biogenik atom memungkinkan umat manusia untuk secara sadar mengendalikan proses biogeokimia baik di Bumi secara keseluruhan maupun di wilayahnya.

Jumlah materi hidup di biosfer, seperti diketahui, tidak mengalami perubahan nyata. Pola ini dirumuskan dalam bentuk hukum kekekalan jumlah makhluk hidup oleh V.I. Vernadsky: jumlah materi hidup di biosfer untuk periode geologi tertentu adalah konstan. Dalam praktiknya, hukum ini merupakan konsekuensi kuantitatif dari hukum keseimbangan dinamis internal ekosistem global – biosfer. Karena materi hidup, sesuai dengan hukum migrasi biogenik atom, merupakan perantara energi antara Matahari dan Bumi, kuantitasnya harus konstan atau karakteristik energinya harus berubah. Hukum kesatuan fisik dan kimia makhluk hidup (semua makhluk hidup di bumi bersatu secara fisik dan kimia dan tidak termasuk perubahan signifikan pada sifat-sifat yang terakhir. Oleh karena itu, stabilitas kuantitatif tidak dapat dihindari untuk makhluk hidup di planet ini. Ini sepenuhnya merupakan karakteristik dari jumlah spesies.

Materi hidup, sebagai penyimpan energi matahari, harus merespon secara simultan terhadap pengaruh eksternal (kosmik) dan perubahan internal. Penurunan atau peningkatan jumlah makhluk hidup di satu tempat di biosfer akan menyebabkan proses yang justru sebaliknya di tempat lain, karena unsur hara yang dilepaskan dapat diasimilasi oleh makhluk hidup lainnya atau akan terlihat kekurangannya. Di sini kita harus memperhitungkan kecepatan prosesnya, yang dalam kasus perubahan antropogenik jauh lebih rendah dibandingkan gangguan langsung terhadap alam oleh manusia.

Selain keteguhan dan keteguhan jumlah makhluk hidup, yang tercermin dalam hukum kesatuan fisik dan kimia makhluk hidup, di alam yang hidup terdapat kelestarian struktur informasi dan somatik yang konstan, meskipun faktanya berubah. agak seiring dengan perjalanan evolusi. Properti ini dicatat oleh Yu Goldsmith (1981) dan disebut hukum kekekalan struktur biosfer - informasional dan somatik, atau hukum pertama ekodinamik.

Untuk melestarikan struktur biosfer, makhluk hidup berusaha mencapai keadaan kedewasaan atau keseimbangan ekologi. Hukum keinginan untuk menopause - hukum kedua ekodinamik oleh Yu Goldsmith, berlaku untuk biosfer dan tingkat sistem ekologi lainnya, meskipun ada yang spesifik - biosfer adalah sistem yang lebih tertutup daripada subdivisinya. Kesatuan materi hidup di biosfer dan homologi struktur subsistemnya mengarah pada fakta bahwa unsur-unsur kehidupan dari berbagai usia geologis dan asal-usul geografis asli yang muncul di dalamnya saling terkait secara evolusioner. Jalinan unsur-unsur asal usul spatio-temporal yang berbeda di semua tingkat ekologi biosfer mencerminkan aturan atau prinsip heterogenesis materi hidup. Penambahan ini tidak bersifat semrawut, namun tunduk pada asas ekologi saling melengkapi, kesesuaian ekologi (kongruensi) dan peraturan perundang-undangan lainnya. Dalam kerangka ekodinamika Y. Goldsmith, ini adalah hukum ketiganya - prinsip tatanan ekologis, atau mutualisme ekologis, yang menunjukkan properti global karena pengaruh keseluruhan pada bagian-bagiannya, pengaruh kebalikan dari bagian-bagian yang berbeda pada bagian-bagiannya. pengembangan keseluruhan, dll, yang secara total mengarah pada stabilitas konservasi biosfer secara keseluruhan.

Gotong royong dalam kerangka tatanan ekologi, atau mutualisme sistemik, ditegaskan oleh hukum keteraturan pengisian ruang dan kepastian spatio-temporal: pengisian ruang dalam suatu sistem alam, akibat interaksi antar subsistemnya, tertata dalam sedemikian rupa sehingga memungkinkan sifat homeostatis sistem diwujudkan dengan kontradiksi minimal antara bagian-bagian di dalamnya. Dari undang-undang ini dapat disimpulkan bahwa tidak mungkin terjadinya kecelakaan-kecelakaan yang “tidak perlu” terhadap alam, termasuk ciptaan manusia yang asing baginya, dalam jangka panjang. Aturan tatanan sistem mutualistik di biosfer juga mencakup prinsip saling melengkapi, yang menyatakan bahwa subsistem suatu sistem alam dalam perkembangannya memberikan prasyarat bagi keberhasilan pengembangan dan pengaturan mandiri subsistem lain yang termasuk dalam sistem yang sama.

Hukum keempat ekodinamika oleh Yu.Goldsmith mencakup hukum pengendalian diri dan pengaturan diri makhluk hidup: sistem kehidupan dan sistem yang berada di bawah pengaruh pengendalian makhluk hidup mampu mengendalikan diri dan mengatur diri sendiri dalam prosesnya. adaptasi terhadap perubahan lingkungan. Di biosfer, pengendalian diri dan pengaturan diri terjadi selama proses kaskade dan rantai interaksi umum - selama perjuangan untuk eksistensi seleksi alam (dalam arti luas konsep ini), adaptasi sistem dan subsistem, ko-evolusi yang luas , dll. Selain itu, semua proses ini membawa hasil positif “dari sudut pandang” alam - pelestarian dan pengembangan ekosistem biosfer dan secara keseluruhan.

Tautan penghubung antara generalisasi yang bersifat struktural dan evolusioner adalah aturan pemeliharaan otomatis habitat global: materi hidup, dalam pengaturan diri dan interaksi dengan faktor abiotik, secara otomatis memelihara lingkungan hidup yang sesuai untuk perkembangannya. Proses ini dibatasi oleh perubahan skala kosmik dan ekosfer global dan terjadi di semua ekosistem dan biosistem di planet ini, sebagai rangkaian pengaturan mandiri yang mencapai skala global. Aturan pemeliharaan otomatis habitat global mengikuti prinsip biogeokimia V.I. Vernadsky, aturan untuk melestarikan habitat spesies, konsistensi internal relatif dan berfungsi sebagai konstanta kehadiran mekanisme konservatif di biosfer dan pada saat yang sama menegaskan aturan saling melengkapi dinamis sistem.

Dampak kosmik terhadap biosfer dibuktikan dengan hukum pembiasan dampak kosmik: faktor kosmik, yang berdampak pada biosfer dan khususnya subdivisinya, dapat diubah oleh ekosfer planet dan oleh karena itu, dalam hal kekuatan dan waktu , manifestasinya dapat melemah dan bergeser atau bahkan kehilangan efeknya sama sekali. Generalisasi di sini penting karena sering kali terdapat aliran efek sinkron dari aktivitas matahari dan faktor kosmik lainnya pada ekosistem bumi dan organisme yang menghuninya.

Perlu dicatat bahwa banyak proses di Bumi dan di biosfernya, meskipun dipengaruhi oleh ruang angkasa, siklus aktivitas matahari diasumsikan dengan interval 1850, 600, 400, 178, 169, 88, 83, 33, 22, 16 , 11, 5 (11 ,1), 6,5 dan 4,3 tahun, biosfer itu sendiri dan divisinya tidak harus bereaksi dengan siklus yang sama di semua kasus. Pengaruh kosmik pada sistem biosfer dapat diblokir seluruhnya atau sebagian.

Kesimpulan

Ekosistem adalah unit fungsional dasar dalam ekologi, karena mencakup organisme dan lingkungan mati - komponen yang saling mempengaruhi sifat satu sama lain dan kondisi yang diperlukan untuk mempertahankan kehidupan dalam bentuk yang ada di Bumi. Perpaduan lingkungan fisikokimia tertentu (biotope) dengan komunitas organisme hidup (biocenosis) membentuk suatu ekosistem.

Ada mikroekosistem, mesoekosistem, dan ekosistem global – biosfer.

Ekosistem tidak tersebar secara tidak teratur; sebaliknya, mereka dikelompokkan dalam zona-zona yang cukup teratur, baik secara horizontal (dalam garis lintang) maupun secara vertikal (dalam ketinggian).

Sumber energi utama bagi ekosistem adalah Matahari. Radiasi matahari yang jatuh ke permukaan bumi sebesar 1,54 juta EJ per tahun. Sebagian besar energi matahari yang mencapai permukaan planet diubah langsung menjadi panas, menghangatkan air atau tanah, yang pada gilirannya menghangatkan udara. Ekosistem ada karena energi matahari yang tidak menimbulkan polusi dan hampir abadi, yang jumlahnya relatif konstan dan melimpah. Energi matahari di Bumi menyebabkan dua siklus zat: besar, atau geologis, dan kecil, biologis (biotik). Kedua siklus tersebut saling berhubungan dan seolah-olah mewakili satu proses.

Adanya siklus biogeokimia, atau siklus biogeokimia, menciptakan peluang pengaturan mandiri (homeostasis) sistem, yang memberikan stabilitas ekosistem: keteguhan yang luar biasa dari persentase kandungan berbagai elemen.

Daur zat cukup banyak. Siklus paling signifikan di Bumi dalam hal perpindahan massa dan konsumsi energi adalah siklus hidrologi planet atau siklus air. Siklus biotik (biologis) mengacu pada sirkulasi zat antara tanah, tumbuhan, hewan, dan mikroorganisme. Dari semua siklus biogeokimia, tidak diragukan lagi bahwa siklus karbon adalah yang paling intens. Sebagian besar oksigen yang dihasilkan selama zaman geologis tidak tersisa di atmosfer, tetapi disimpan oleh litosfer dalam bentuk karbonat, sulfat, oksida besi, dll. Massa ini adalah 590x1014 ton versus 39x1014 ton oksigen yang bersirkulasi di biosfer. dalam bentuk gas atau sulfat yang terlarut di perairan benua dan samudera. Nitrogen merupakan unsur biogenik yang penting karena merupakan bagian dari protein dan asam nukleat. Siklus nitrogen adalah salah satu yang paling kompleks, karena mencakup fase gas dan mineral, dan sekaligus merupakan siklus paling ideal. Siklus fosfor di biosfer berhubungan dengan proses metabolisme pada tumbuhan dan hewan. Unsur protoplasma yang penting dan diperlukan ini, terkandung dalam tumbuhan darat dan alga 0,01-0,1%, hewan dari 0,1% hingga beberapa persen, bersirkulasi, secara bertahap berubah dari senyawa organik menjadi fosfat, yang dapat digunakan kembali oleh tumbuhan. Ada banyak senyawa gas belerang, seperti hidrogen sulfida H2S dan belerang dioksida SO2.

Mempertahankan aktivitas vital organisme dan sirkulasi materi dalam ekosistem, yaitu keberadaan ekosistem, bergantung pada aliran energi konstan yang diperlukan semua organisme untuk fungsi vital dan reproduksi dirinya.

Berbeda dengan zat yang terus bersirkulasi melalui berbagai blok ekosistem, yang selalu dapat digunakan kembali dan memasuki siklus, energi dapat digunakan satu kali, yaitu terdapat aliran energi linier melalui ekosistem.

Dalam suatu ekosistem, zat yang mengandung energi diciptakan oleh organisme autotrofik dan berfungsi sebagai makanan bagi organisme heterotrof. Koneksi makanan adalah mekanisme untuk mentransfer energi dari satu organisme ke organisme lain. Dalam setiap ekosistem, jaring makanan memiliki struktur yang terdefinisi dengan baik, yang dicirikan oleh sifat dan jumlah organisme yang terwakili di setiap tingkat rantai makanan.

Pembentukan ekosistem merupakan suatu proses yang dinamis. Dalam ekosistem, perubahan terus-menerus terjadi pada keadaan dan aktivitas vital anggotanya serta rasio populasi. Beragam perubahan yang terjadi di komunitas mana pun terbagi dalam dua jenis utama: siklus dan progresif.

Suksesi adalah proses alami dan terarah dan perubahan yang terjadi pada tahap tertentu merupakan karakteristik komunitas mana pun dan tidak bergantung pada komposisi spesies atau lokasi geografisnya. Ekosistem global adalah biosfer. Seperti disebutkan sebelumnya, biosfer dibagi menjadi geobiosfer, hidrobiosfer, dan aerobiosfer. Biosfer sebagian besar terbentuk bukan oleh faktor eksternal, tetapi oleh pola internal. Sifat biosfer yang paling penting adalah interaksi makhluk hidup dan benda mati, yang tercermin dalam hukum migrasi biogenik atom oleh V.I. Vernadsky.

Ekosistem yang ada di bumi sangatlah beragam. Ada mikroekosistem (misalnya batang pohon yang membusuk), mesoekosistem (hutan, kolam, dll), makroekosistem (benua, lautan, dll) dan biosfer global. Ekosistem terestrial yang besar disebut bioma. Setiap bioma berisi sejumlah ekosistem kecil yang saling berhubungan. Ada beberapa klasifikasi ekosistem: hutan hujan tropis yang selalu hijau; gurun: berumput dan semak; padang rumput tropis dan sabana; padang rumput beriklim sedang; hutan gugur beriklim sedang: hutan jenis konifera boreal. Tundra: Arktik dan Alpen. Jenis ekosistem air tawar: pita (air tenang): danau, kolam, dll; lotic (air yang mengalir): sungai, aliran sungai, dll.; lahan basah: rawa dan hutan rawa;

Jenis ekosistem laut: laut terbuka (pelagis); perairan landas kontinen (perairan pantai); kawasan upwelling (kawasan subur dengan perikanan produktif); muara (teluk pantai, selat, muara sungai, rawa asin, dll).

Setiap ekosistem memiliki dua komponen utama: organisme dan faktor-faktor dari lingkungan tak hidup. Keseluruhan organisme (tumbuhan, hewan, mikroba) disebut biota suatu ekosistem. Cara interaksi antara berbagai kategori organisme adalah struktur biotiknya.

Energi matahari di Bumi menyebabkan dua siklus zat: yang besar, atau geologis, yang paling jelas termanifestasi dalam siklus air dan sirkulasi atmosfer, dan yang kecil, biologis (biotik), yang berkembang atas dasar yang besar dan terdiri dari siklus yang terus menerus, bersifat siklus, tetapi tidak merata dalam ruang dan waktu, dan disertai dengan kerugian yang kurang lebih signifikan dalam redistribusi materi, energi, dan informasi secara alami dalam sistem ekologi di berbagai tingkat organisasi.

Kedua siklus tersebut saling berhubungan dan seolah-olah mewakili satu proses. Interaksi faktor abiotik dan organisme hidup suatu ekosistem disertai dengan peredaran materi yang terus menerus antara biotope dan biocenosis berupa senyawa organik dan mineral yang berselang-seling. Pertukaran unsur-unsur kimia antara organisme hidup dan lingkungan anorganik, yang berbagai tahapannya terjadi dalam suatu ekosistem, disebut siklus biogeokimia, atau siklus biogeokimia.

Keberadaan siklus seperti itu menciptakan peluang pengaturan mandiri (homeostasis) sistem, yang memberikan stabilitas ekosistem: keteguhan persentase berbagai elemen yang menakjubkan. Prinsip fungsi ekosistem berlaku di sini: perolehan sumber daya dan pembuangan limbah terjadi dalam kerangka siklus semua elemen.

Daftar literatur bekas

1.Bigon M.I. Ekologi, individu, populasi dan komunitas. M.: 1989. - 290 hal.

2.Beysenova A.S., Shildebaev Zh.B., Sautbaeva G.Z. Ekologi. Almaty: “Gylym, 2001. - 201 hal.

3.Akimova T.A., Khaskin V.V. Ekologi. M.: Penerbitan UNITY, 1998. - 233 hal.

.Gorelov A.A. Ekologi. Kursus kuliah. M.: "Pusat" 1997. - 280 hal.

.Stadnitsky G.V., Rodionov A.I. Ekologi. M.: Penerbitan UNITY, 1996. - 272 hal.

.Sadanov A.K., Svanbaeva Z.S., Ekologi. Almaty: "Agrouniversitas", 1999. - 197 hal.

.Shilov I.A. Ekologi. M.: Sekolah Tinggi, 2000. - 348 hal.

.Reimers N.F. Ekologi (Teori, hukum, aturan, prinsip dan hipotesis). M.: "Rusia Muda", 1994. - 260 hal.

.Tsvetkova L.I., Alekseev M.I., Usenov B.P. dan lain-lain.Ekologi. Buku teks untuk universitas teknik. M.; ASV, St.Petersburg: Khimizdat, 1999, 185 hal.

.Girusov E.V. Ekologi dan ekonomi pengelolaan lingkungan. M.: Hukum dan Hukum, KESATUAN. 1998 - 232 hal.

.Vronsky V.A. Ekologi terapan: Buku Teks. Keuntungan. Rostov-on-Don: 1995. - 197 hal.

.Budyko M.I. Ekologi global. M.: Misl, 1977.-248 hal.

.Alekseenko V.A. Geokimia lingkungan. Buku pelajaran. M.: Logos, 2000 - 410 hal.

.Petrov K.M. Ekologi umum S-P. tutorial. "Kimia", 1997. - 218 hal.

.Andersen J.M. Ekologi dan ilmu lingkungan. Biosfer, ekosistem, manusia. L., 1985.376 hal.

.Girenok F.I. Ekologi. Peradaban. Noosphere.M.: 191987. - 281 hal.

.Mencari keseimbangan: ekologi dalam sistem prioritas sosial politik M.: 1992. - 427 hal.

.Sejarah interaksi antara masyarakat dan alam: Faktor dan konsep. M.: ANSSSR 1990.

.Stepanovskikh A.S. Ekologi terapan: Perlindungan lingkungan. Buku teks untuk universitas. M.: KESATUAN DANA. 2003.751 hal.

Karya serupa dengan - Siklus zat dan aliran energi dalam ekosistem

Istilah “aliran materi” dan “aliran energi” harus didefinisikan dengan jelas. Aliran materi adalah pergerakan unsur-unsur kimia beserta senyawanya dari produsen ke pengurai (melalui atau tanpa konsumen). Aliran energi merupakan perpindahan energi berupa ikatan kimia senyawa organik (makanan) sepanjang rantai makanan dari satu tingkat trofik ke tingkat trofik lainnya (yang lebih tinggi).

Perlu dicatat bahwa, tidak seperti zat yang terus bersirkulasi melalui berbagai blok ekosistem dan selalu dapat memasuki kembali siklusnya, energi yang masuk hanya dapat digunakan satu kali.

Sebagai fenomena alam universal, aliran energi satu arah ditentukan oleh hukum termodinamika. Menurut hukum pertama, energi dapat berpindah dari satu bentuk (energi cahaya) ke bentuk lain (energi potensial makanan), namun tidak pernah tercipta lagi dan tidak hilang tanpa bekas.

Hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa tidak mungkin ada satu proses pun yang terkait dengan transformasi energi tanpa kehilangan sebagian energi tersebut. Oleh karena itu, tidak mungkin terjadi transformasi dengan efisiensi 100%, misalnya makanan menjadi substansi penyusun tubuh organisme.

Dengan demikian, berfungsinya semua ekosistem ditentukan oleh aliran energi yang konstan, yang diperlukan semua organisme untuk mempertahankan keberadaan dan reproduksi dirinya.

Ada juga hubungan kompetitif dalam ekosistem. Dalam aspek ini, hukum maksimalisasi energi (G. Odum - E. Odum) sangat menarik: dalam persaingan dengan ekosistem lain, ekosistem yang memberikan kontribusi terbaik terhadap pasokan energi dan menggunakan jumlah maksimumnya dengan cara yang paling efisien akan bertahan. (melestarikan). Menurut undang-undang, untuk tujuan ini sistem: 1) menciptakan akumulator (penyimpanan) energi berkualitas tinggi (misalnya cadangan lemak); 2) menghabiskan sejumlah akumulasi energi untuk menjamin pasokan energi baru; 3) menjamin sirkulasi berbagai zat; 4) menciptakan mekanisme regulasi yang mendukung stabilitas sistem dan kemampuannya beradaptasi terhadap perubahan kondisi; 5) menjalin pertukaran dengan sistem lain yang diperlukan untuk memenuhi kebutuhan jenis energi khusus.

Perlu ditekankan suatu keadaan penting: hukum maksimalisasi energi juga berlaku dalam kaitannya dengan informasi, oleh karena itu (menurut N.F. Reimers) juga dapat dianggap sebagai hukum maksimalisasi energi dan informasi: sistem yang paling berkontribusi terhadap penerimaan, produksi dan penggunaan energi dan informasi secara efektif.

Perlu kita perhatikan bahwa pasokan maksimum suatu zat belum menjamin keberhasilan sistem dalam kelompok kompetitif sistem serupa lainnya.

Telah dicatat sebelumnya bahwa hubungan makanan yang kuat, atau rantai makanan, muncul dan terjalin antara organisme biocenosis. Yang terakhir ini terdiri dari tiga mata rantai utama: produsen, konsumen dan pengurai.

Rantai makanan yang dimulai dengan organisme fotosintetik disebut rantai penggembalaan (atau penggembalaan), dan rantai yang dimulai dengan tumbuhan mati, bangkai, dan kotoran hewan disebut rantai detrital.

Lokasi setiap mata rantai dalam rantai makanan disebut tingkat trofik; hal ini ditandai dengan intensitas aliran zat dan energi yang berbeda. Tingkat trofik pertama selalu merupakan produsen; yang kedua - konsumen herbivora; yang ketiga - karnivora, hidup dari bentuk herbivora; tingkat keempat - memakan karnivora lain, dll.

Ada konsumen urutan pertama, kedua, ketiga dan keempat, yang menempati berbagai tingkatan dalam rantai makanan (Gbr. 9).

Beras. 9.

Jelas sekali bahwa spesialisasi makanan konsumen memainkan peran utama dalam hal ini. Spesies dengan nutrisi yang beragam dapat dimasukkan dalam rantai makanan pada tingkat trofik yang berbeda. Makanan seseorang, misalnya, mencakup makanan nabati dan daging herbivora dan karnivora. Oleh karena itu, ia bertindak dalam rantai makanan yang berbeda sebagai konsumen pesanan I, II atau III.

Karena energi hilang ketika energi dipindahkan dari satu tingkat ke tingkat lainnya, rantai daya tidak bisa panjang: biasanya terdiri dari 4...6 mata rantai (Tabel 1).

1. Diagram khas rantai makanan (menurut V.M. Ivonin, 1996)

Namun, rantai seperti itu dalam bentuknya yang murni biasanya tidak ditemukan di alam, karena spesies yang sama dapat hadir secara bersamaan dalam mata rantai yang berbeda. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa hanya ada sedikit monofag di alam, lebih banyak oligofag dan polifag. Misalnya, predator yang memakan berbagai herbivora dan karnivora merupakan mata rantai dalam banyak rantai. Akibatnya, di setiap biocenosis, kompleks rantai makanan terbentuk secara evolusioner, mewakili satu kesatuan. Beginilah cara jaringan listrik tercipta, yang sangat kompleks.

Dengan demikian dapat kita simpulkan bahwa rantai makanan merupakan saluran utama perpindahan energi dalam masyarakat (antara tumbuhan – produsen, hewan – konsumen dan mikroorganisme – pengurai) (Gambar 10). rantai makanan dan tingkat trofik lebih merupakan sebuah abstraksi. Sebuah rantai linier dengan tingkat-tingkat yang dipisahkan dengan jelas dapat dibuat di laboratorium. Namun di alam memang terdapat jaringan trofik di mana banyak populasi termasuk dalam beberapa tingkat trofik sekaligus. Organisme yang sama mengkonsumsi baik hewan maupun tumbuhan; pemangsa dapat memakan konsumen tingkat pertama dan kedua; banyak hewan memakan tumbuhan hidup dan mati.

Karena rumitnya hubungan trofik, hilangnya satu spesies seringkali hampir tidak berdampak pada komunitas. “Pengguna” lainnya mulai mengonsumsi makanan dari spesies yang punah,

Beras. 10.

spesies yang memakannya menemukan sumber makanan baru: secara umum, keseimbangan tetap terjaga di komunitas.

Energi yang diserap produsen mengalir melalui rantai makanan dan dikonsumsi secara bertahap. Pada akhir rantai makanan, jumlah energi selalu lebih sedikit dibandingkan pada awal rantai makanan. Selama fotosintesis, tanaman rata-rata hanya mengikat sekitar 1% energi matahari yang diterimanya. Hewan yang memakan tumbuhan tidak mencerna sebagian makanannya dan mengeluarkannya dalam bentuk kotoran. Biasanya 20...60% makanan nabati dicerna; Energi yang diserap digunakan untuk mempertahankan kehidupan hewan. Berfungsinya sel dan organ disertai dengan pelepasan panas, sehingga sebagian besar energi makanan segera hilang ke lingkungan. Porsi makanan yang relatif kecil digunakan untuk membangun jaringan baru dan membuat cadangan lemak. Selanjutnya, predator yang telah memakan herbivora dan mewakili tingkat trofik ketiga hanya menerima energi tersebut dari energi yang dikumpulkan oleh tumbuhan yang disimpan dalam tubuh mangsanya (tingkat kedua) dalam bentuk peningkatan biomassa.

Diketahui bahwa pada setiap tahap selama perpindahan materi dan energi dalam rantai makanan, sekitar 90% energi hilang dan hanya sekitar sepersepuluh energi yang berpindah ke konsumen berikutnya, yaitu transfer energi dalam hubungan makanan. organisme mematuhi "aturan sepuluh persen" (prinsip Lindemann). Misalnya, jumlah energi yang mencapai karnivora tersier (tingkat trofik kelima) hanya sekitar 10 -4 dari energi yang diserap produsen. Hal ini menjelaskan terbatasnya jumlah (5...6) mata rantai (tingkat) dalam rantai makanan, terlepas dari kompleksitas komposisi spesies biocenosis.

Beras. sebelas.

Dengan mempertimbangkan aliran energi dalam ekosistem, mudah untuk memahami mengapa biomassa menurun seiring dengan meningkatnya tingkat trofik. Di sini prinsip dasar ketiga dari fungsi ekosistem diwujudkan: semakin besar biomassa suatu populasi, seharusnya semakin rendah tingkat trofik yang ditempatinya, atau sebaliknya: di akhir rantai makanan yang panjang tidak mungkin terdapat biomassa yang besar.

Tiga prinsip dasar fungsi ekosistem yang tercantum di atas - siklus nutrisi, aliran energi matahari, dan penurunan biomassa seiring dengan peningkatan tingkat trofik - dapat disajikan dalam bentuk diagram umum (Gbr. 11). Jika kita mengatur organisme menurut hubungan nutrisinya, yang menunjukkan “masukan” dan “keluaran” energi dan nutrisi untuk masing-masing organisme, menjadi jelas bahwa nutrisi terus didaur ulang di dalam ekosistem, dan aliran energi melewatinya.

Berbeda dengan zat yang terus bersirkulasi melalui berbagai blok ekosistem, yang selalu dapat digunakan kembali dan memasuki siklus, energi hanya dapat digunakan satu kali, yaitu terdapat aliran energi linier melalui ekosistem.

Masuknya energi satu arah sebagai fenomena alam universal terjadi sebagai akibat dari hukum termodinamika. Hukum Pertama menyatakan bahwa energi dapat diubah dari satu bentuk (misalnya cahaya) ke bentuk lain (misalnya energi potensial makanan), namun tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Hukum Kedua menyatakan bahwa tidak mungkin ada satu proses pun yang terkait dengan transformasi energi tanpa kehilangan sebagian energi tersebut. Sejumlah energi tertentu dalam transformasi tersebut dihamburkan menjadi energi panas yang tidak dapat diakses dan karenanya hilang. Oleh karena itu, tidak mungkin terjadi transformasi, misalnya zat makanan menjadi zat penyusun tubuh organisme, yang terjadi dengan efisiensi 100 persen.

Piramida ekologi. Dalam setiap ekosistem, jaring makanan memiliki struktur yang terdefinisi dengan baik, yang dicirikan oleh sifat dan jumlah organisme yang terwakili di setiap tingkat rantai makanan. Untuk mempelajari hubungan antar organisme dalam suatu ekosistem dan menggambarkannya secara grafis, mereka biasanya menggunakan piramida ekologi daripada diagram jaring makanan. Piramida ekologi mengungkapkan struktur trofik suatu ekosistem dalam bentuk geometris. Dibangun dalam bentuk persegi panjang dengan lebar yang sama, tetapi panjang persegi panjang tersebut harus sebanding dengan nilai benda yang diukur. Dari sini Anda bisa mendapatkan piramida jumlah, biomassa, dan energi.

Piramida ekologi mencerminkan karakteristik dasar dari setiap biocenosis ketika mereka menunjukkan struktur trofiknya:

Tingginya sebanding dengan panjang rantai makanan yang bersangkutan, yaitu jumlah tingkat trofik yang dikandungnya;

Bentuknya kurang lebih mencerminkan efisiensi transformasi energi selama transisi dari satu tingkat ke tingkat lainnya.

Piramida angka. Mereka mewakili perkiraan paling sederhana untuk mempelajari struktur trofik suatu ekosistem. Dalam hal ini, pertama-tama jumlah organisme dalam suatu wilayah dihitung, dikelompokkan berdasarkan tingkat trofik dan disajikan dalam bentuk persegi panjang, yang panjang (atau luasnya) sebanding dengan jumlah organisme yang hidup di suatu wilayah tertentu ( atau dalam volume tertentu, jika merupakan ekosistem perairan). Aturan dasar telah ditetapkan bahwa di lingkungan mana pun terdapat lebih banyak tumbuhan daripada hewan, lebih banyak herbivora daripada karnivora, lebih banyak serangga daripada burung, dll.

Piramida populasi mencerminkan kepadatan organisme pada setiap tingkat trofik. Ada keragaman besar dalam pembangunan berbagai piramida penduduk. Seringkali mereka terbalik.

Misalnya, di hutan jumlah pohon (produsen primer) jauh lebih sedikit dibandingkan jumlah serangga (herbivora).

Piramida biomassa. Mencerminkan hubungan pangan dalam ekosistem secara lebih lengkap, karena memperhitungkan massa total organisme (biomassa) setiap tingkat trofik. Persegi panjang pada piramida biomassa mewakili massa organisme pada setiap tingkat trofik per satuan luas atau volume. Bentuk piramida biomassa seringkali mirip dengan bentuk piramida penduduk. Penurunan biomassa pada setiap tingkat trofik berturut-turut merupakan ciri khasnya.

Piramida biomassa, serta jumlahnya, tidak hanya lurus, tetapi juga terbalik. Piramida biomassa terbalik merupakan ciri ekosistem perairan, di mana produsen primer, seperti alga fitoplanktonik, membelah dengan sangat cepat, dan konsumennya - krustasea zooplanktonik - berukuran jauh lebih besar tetapi memiliki siklus reproduksi yang panjang. Secara khusus, hal ini berlaku untuk lingkungan air tawar, di mana produktivitas primer disediakan oleh organisme mikroskopis yang laju metabolismenya meningkat, yaitu biomassa rendah, produktivitas tinggi.

Piramida energi. Cara paling mendasar untuk menampilkan hubungan antar organisme pada tingkat trofik berbeda adalah melalui piramida energi. Mereka mewakili efisiensi konversi energi dan produktivitas rantai makanan dan dibangun dengan menghitung jumlah energi (kkal) yang terakumulasi per satuan luas permukaan per satuan waktu dan digunakan oleh organisme pada setiap tingkat trofik. Oleh karena itu, relatif mudah untuk menentukan jumlah energi yang tersimpan dalam biomassa, namun lebih sulit memperkirakan jumlah total energi yang diserap pada setiap tingkat trofik. Setelah membuat grafik (Gbr. 12.28), kita dapat menyatakan bahwa destruktor, yang kepentingannya tampak kecil dalam piramida biomassa, dan sebaliknya dalam piramida populasi; menerima sebagian besar energi yang melewati ekosistem. Selain itu, hanya sebagian dari seluruh energi ini yang tersisa dalam organisme di setiap tingkat trofik ekosistem dan disimpan dalam biomassa, sisanya digunakan untuk memenuhi kebutuhan metabolisme makhluk hidup: mempertahankan eksistensi, pertumbuhan, dan reproduksi. Hewan juga mengeluarkan sejumlah besar energi untuk kerja otot.

R. Lindeman pertama kali merumuskannya pada tahun 1942 hukum piramida energi, yang dalam buku teks sering disebut “hukum 10%”. Menurut undang-undang ini, dari satu tingkat trofik piramida ekologi Rata-rata, tidak lebih dari 10% energi berpindah ke tingkat lain.

Konsumen berfungsi sebagai penghubung yang mengelola dan menstabilkan ekosistem. Konsumen menghasilkan spektrum keragaman dalam cenosis, mencegah monopoli pihak dominan. Aturan pengendalian nilai konsumen dapat dianggap cukup mendasar. Menurut pandangan cybernetic, sistem kendali harus memiliki struktur yang lebih kompleks daripada yang dikendalikan, maka alasan banyaknya tipe konsumen menjadi jelas. Pentingnya pengendalian konsumen juga memiliki dasar yang energik. Aliran energi melalui satu atau beberapa tingkat trofik tidak dapat ditentukan secara mutlak oleh ketersediaan makanan pada tingkat trofik yang mendasarinya. Seperti diketahui, selalu ada “cadangan” yang tersisa, karena pemusnahan total pangan akan mengakibatkan kematian konsumen. Pola umum ini diamati dalam kerangka proses kependudukan, komunitas, tingkat piramida ekologi, dan biocenosis secara keseluruhan.

Untuk menggunakan pratinjau presentasi, buat akun Google dan masuk ke akun tersebut: https://accounts.google.com

Keterangan slide:

Siklus materi dan energi di alam

Siklus zat adalah proses berulang transformasi dan pergerakan materi di alam, yang kurang lebih bersifat siklus. Semua zat di planet kita sedang dalam proses sirkulasi. Ada dua siklus utama di alam: Besar (geologis) Kecil (biogeokimia)

Siklus Besar Zat Siklus Besar berlangsung jutaan tahun dan disebabkan oleh interaksi energi matahari dengan energi dalam bumi. Terkait dengan proses geologi, pembentukan dan penghancuran batuan serta pergerakan produk penghancuran selanjutnya.

Siklus kecil zat Siklus kecil (biogeokimia) terjadi di dalam biosfer, pada tingkat biocenosis. Esensinya adalah pembentukan makhluk hidup dari senyawa anorganik selama proses fotosintesis dan transformasi bahan organik selama dekomposisi kembali menjadi senyawa anorganik. Siklus biogeokimia – Vernadsky V.I.

Siklus air Tr limpasan inf Penguapan air Kondensasi uap Curah hujan limpasan Infiltrasi transpirasi

Transpirasi adalah proses perpindahan air melalui tumbuhan dan penguapannya melalui organ luar tumbuhan, seperti daun, batang, dan bunga. Air sangat penting bagi kehidupan tanaman, namun hanya sebagian kecil air yang disuplai melalui akar digunakan langsung untuk pertumbuhan dan metabolisme.

Siklus air

Siklus air Sebagian besar air terkonsentrasi di lautan. Air yang menguap dari permukaannya menyuplai ekosistem daratan alami dan buatan. Semakin dekat suatu daerah dengan laut, maka semakin banyak pula curah hujan yang terjadi. Tanah terus-menerus mengembalikan air ke laut: sebagian uap air menguap, paling aktif di hutan, sebagian dikumpulkan oleh sungai: mereka menerima hujan dan air yang mencair. Pertukaran kelembapan antara lautan dan daratan memerlukan biaya energi yang sangat tinggi: sekitar 30% energi matahari yang mencapai bumi dihabiskan untuk hal ini.

Pengaruh Manusia terhadap Siklus Air Siklus air di biosfer sebelum berkembangnya peradaban berada dalam keadaan seimbang, yaitu. lautan menerima air dari sungai sebanyak yang dikonsumsi melalui penguapan. Dengan berkembangnya peradaban, siklus ini mulai terganggu. Secara khusus, hutan semakin sedikit menguapkan air karena... luasnya semakin berkurang, dan permukaan tanah sebaliknya semakin bertambah karena Luas lahan pertanian beririgasi semakin bertambah. tanah. Sungai-sungai di wilayah selatan menjadi dangkal. Air menguap lebih buruk dari permukaan laut, karena... sebagian besar ditutupi dengan lapisan minyak. Semua ini memperburuk pasokan air ke biosfer.

Kekeringan semakin sering terjadi, dan kantong-kantong bencana lingkungan pun bermunculan. Misalnya, bencana kekeringan telah berlangsung selama lebih dari 35 tahun di Afrika, di zona Sahel - wilayah semi-gurun yang memisahkan Sahara dari negara-negara utara benua tersebut. Air tawar yang kembali ke laut dan perairan lain dari daratan seringkali tercemar. Air di banyak sungai Rusia praktis tidak layak untuk diminum. Proporsi air tawar yang tersedia bagi organisme hidup cukup kecil, sehingga harus digunakan secara hemat dan tidak tercemar! Setiap orang keempat di planet ini kekurangan air minum bersih. Di banyak wilayah di dunia tidak terdapat cukup air untuk produksi industri dan irigasi.

Berbagai komponen hidrosfer berpartisipasi dalam siklus air dengan cara dan kecepatan berbeda. Untuk pembaharuan air secara menyeluruh di gletser membutuhkan waktu 8000 tahun, air tanah – 5000 tahun, lautan – 3000 tahun, tanah – 1 tahun. Uap atmosfer dan air sungai diperbarui sepenuhnya dalam 10-12 hari. Siklus air di alam memakan waktu sekitar 1 juta tahun.

Siklus oksigen Oksigen adalah bagian dari unsur paling umum di biosfer. Kandungan oksigen di atmosfer hampir 21%. Oksigen merupakan bagian dari molekul air dan organisme hidup (protein, lemak, karbohidrat, asam nukleat). Oksigen dihasilkan oleh produsen (tumbuhan hijau). Ozon memainkan peran penting dalam siklus oksigen. Lapisan ozon terletak pada ketinggian 20-30 km di atas permukaan laut. Kandungan oksigen di atmosfer dipengaruhi oleh 2 proses utama: 1) fotosintesis 2) penguraian bahan organik, yang selama itu dikonsumsi.

Siklus oksigen adalah proses yang lambat. Diperlukan waktu sekitar 2000 tahun agar semua oksigen di atmosfer dapat diperbarui sepenuhnya. Sebagai perbandingan: pembaruan total karbon dioksida di atmosfer terjadi dalam waktu sekitar 3 tahun. Oksigen digunakan untuk respirasi oleh sebagian besar organisme hidup. Oksigen digunakan saat membakar bahan bakar di mesin pembakaran internal, di tungku pembangkit listrik tenaga panas, di mesin pesawat terbang dan roket, dll. Konsumsi antropogenik tambahan dapat mengganggu keseimbangan siklus oksigen. Sejauh ini, biosfer memberikan kompensasi atas intervensi manusia: kerugian dikompensasi oleh tanaman hijau. Dengan semakin berkurangnya kawasan hutan dan semakin banyak pembakaran bahan bakar, kandungan oksigen di atmosfer akan mulai berkurang.

ITU PENTING!!! Ketika kandungan oksigen di udara menurun hingga 16%, kesehatan seseorang memburuk (khususnya jantung menderita), hingga 7%, seseorang kehilangan kesadaran, dan hingga 3%, kematian terjadi.

Siklus karbon

Daur karbon Karbon merupakan bahan dasar senyawa organik, merupakan bagian dari semua organisme hidup dalam bentuk protein, lemak, dan karbohidrat. Karbon memasuki atmosfer dalam bentuk karbon dioksida. Di atmosfer, di mana sebagian besar karbon dioksida terkonsentrasi, pertukaran terus terjadi: tumbuhan menyerap karbon dioksida selama fotosintesis, dan semua organisme melepaskannya selama respirasi. Hingga 50% karbon dalam bentuk CO 2 dikembalikan ke atmosfer oleh pengurai - mikroorganisme tanah. Karbon meninggalkan siklus sebagai kalsium karbonat.

Pengaruh manusia terhadap siklus karbon Aktivitas teknogenik manusia mengganggu keseimbangan alami siklus karbon: 1) selama pembakaran bahan bakar organik, sekitar 6 miliar ton CO 2 dilepaskan ke atmosfer setiap tahunnya: a) Produksi listrik di pembangkit listrik tenaga panas b ) Gas buang mobil 2) Perusakan hutan. Selama 100 tahun terakhir, tingkat karbon dioksida di atmosfer terus meningkat dan pesat. Karbon dioksida + metana + uap air + ozon + nitrogen oksida = gas rumah kaca. Dampaknya adalah efek rumah kaca – pemanasan global, yang dapat menyebabkan bencana alam berskala besar.

Siklus nitrogen Dalam bentuk bebas, nitrogen merupakan komponen udara - 78%. Nitrogen merupakan salah satu unsur terpenting bagi kehidupan organisme. Nitrogen adalah bagian dari semua protein. Molekul nitrogen sangat kuat, itulah sebabnya sebagian besar organisme tidak mampu menyerap nitrogen di atmosfer. Nitrogen diserap oleh organisme hidup hanya dalam bentuk senyawa dengan hidrogen dan oksigen. Fiksasi nitrogen menjadi senyawa kimia terjadi sebagai akibat dari aktivitas gunung berapi dan badai petir, tetapi sebagian besar disebabkan oleh aktivitas mikroorganisme – pengikat nitrogen (bakteri pengikat nitrogen dan ganggang biru-hijau).

Nitrogen masuk ke akar tanaman dalam bentuk nitrat, yang digunakan untuk sintesis bahan organik (protein). Hewan mengonsumsi nitrogen melalui makanan nabati atau hewani. Nitrogen dikembalikan ke atmosfer melalui pemecahan bahan organik mati. Bakteri tanah menguraikan protein menjadi zat anorganik - gas - amonia, nitrogen oksida, yang masuk ke atmosfer. Nitrogen yang masuk ke badan air juga melewati rantai makanan tumbuhan-hewan-mikroorganisme dan kembali ke atmosfer.

Dampak manusia terhadap siklus nitrogen Aktivitas teknogenik manusia mengganggu keseimbangan alami siklus nitrogen. Pada saat membajak tanah, aktivitas mikroorganisme pengikat nitrogen menurun hampir 5 kali lipat, sehingga kandungan nitrogen dalam tanah menurun sehingga menyebabkan penurunan kesuburan tanah. Oleh karena itu, masyarakat memasukkan kelebihan nitrat ke dalam tanah, yang termasuk dalam pupuk mineral. Sejumlah besar nitrogen oksida memasuki atmosfer selama pembakaran dan pemrosesan gas, minyak, dan batu bara dan turun dalam bentuk hujan asam. Memulihkan siklus nitrogen alami dapat dilakukan dengan mengurangi produksi pupuk nitrogen, mengurangi emisi nitrogen oksida industri ke atmosfer, dan sebagainya.

Siklus fosfor

Berbeda dengan siklus air, karbon, nitrogen, dan oksigen yang bersifat tertutup, siklus fosfor bersifat terbuka karena fosfor tidak membentuk senyawa volatil yang dilepaskan ke atmosfer. Fosfor terkandung dalam batuan, yang kemudian masuk ke ekosistem selama penghancuran alami batuan atau ketika pupuk fosfor diterapkan ke ladang. Tumbuhan menyerap senyawa fosfor anorganik, dan hewan yang memakan tumbuhan ini mengakumulasi fosfor di jaringannya. Setelah penguraian bangkai hewan dan tumbuhan, tidak semua fosfor terlibat dalam siklus tersebut. Sebagian tersapu dari tanah ke badan air (sungai, danau, laut) dan mengendap di dasar. Fosfor kembali ke darat dalam jumlah kecil bersama ikan yang ditangkap manusia.

Dampak Manusia terhadap Siklus Fosfor Perpindahan fosfor dari darat ke laut telah meningkat secara signifikan akibat pengaruh manusia. Ketika hutan dirusak dan tanah dibajak, volume aliran air permukaan meningkat, dan sebagai tambahan, pupuk fosfor yang diaplikasikan ke sungai dan danau dari ladang masuk. Karena cadangan fosfor di darat terbatas dan sulit untuk mengembalikannya dari laut, kekurangan fosfor di bidang pertanian mungkin terjadi di masa depan, yang akan menyebabkan penurunan hasil panen (terutama tanaman biji-bijian).

Populer di kategori: