rumah › Salun › Peranan organisma hidup dalam biosfera. Peranan bahan hidup dalam biosfera Perhatian utama dalam doktrin biosfera

Peranan organisma hidup dalam biosfera. Peranan bahan hidup dalam biosfera Perhatian utama dalam doktrin biosfera

Soalan 1. Apakah kesan organisma hidup ke atas biosfera?
Makhluk hidup menyumbang kepada pemindahan dan peredaran bahan dalam alam semula jadi. Terima kasih kepada aktiviti fotosintesis, jumlah karbon dioksida di atmosfera berkurangan, oksigen muncul dan lapisan ozon pelindung terbentuk. Aktiviti organisma hidup menentukan komposisi dan struktur tanah (pemprosesan sisa organik oleh pengurai), melindunginya daripada hakisan. Untuk sebahagian besar, haiwan dan tumbuhan juga menentukan kandungan pelbagai bahan dalam hidrosfera (terutamanya dalam badan air kecil). Sesetengah organisma dapat secara selektif menyerap dan mengumpul unsur kimia tertentu - silikon, kalsium, iodin, sulfur, dll. Hasil daripada aktiviti makhluk hidup adalah deposit batu kapur, bijih besi dan mangan, rizab minyak, arang batu, gas.

Soalan 2. Beritahu kami tentang kitaran air di alam semula jadi.
Di bawah pengaruh tenaga suria, air menyejat dari permukaan takungan dan diangkut oleh arus udara pada jarak yang jauh. Jatuh di permukaan tanah dalam bentuk pemendakan, ia menyumbang kepada pemusnahan batuan dan menjadikan mineral konstituennya tersedia untuk tumbuh-tumbuhan, mikroorganisma dan haiwan. Ia menghakis lapisan atas tanah dan meninggalkan bersama dengan bahan-bahan yang terlarut di dalamnya. sebatian kimia dan zarah organik dan bukan organik terampai ke dalam laut dan lautan. Peredaran air antara lautan dan daratan adalah penghubung terpenting dalam mengekalkan kehidupan di Bumi.
Tumbuhan mengambil bahagian dalam kitaran air dalam dua cara: mereka mengeluarkannya dari tanah dan menyejat ke atmosfera; Sebahagian daripada air dalam sel tumbuhan dipecahkan semasa fotosintesis. Dalam kes ini, hidrogen ditetapkan dalam bentuk sebatian organik, dan oksigen memasuki atmosfera.
Haiwan mengambil air untuk mengekalkan keseimbangan osmotik dan garam dalam badan dan mengeluarkannya ke dalam persekitaran luaran bersama dengan produk metabolik.

Soalan 3. Apakah organisma yang menyerap karbon dioksida daripada atmosfera?
Karbon dioksida dari atmosfera diserap oleh organisma fotosintesis, yang mengasimilasikannya dan menyimpannya dalam bentuk sebatian organik (terutamanya glukosa). Karbon dioksida dari atmosfera diserap oleh organisma fotosintesis, yang mengasimilasikannya dan menyimpannya dalam bentuk sebatian organik (terutamanya glukosa). Di samping itu, sebahagian daripada karbon dioksida atmosfera larut dalam air laut dan lautan, dan kemudian dalam bentuk ion asid karbonik boleh ditangkap oleh haiwan - moluska, karang, span, yang menggunakan karbonat untuk membina cengkerang dan rangka. Hasil daripada aktiviti mereka mungkin pembentukan batu sedimen (batu kapur, kapur, dll.).

Soalan 4. Huraikan cara karbon tetap dikembalikan ke atmosfera.
Karbon memasuki biosfera hasil daripada penetapannya dalam proses fotosintesis. Jumlah karbon yang terikat oleh tumbuhan setiap tahun dianggarkan sebanyak 46 bilion tan. Sebahagian daripadanya memasuki badan haiwan dan dibebaskan sebagai hasil pernafasan dalam bentuk CO 2, yang sekali lagi memasuki atmosfera. Di samping itu, rizab karbon di atmosfera diisi semula oleh aktiviti gunung berapi dan pembakaran bahan api fosil manusia. Walaupun kebanyakan karbon dioksida yang memasuki atmosfera diserap oleh lautan dan dimendapkan sebagai karbonat, CO 2 di udara perlahan-lahan tetapi terus meningkat.

Soalan 5. Apakah faktor, sebagai tambahan kepada aktiviti organisma hidup, mempengaruhi keadaan planet kita?
Sebagai tambahan kepada aktiviti organisma hidup, faktor abiotik mempengaruhi keadaan planet kita: pergerakan plat litosfera, aktiviti gunung berapi, sungai dan ombak laut, fenomena iklim, kemarau, banjir dan proses semula jadi yang lain. Sebahagian daripada mereka bertindak sangat perlahan; yang lain dapat mengubah keadaan sebilangan besar ekosistem dengan hampir serta-merta (letusan gunung berapi berskala besar; gempa bumi kuat disertai tsunami; kebakaran hutan; kejatuhan meteorit besar).

Soalan 6. Siapakah yang pertama kali memperkenalkan istilah "noosfera" ke dalam sains?
Noosfera (daripada bahasa Yunani noos - minda) ialah konsep yang menunjukkan sfera interaksi antara alam dan manusia; ini adalah keadaan baru evolusi biosfera, di mana aktiviti rasional manusia menjadi faktor penentu dalam perkembangannya. Istilah "noosfera" pertama kali diperkenalkan ke dalam sains pada tahun 1927 oleh saintis Perancis Edouard Leroy (1870-1954) dan Pierre Teilhard de Chardin (1881-1955).

Abstrak mengenai topik:

pengenalan

Kitaran biologi adalah fenomena yang bersifat berterusan, kitaran, tetap, tetapi tidak seragam dalam masa dan ruang, pengagihan semula bahan, tenaga dan maklumat dalam sistem ekologi pelbagai peringkat hierarki organisasi - daripada biogeocenosis ke biosfera. Peredaran bahan pada skala keseluruhan biosfera dipanggil bulatan besar, dan dalam biogeocenosis tertentu - bulatan kecil pertukaran biotik.

Ahli akademik V.I. Vernadsky adalah orang pertama yang membuat postulat tesis tentang peranan paling penting organisma hidup dalam pembentukan dan penyelenggaraan sifat fizikal dan kimia asas cengkerang Bumi. Dalam konsepnya, biosfera dianggap bukan hanya sebagai ruang yang diduduki oleh kehidupan, tetapi sebagai sistem fungsian integral, pada tahap yang mana sambungan yang tidak dapat dipisahkan antara proses geologi dan biologi direalisasikan. Ciri-ciri utama kehidupan yang memastikan hubungan ini adalah aktiviti kimia tinggi organisma hidup, mobiliti mereka dan keupayaan untuk membiak sendiri dan berkembang. Dalam mengekalkan kehidupan sebagai fenomena planet, kepelbagaian bentuknya, yang berbeza dalam set bahan terpakai dan bahan buangan yang dilepaskan ke alam sekitar, adalah amat penting. Kepelbagaian biologi adalah asas kepada pembentukan kitaran biogeokimia jirim dan tenaga yang stabil dalam biosfera Bumi.

Soalan mengenai peranan organisma hidup dalam peredaran kecil telah dipertimbangkan oleh saintis, guru seperti Nikolaikin N.I., Shilov I.A., Melekhova O.P. dan lain-lain.

1. Peranan organisma hidup dalam kitaran biologi

Harta khusus hidupan ialah pertukaran bahan dengan alam sekitar. Mana-mana organisma mesti menerima bahan tertentu dari persekitaran luaran sebagai sumber tenaga dan bahan untuk membina badannya sendiri. Produk metabolik yang tidak lagi sesuai untuk kegunaan selanjutnya dibawa keluar. Oleh itu, setiap organisma atau satu set organisma yang serupa dalam perjalanan aktiviti hidupnya memburukkan keadaan habitatnya. Kemungkinan proses sebaliknya - mengekalkan keadaan hidup atau memperbaikinya - ditentukan oleh fakta bahawa biosfera didiami oleh organisma yang berbeza dengan jenis metabolisme yang berbeza.

Dalam bentuk yang paling mudah, satu set bentuk kehidupan kualitatif diwakili oleh pengeluar, pengguna dan pengurai, yang aktiviti bersama memastikan pengekstrakan bahan tertentu dari alam sekitar, transformasi mereka pada tahap rantai trofik yang berbeza dan mineralisasi bahan organik kepada komponen yang tersedia. untuk kemasukan seterusnya dalam kitaran (elemen asas yang berhijrah di sepanjang rantai kitaran biologi - karbon, hidrogen, oksigen, kalium, fosforus, sulfur, dll.).

Pengeluar ialah organisma hidup yang mampu mensintesis bahan organik daripada komponen bukan organik menggunakan sumber tenaga luaran. (Perhatikan bahawa mendapatkan tenaga dari luar adalah keadaan umum untuk kehidupan semua organisma; dari segi tenaga, semua sistem biologi terbuka) mereka juga dipanggil autotrof, kerana mereka sendiri membekalkan diri mereka dengan bahan organik. Dalam komuniti semula jadi, pengeluar melaksanakan fungsi pengeluar bahan organik yang terkumpul dalam tisu organisma ini. Bahan organik juga berfungsi sebagai sumber tenaga untuk proses kehidupan; tenaga luaran hanya digunakan untuk sintesis primer.

Semua pengeluar, mengikut sifat sumber tenaga untuk sintesis bahan organik, dibahagikan kepada photoautotrophs dan chemoautotrophs. Yang pertama menggunakan tenaga sinaran suria untuk sintesis di bahagian spektrum dengan panjang gelombang 380-710 nm. Ini terutamanya tumbuhan hijau, tetapi wakil beberapa kerajaan lain di dunia organik juga mampu melakukan fotosintesis. Antaranya, cyanobacteria ("alga") biru-hijau, yang, nampaknya, merupakan fotosintesis pertama dalam evolusi kehidupan di Bumi, adalah sangat penting. Banyak bakteria juga mampu melakukan fotosintesis, yang, bagaimanapun, menggunakan pigmen khas - bacteriochlorin - dan tidak mengeluarkan oksigen semasa fotosintesis. Bahan permulaan utama yang digunakan untuk fotosintesis ialah karbon dioksida dan air (asas untuk sintesis karbohidrat), serta nitrogen, fosforus, kalium dan unsur pemakanan mineral yang lain.

Dengan mencipta bahan organik berdasarkan fotosintesis, fotoautotrof dengan itu mengikat tenaga suria yang digunakan, seolah-olah menyimpannya. Pemusnahan ikatan kimia seterusnya membawa kepada pembebasan tenaga "tersimpan" sedemikian. Ini terpakai bukan sahaja untuk penggunaan bahan api fosil; Tenaga "disimpan" dalam tisu tumbuhan dipindahkan dalam bentuk makanan di sepanjang rantai trofik dan berfungsi sebagai asas untuk aliran tenaga yang mengiringi kitaran biogenik bahan.

Chemoautotrophs menggunakan tenaga ikatan kimia dalam proses sintesis bahan organik. Kumpulan ini termasuk hanya prokariot: bakteria, archaebacteria dan sebahagiannya biru-hijau. Tenaga kimia dibebaskan dalam proses pengoksidaan bahan mineral. Proses pengoksidaan eksotermik digunakan oleh bakteria nitrifikasi (mengoksidakan ammonia kepada nitrit dan kemudian kepada nitrat), bakteria besi (pengoksidaan besi ferus kepada oksida), bakteria sulfur (hidrogen sulfida kepada sulfat). Metana, CO dan beberapa bahan lain juga digunakan sebagai substrat untuk pengoksidaan.

Dengan semua kepelbagaian bentuk khusus pengeluar autotrof, fungsi biosfera amnya adalah satu dan terdiri daripada melibatkan unsur-unsur alam semula jadi tidak bernyawa ke dalam komposisi tisu badan dan seterusnya ke dalam kitaran biologi umum. Jumlah jisim pengeluar autotrof adalah lebih daripada 95% daripada jisim semua organisma hidup dalam biosfera.

Pengguna. Makhluk hidup yang tidak dapat membina badan mereka berdasarkan penggunaan bahan bukan organik, memerlukan pengambilan bahan organik dari luar, sebagai sebahagian daripada makanan, tergolong dalam kumpulan organisma heterotropik yang hidup dari produk yang disintesis oleh foto- atau kemosintetik. Makanan yang diekstrak dalam satu atau lain cara dari persekitaran luaran digunakan oleh heterotrof untuk membina badan mereka sendiri dan sebagai sumber tenaga untuk pelbagai bentuk kehidupan. Oleh itu, heterotrof menggunakan tenaga yang disimpan oleh autotrof dalam bentuk ikatan kimia bahan organik yang disintesis oleh mereka. Dalam aliran bahan dalam perjalanan kitaran, mereka menduduki tahap pengguna yang terikat secara obligasi dengan organisma autotrof (pengguna pesanan pertama) atau dengan heterotrof lain yang mereka makan (pengguna pesanan ke-2).

Kepentingan umum pengguna dalam peredaran bahan adalah pelik dan samar-samar. Mereka tidak diperlukan dalam proses peredaran langsung: sistem model tertutup buatan, terdiri daripada tumbuhan hijau dan mikroorganisma tanah, dengan kehadiran kelembapan dan garam mineral, boleh wujud selama-lamanya. untuk masa yang lama disebabkan oleh fotosintesis, pemusnahan sisa tumbuhan dan penglibatan unsur yang dilepaskan dalam kitaran baharu. Tetapi ini hanya boleh dilakukan di bawah keadaan makmal yang stabil. Dalam persekitaran semula jadi, kebarangkalian kematian sistem mudah sedemikian daripada banyak sebab meningkat. "Penjamin" kestabilan kitaran adalah, pertama sekali, pengguna.

Dalam proses metabolisme mereka sendiri, heterotrof menguraikan bahan organik yang diperoleh dalam komposisi makanan dan, atas dasar ini, membina bahan-bahan badan mereka sendiri. Transformasi bahan yang dihasilkan terutamanya oleh autotrof dalam organisma pengguna membawa kepada peningkatan dalam kepelbagaian bahan hidup. Kepelbagaian adalah syarat yang diperlukan untuk kestabilan mana-mana sistem sibernetik terhadap latar belakang gangguan luaran dan dalaman. Sistem hidup - dari organisma ke biosfera secara keseluruhan - beroperasi mengikut prinsip sibernetik. maklum balas.

Haiwan, yang membentuk sebahagian besar organisma pengguna, dicirikan oleh mobiliti, keupayaan untuk bergerak secara aktif di angkasa. Dengan ini, mereka secara berkesan mengambil bahagian dalam penghijrahan bahan hidup, penyebarannya ke atas permukaan planet, yang, di satu pihak, merangsang penyelesaian ruang kehidupan, dan sebaliknya, berfungsi sebagai sejenis "Mekanisme jaminan. ” sekiranya berlaku kemusnahan nyawa di mana-mana tempat kerana pelbagai sebab. .

Contoh "jaminan spatial" sedemikian ialah malapetaka yang terkenal pada kira-kira. Krakatau: akibat letusan gunung berapi pada tahun 1883, kehidupan di pulau itu musnah sepenuhnya, tetapi ia pulih dalam masa 50 tahun sahaja - kira-kira 1200 spesies telah direkodkan. Penyelesaian diteruskan terutamanya dengan mengorbankan Jawa, Sumatera dan pulau-pulau jiran, yang tidak terjejas oleh letusan, dari mana, dengan cara yang berbeza, tumbuh-tumbuhan dan haiwan mengisi semula pulau itu yang diliputi dengan abu dan aliran lava beku. Pada masa yang sama, filem cyanobacteria muncul pertama kali (selepas 3 tahun) pada tuf dan abu gunung berapi. Proses mewujudkan komuniti mampan di pulau itu berterusan; cenoses hutan masih dalam peringkat awal penggantian dan sangat dipermudahkan dalam struktur.

Akhir sekali, peranan pengguna, terutamanya haiwan, adalah amat penting sebagai pengawal selia keamatan bahan dan aliran tenaga di sepanjang rantai trofik. Keupayaan untuk mengawal selia biojisim secara aktif dan kadar perubahannya pada peringkat ekosistem dan populasi jenis tertentu akhirnya direalisasikan dalam bentuk mengekalkan kesesuaian antara kadar penciptaan dan pemusnahan bahan organik dalam sistem kitaran global. Bukan sahaja pengguna mengambil bahagian dalam sistem pengawalseliaan sedemikian, tetapi yang terakhir (terutama haiwan) dibezakan oleh tindak balas yang paling aktif dan pantas terhadap sebarang gangguan dalam keseimbangan biojisim paras trofik bersebelahan.

Pada dasarnya, sistem untuk mengawal aliran bahan dalam kitaran biogenik, berdasarkan pelengkap kategori ekologi organisma hidup yang membentuk sistem ini, beroperasi berdasarkan prinsip pengeluaran bebas sisa. Walau bagaimanapun, secara idealnya, prinsip ini tidak dapat dipatuhi kerana kerumitan besar proses berinteraksi dan faktor yang mempengaruhinya. Hasil daripada pelanggaran kesempurnaan kitaran adalah deposit minyak, arang batu, gambut, sapropels. Semua bahan ini membawa tenaga yang asalnya disimpan dalam proses fotosintesis. Penggunaannya oleh seseorang adalah, seolah-olah, penyiapan kitaran kitaran biologi "tertunda dalam masa".

Pengurang. Kategori ekologi ini termasuk organisma heterotropik, yang, menggunakan bahan organik mati (mayat, najis, sampah tumbuhan, dll.) Sebagai makanan, menguraikannya menjadi komponen bukan organik dalam proses metabolisme.

Mineralisasi separa bahan organik berlaku dalam semua organisma hidup. Jadi, dalam proses pernafasan, CO2 dibebaskan, air, garam mineral, ammonia, dan lain-lain dikeluarkan dari badan. Pengurai sebenar, yang melengkapkan kitaran pemusnahan bahan organik, oleh itu hendaklah dianggap hanya organisma yang melepaskan ke persekitaran luaran sahaja bahan bukan organik yang sedia untuk terlibat dalam kitaran baharu.

Kategori pengurai termasuk banyak jenis bakteria dan kulat. Dengan sifat metabolisme mereka, mereka mengurangkan organisma. Oleh itu, bakteria devitrifikasi mengurangkan nitrogen kepada keadaan unsurnya, manakala bakteria penurun sulfat mengurangkan sulfur kepada hidrogen sulfida. Hasil akhir penguraian bahan organik ialah karbon dioksida, air, ammonia, garam mineral. Di bawah keadaan anaerobik, penguraian pergi lebih jauh - kepada hidrogen; hidrokarbon juga terbentuk.

Kitaran penuh pengurangan bahan organik adalah lebih kompleks dan melibatkan bilangan peserta yang lebih besar. Ia terdiri daripada satu siri pautan berturut-turut, dalam satu siri di mana pelbagai organisma pemusnah secara beransur-ansur menukar bahan organik, mula-mula menjadi bentuk yang lebih mudah, dan hanya selepas itu menjadi komponen bukan organik oleh tindakan bakteria dan kulat.

Tahap organisasi bahan hidup. Aktiviti bersama pengeluar, pengguna dan pengurai menentukan pengekalan berterusan kitaran biologi global bahan dalam biosfera Bumi. Proses ini disokong oleh hubungan tetap bahagian spatial dan berfungsi yang membentuk biosfera dan disediakan oleh sistem sambungan khas yang bertindak sebagai mekanisme untuk homeostasis biosfera - mengekalkan fungsinya yang stabil terhadap latar belakang perubahan luaran dan faktor dalaman. Oleh itu, biosfera boleh dianggap sebagai sistem ekologi global yang memastikan pengekalan kehidupan yang mampan dalam manifestasi planetnya.

Mana-mana sistem biologi (termasuk ekologi) dicirikan oleh fungsi tertentu, hubungan tertib bahagian (subsistem) yang membentuk sistem, dan mekanisme pengawalseliaan berdasarkan interaksi ini yang menentukan integriti dan kestabilan sistem terhadap latar belakang turun naik luaran. syarat. Daripada apa yang telah dinyatakan di atas, jelas bahawa biosfera dalam struktur dan fungsinya sepadan dengan konsep sistem biologi (ekologi).

Pada tahap biosfera secara keseluruhan, sambungan fungsi universal bahan hidup dengan alam semula jadi tidak bernyawa dijalankan. Komponen struktur dan fungsinya (subsistem), pada tahap kitaran tertentu kitaran biologi dijalankan, adalah biogeocenoses (ekosistem).

2. Peredaran kecil bahan dalam biosfera

Kitaran biologi (biogeokimia) (kitaran kecil bahan dalam biosfera) - kitaran bahan, daya penggeraknya ialah aktiviti organisma hidup. Kitaran biogeokimia bahan berlaku dalam biosfera. Sumber tenaga utama kitaran ialah sinaran suria, yang menghasilkan fotosintesis. Dalam ekosistem, bahan organik disintesis oleh autotrof daripada bahan bukan organik. Ia kemudiannya dimakan oleh heterotrof. Akibat perkumuhan semasa aktiviti hidup atau selepas kematian organisma, bahan organik mengalami mineralisasi, i.e. perubahan kepada bahan bukan organik. Bahan bukan organik ini boleh digunakan semula untuk sintesis bahan organik oleh autotrof.

Dalam kitaran biogeokimia, dua bahagian harus dibezakan:

1. kumpulan wang rizab ialah sebahagian daripada bahan yang tidak dikaitkan dengan organisma hidup;

2. dana pertukaran - bahagian yang lebih kecil daripada bahan yang disambungkan melalui pertukaran terus antara organisma dan mereka persekitaran segera.

Bergantung pada lokasi dana rizab, kitaran biogeokimia boleh dibahagikan kepada dua jenis:

1. kitaran jenis gas dengan dana rizab bahan di atmosfera dan hidrosfera (kitaran karbon, oksigen, nitrogen);

2. kitaran sedimen dengan dana rizab dalam kerak bumi (peredaran fosforus, kalsium, besi, dll.).

Kitaran jenis gas adalah sempurna, kerana mempunyai dana pertukaran yang besar, dan oleh itu cara untuk mengawal kendiri yang cepat. Kitaran sedimen kurang sempurna, mereka lebih lengai, kerana sebahagian besar bahan itu terkandung dalam tabung rizab kerak bumi dalam bentuk "tidak boleh diakses" oleh organisma hidup. Kitaran sedemikian mudah diganggu oleh pelbagai jenis pengaruh, dan sebahagian daripada bahan yang ditukar meninggalkan kitaran. Ia boleh kembali semula ke peredaran hanya hasil daripada proses geologi atau melalui pengekstrakan oleh bahan hidup. Walau bagaimanapun, untuk mengekstrak bahan yang diperlukan untuk organisma hidup daripada kerak bumi jauh lebih sukar daripada dari atmosfera.

Keamatan kitaran biologi terutamanya ditentukan oleh suhu ambien dan jumlah air. Jadi, sebagai contoh, kitaran biologi berjalan lebih intensif di hutan tropika lembap daripada di tundra. Di samping itu, proses biologi dalam tundra hanya berlaku pada musim panas.

Pengeluar, pengguna, detritofaj dan pengurai ekosistem, menyerap dan membebaskan pelbagai bahan, berinteraksi antara satu sama lain dengan jelas dan secara terkoordinasi. Bahan organik dan oksigen yang dihasilkan oleh tumbuhan fotosintesis adalah bahan makanan yang paling penting untuk makanan dan pernafasan pengguna. Pada masa yang sama, karbon dioksida dan bahan mineral baja dan air kencing yang dikeluarkan oleh pengguna adalah biogen, pengeluar yang sangat diperlukan. Oleh itu, bahan dalam ekosistem membuat kitaran yang hampir lengkap, mula-mula masuk ke dalam organisma hidup, kemudian ke dalam persekitaran abiotik dan kembali semula kepada hidupan. Berikut ialah salah satu prinsip asas fungsi ekosistem: penerimaan sumber dan pemprosesan sisa berlaku dalam proses kitaran semua elemen.

Pertimbangkan kitaran bahan dan unsur yang paling penting untuk organisma hidup. Kitaran biogeokimia kecil unsur biogenik termasuk: karbon, nitrogen, fosforus, sulfur, dll.

2.1 Kitaran karbon

Karbon wujud dalam alam semula jadi dalam pelbagai bentuk, termasuk dalam sebatian organik. Bahan bukan organik yang mendasari kitaran biogenik unsur ini ialah karbon dioksida (CO2). Secara semula jadi, CO2 adalah sebahagian daripada atmosfera, dan juga terlarut dalam hidrosfera. Kemasukan karbon dalam komposisi bahan organik berlaku dalam proses fotosintesis, akibatnya gula terbentuk berdasarkan CO2 dan H2O. Selepas itu, proses biosintetik lain menukar karbon ini kepada yang lebih kompleks, serta menjadi protein, lipid. Semua sebatian ini bukan sahaja membentuk tisu organisma fotosintesis, tetapi juga berfungsi sebagai sumber bahan organik untuk haiwan dan tumbuhan bukan hijau.

Dalam proses pernafasan, semua organisma mengoksidakan bahan organik kompleks; hasil akhir proses ini, CO2, dilepaskan ke alam sekitar, di mana ia boleh sekali lagi terlibat dalam proses fotosintesis.

Di bawah keadaan tertentu di dalam tanah, penguraian sisa mati terkumpul berjalan dengan perlahan - melalui pembentukan humus oleh saprophages, mineralisasi yang oleh tindakan kulat dan bakteria boleh diteruskan pada kadar yang berbeza, termasuk kadar rendah. Dalam sesetengah kes, rantaian penguraian bahan organik tidak lengkap. Khususnya, aktiviti saprophages boleh dihalang oleh kekurangan oksigen atau peningkatan keasidan. Dalam kes ini, sisa organik terkumpul dalam bentuk gambut; karbon tidak dilepaskan dan kitaran berhenti. Situasi yang sama timbul pada zaman geologi yang lalu, seperti yang dibuktikan oleh deposit arang batu dan minyak.

Dalam hidrosfera, penggantungan kitaran karbon dikaitkan dengan penggabungan CO2 ke dalam CaCO3 dalam bentuk batu kapur, kapur dan batu karang. Dalam kes ini, karbon dikecualikan daripada kitaran untuk keseluruhan zaman geologi. Hanya kenaikan batuan organogenik di atas paras laut membawa kepada pembaharuan peredaran melalui larut lesap batu kapur oleh kerpasan atmosfera. Dan juga dengan cara biogenik - dengan tindakan lichen, akar tumbuhan.

Hutan adalah takungan utama karbon yang terikat secara biologi; ia mengandungi sehingga 500 bilion tan unsur ini, iaitu 2/3 daripada rizabnya di atmosfera. Campur tangan manusia dalam kitaran karbon membawa kepada peningkatan kandungan CO2 di atmosfera dan perkembangan kesan rumah hijau.

Kadar kitaran CO2, i.e. masa yang diperlukan untuk semua karbon dioksida di atmosfera melalui bahan hidup adalah kira-kira 300 tahun.

2.2 Kitar nitrogen

Sumber utama nitrogen sebatian organik - nitrogen molekul dalam komposisi atmosfera. Peralihannya kepada sebatian yang boleh diakses oleh organisma hidup boleh dilakukan dengan cara yang berbeza. Oleh itu, pelepasan elektrik semasa ribut petir disintesis daripada nitrogen dan oksigen di udara, nitrik oksida, yang, dengan air hujan, memasuki tanah dalam bentuk nitrat atau asid nitrik. Terdapat juga penetapan nitrogen fotokimia.

Bentuk asimilasi nitrogen yang lebih penting ialah aktiviti mikroorganisma pengikat nitrogen mensintesis protein kompleks. Apabila mereka mati, mereka memperkayakan tanah dengan nitrogen organik, yang cepat mineral. Dengan cara ini, kira-kira 25 kg nitrogen setiap 1 ha setiap tahun memasuki tanah.

Penetapan nitrogen yang paling berkesan dilakukan oleh bakteria yang membentuk ikatan simbiotik dengan tumbuhan kekacang. Nitrogen organik yang terbentuk oleh mereka meresap ke dalam rizosfera dan juga termasuk dalam organ tanah tumbuhan perumah. Dengan cara ini, 150-400 kg nitrogen terkumpul setahun di dalam tanah dan organ tumbuhan bawah tanah setiap 1 hektar.

Terdapat mikroorganisma pengikat nitrogen yang membentuk simbiosis dengan tumbuhan lain. DALAM persekitaran akuatik dan pada tanah yang sangat basah, cyanobacteria secara langsung membetulkan nitrogen atmosfera. Dalam semua kes ini, nitrogen memasuki tumbuhan dalam bentuk nitrat. Sebatian ini diangkut melalui akar dan laluan ke daun, di mana ia digunakan untuk sintesis protein; yang terakhir berfungsi sebagai asas untuk pemakanan nitrogen haiwan.

Najis dan organisma mati membentuk asas rantai makanan organisma saprofaj, mengurai sebatian organik dengan perubahan beransur-ansur bahan yang mengandungi nitrogen organik kepada bukan organik. Pautan terakhir dalam rantaian pengurangan ini ialah organisma amonifikasi yang membentuk ammonia, yang kemudiannya boleh memasuki kitaran nitrifikasi. Dengan cara ini kitaran nitrogen dapat diteruskan.

Pada masa yang sama, terdapat pengembalian berterusan nitrogen ke atmosfera oleh tindakan bakteria denitrifikasi, yang menguraikan nitrat kepada N2. Bakteria ini aktif dalam tanah yang kaya dengan nitrogen dan karbon. Terima kasih kepada aktiviti mereka, sehingga 50-60 kg nitrogen meruap setiap tahun dari 1 ha tanah.

Nitrogen boleh dikecualikan daripada kitaran dengan terkumpul dalam sedimen lautan dalam. Pada tahap tertentu, ini dikompensasikan oleh pembebasan molekul N2 dalam komposisi gas gunung berapi.

2.3 Kitaran fosforus

Daripada semua makronutrien (elemen yang diperlukan untuk semua hidupan dalam kuantiti yang banyak), fosforus adalah salah satu takungan yang paling jarang terdapat di permukaan Bumi. Secara semula jadi, fosforus terdapat dalam kuantiti yang banyak dalam beberapa batu. Dalam proses pemusnahan batuan ini, ia memasuki ekosistem daratan atau terlarut lesap oleh pemendakan dan akhirnya berakhir di hidrosfera. Dalam kedua-dua kes, unsur ini memasuki rantai makanan. Dalam kebanyakan kes, organisma pengurai memineralkan bahan organik yang mengandungi fosforus kepada fosfat tak organik, yang boleh digunakan semula oleh tumbuhan dan dengan itu sekali lagi terlibat dalam kitaran.

Di lautan, sebahagian daripada fosfat dengan sisa organik mati memasuki sedimen dalam dan terkumpul di sana, dikecualikan daripada kitaran. Proses kitaran semula jadi fosforus dalam keadaan moden dipergiatkan dengan penggunaan baja fosfat dalam pertanian, sumbernya adalah deposit mineral fosfat. Ini mungkin membimbangkan, kerana garam fosforus terlarut dengan cepat daripada penggunaan sedemikian, dan skala eksploitasi sumber mineral berkembang sepanjang masa. Pada masa ini berjumlah kira-kira 2 juta tan setahun.

2.4 Kitaran sulfur

Dana rizab utama sulfur adalah dalam sedimen dan tanah, tetapi tidak seperti fosforus, terdapat dana rizab di atmosfera. Peranan utama dalam penglibatan sulfur dalam kitaran biogeokimia adalah milik mikroorganisma. Sebahagian daripada mereka adalah agen pengurangan, yang lain adalah agen pengoksidaan.

Sulfur berlaku dalam batuan dalam bentuk sulfida, dalam larutan - dalam bentuk ion, dalam fasa gas dalam bentuk hidrogen sulfida atau sulfur dioksida. Dalam sesetengah organisma, sulfur terkumpul dalam bentuk tulennya (S) dan, apabila ia mati, deposit sulfur asli terbentuk di dasar laut.

Dalam ekosistem daratan, sulfur memasuki tumbuhan dari tanah terutamanya dalam bentuk sulfat. Dalam organisma hidup, sulfur terdapat dalam protein, dalam bentuk ion, dsb. Selepas kematian organisma hidup, sebahagian daripada sulfur dikurangkan di dalam tanah oleh mikroorganisma kepada HS, bahagian lain dioksidakan kepada sulfat dan sekali lagi dimasukkan ke dalam kitaran. Hidrogen sulfida yang terhasil terlepas ke atmosfera, teroksida di sana dan kembali ke tanah dengan pemendakan.

Pembakaran manusia bahan api fosil, serta pelepasan industri kimia, membawa kepada pengumpulan sulfur dioksida (SO) di atmosfera, yang bertindak balas dengan wap air, jatuh ke tanah dalam bentuk hujan asid.

Kitaran biogeokimia banyak dipengaruhi oleh manusia. Aktiviti ekonomi melanggar pengasingan mereka, mereka menjadi asiklik.

Kesimpulan

Hubungan kompleks yang menyokong peredaran bahan yang stabil, dan dengannya kewujudan kehidupan sebagai fenomena global planet kita, telah terbentuk sepanjang sejarah Bumi yang panjang.

Aktiviti bersama pelbagai organisma hidup menentukan peredaran tetap unsur-unsur individu dan sebatian kimia, termasuk pengenalan mereka ke dalam komposisi sel hidup, transformasi bahan kimia dalam proses metabolik, pelepasan ke alam sekitar dan pemusnahan bahan organik, akibatnya bahan mineral dilepaskan, yang sekali lagi termasuk dalam kitaran biologi.

Oleh itu, proses kitaran berlaku dalam ekosistem tertentu, tetapi kitaran biogeokimia direalisasikan sepenuhnya hanya pada tahap biosfera secara keseluruhan. Dan aktiviti bersama bentuk kehidupan berkualiti tinggi memastikan pengekstrakan bahan tertentu dari persekitaran luaran, transformasi mereka pada tahap rantaian trofik yang berbeza dan mineralisasi bahan organik kepada komponen yang tersedia untuk kemasukan seterusnya dalam kitaran (elemen utama berhijrah sepanjang rantai kitaran biologi ialah karbon, hidrogen, nitrogen, kalium, kalsium, dll.).

Bibliografi

1. Kolesnikov S.I. Ekologi. - Rostov-on-Don: "Phoenix", 2003.

2. Petrov K.M. Ekologi am: Interaksi antara masyarakat dan alam semula jadi: Uchebn. elaun. ed. ke-2 - St. Petersburg; Kimia, 1998.

3. Nikolaikin N.I. Ekologi.: Proc. untuk universiti / Nikolaykin N.N., Nikolaykina N.E., Melekhina O.P. - ed. ke-2, disemak. dan tambahan - M .: Bustard, 2003.

4. Khotuntsev Yu.L. Ekologi dan keselamatan alam sekitar: Proc. elaun untuk pelajar. lebih tinggi ped. buku teks pertubuhan. - M .: Pusat Penerbitan "Akademi", 2002.

5. Shilov I.A. Ekologi: Proc. untuk biol. dan madu. pakar. universiti I.A. Shilov. - ed. ke-4, Rev. - M .: Sekolah Tinggi, 2003.

Soalan 2. Beritahu kami tentang kitaran air di alam semula jadi.
Di bawah pengaruh tenaga suria, air menyejat dari permukaan takungan dan diangkut oleh arus udara pada jarak yang jauh. Jatuh di permukaan tanah dalam bentuk pemendakan, ia menyumbang kepada pemusnahan batuan dan menjadikan mineral konstituennya tersedia untuk tumbuh-tumbuhan, mikroorganisma dan haiwan. Ia menghakis lapisan atas tanah dan pergi bersama-sama dengan sebatian kimia yang terlarut di dalamnya dan terampai zarah organik dan bukan organik ke dalam laut dan lautan. Peredaran air antara lautan dan daratan adalah penghubung terpenting dalam mengekalkan kehidupan di Bumi.
Tumbuhan mengambil bahagian dalam kitaran air dalam dua cara: mereka mengeluarkannya dari tanah dan menyejat ke atmosfera; Sebahagian daripada air dalam sel tumbuhan dipecahkan semasa fotosintesis. Dalam kes ini, hidrogen ditetapkan dalam bentuk sebatian organik, dan oksigen memasuki atmosfera.
Haiwan mengambil air untuk mengekalkan keseimbangan osmotik dan garam dalam badan dan melepaskannya ke persekitaran luaran bersama-sama dengan produk metabolik.

Perlindungan alam semula jadi biasanya difahami sebagai satu sistem langkah yang bertujuan untuk mengekalkan interaksi rasional antara aktiviti manusia dan persekitaran semula jadi. Sistem langkah ini harus memastikan pemuliharaan dan pemulihan sumber asli, penggunaan rasional sumber semula jadi serta untuk mengelakkan kesan berbahaya secara langsung dan tidak langsung pengeluaran industri terhadap alam semula jadi dan kesihatan manusia. Pada masa yang sama, tugas ditetapkan untuk mengekalkan keseimbangan antara pembangunan pengeluaran dan kelestarian alam semula jadi demi kepentingan manusia. Ini memerlukan kajian menyeluruh tentang proses yang berlaku dalam persekitaran semula jadi, dan organisasi semua jenis pengeluaran, dengan mengambil kira corak yang dikenal pasti. Asas saintifik untuk kajian objek semula jadi dan pendekatan bersepadu kepada organisasi pengeluaran moden adalah doktrin biosfera Bumi.

Istilah "biosfera" telah diperkenalkan pada tahun 1875 oleh ahli geologi Austria E. Suess; pengasas teori moden biosfera ialah saintis Rusia V. I. Vernadsky. Pada pandangan V. I. Vernadsky, biosfera meliputi ruang di mana bahan hidup bertindak sebagai daya geologi yang membentuk muka Bumi;

DALAM pandangan moden Biosfera adalah sistem besar dinamik kompleks yang terdiri daripada banyak komponen sifat bernyawa dan tidak bernyawa, integritinya dikekalkan sebagai hasil daripada kitaran biologi bahan yang sentiasa bertindak.

Ajaran V. I. Vernadsky didasarkan pada idea-idea peranan geokimia planet bahan hidup dalam pembentukan biosfera, sebagai produk transformasi jangka panjang bahan dan tenaga dalam perjalanan pembangunan geologi Bumi. Bahan Hidup ialah satu set organisma hidup yang wujud atau wujud dalam tempoh masa tertentu dan merupakan faktor geologi yang kuat. Tidak seperti makhluk hidup yang dikaji oleh biologi, bahan hidup sebagai faktor biogeokimia dicirikan oleh komposisi unsur, jisim dan tenaga. Ia mengumpul dan mengubah tenaga suria dan melibatkan bahan bukan organik dalam kitaran berterusan. Atom hampir semua unsur kimia telah berulang kali melalui bahan hidup. Akhirnya, bahan hidup menentukan komposisi atmosfera, hidrosfera, tanah dan, sebahagian besarnya, batuan sedimen planet kita.

DALAM DAN. Vernadsky menegaskan bahawa bahan hidup mengumpul tenaga kosmos, mengubahnya menjadi tenaga proses terestrial (kimia, mekanikal, haba, elektrik, dll.) Dan, dalam pertukaran berterusan bahan dengan bahan lengai planet, memastikan pembentukan bahan hidup, yang bukan sahaja menggantikan jisimnya yang mati, tetapi juga memperkenalkan kualiti baru, dengan itu menentukan proses evolusi dunia organik.

Dalam pandangan V. I. Vernadsky, biosfera merangkumi empat komponen utama:

bahan hidup - keseluruhan semua organisma hidup;

bahan biogenik, iaitu, produk yang terbentuk hasil daripada aktiviti penting pelbagai organisma (arang batu, bitumen, gambut, sampah hutan, humus tanah dan ip.);

bahan bioinert - bahan tak organik yang diubah oleh organisma (contohnya, atmosfera permukaan, beberapa batu enapan, dll.);

jirim lengai - batuan terutamanya igneus, bukan organik yang membentuk kerak bumi.

Mana-mana spesies tumbuhan, haiwan dan mikroorganisma, yang berinteraksi dengan alam sekitar, memastikan kewujudannya bukan sebagai jumlah individu, tetapi sebagai keseluruhan fungsi tunggal, iaitu populasi (populasi pain, nyamuk, dll.).

Menurut S.S. Schwartz, populasi ialah kumpulan asas organisma spesies tertentu, yang mempunyai semua syarat yang diperlukan untuk mengekalkan bilangannya selama-lamanya. masa yang lama dan dalam keadaan persekitaran yang sentiasa berubah. Dalam erti kata lain, populasi ialah satu bentuk kewujudan spesies, sistem supraorganisma yang menjadikan spesies berpotensi (tetapi tidak benar-benar) kekal. Ini menunjukkan bahawa kapasiti penyesuaian populasi adalah lebih tinggi daripada organisma individu yang membentuknya.

Populasi sebagai unit ekologi asas mempunyai struktur tertentu, yang dicirikan oleh individu konstituennya dan taburannya di ruang angkasa. Populasi dicirikan oleh pertumbuhan, pembangunan, dan keupayaan untuk mengekalkan kewujudan dalam keadaan yang sentiasa berubah.

Secara semula jadi, populasi tumbuhan, haiwan dan mikroorganisma membentuk sistem peringkat yang lebih tinggi - komuniti organisma hidup, atau, seperti yang biasa dipanggil, biocenoses. Biocenosis ialah kumpulan yang teratur populasi tumbuhan, haiwan dan mikroorganisma yang hidup dalam interaksi di bawah keadaan persekitaran yang sama. Konsep "biocenosis" telah dicadangkan pada tahun 1877 oleh ahli zoologi Jerman K-Mobius, yang mendapati bahawa semua ahli satu komuniti organisma hidup berada dalam hubungan yang rapat dan berterusan. Biocenosis adalah produk pilihan semulajadi, apabila kewujudannya yang stabil dalam masa dan ruang bergantung pada sifat interaksi populasi dan mungkin hanya dengan bekalan wajib tenaga sinaran daripada Matahari dan kehadiran peredaran berterusan bahan.

Kadang-kadang, untuk memudahkan kajian biocenosis, ia dibahagikan secara bersyarat kepada komponen berasingan: phytocenosis - tumbuh-tumbuhan, zoocenosis - dunia haiwan, mikrobiocenosis - mikroorganisma. Pembahagian sedemikian membawa kepada pemisahan buatan kumpulan organisma hidup yang berasingan yang tidak boleh wujud secara bebas. Tidak boleh ada sistem yang stabil yang hanya terdiri daripada tumbuhan atau haiwan sahaja. Komuniti dan komponennya mesti dianggap sebagai satu kesatuan biologi jenis yang berbeza organisma hidup.

Biocenosis tidak boleh berkembang sendiri, di luar dan bebas daripada persekitaran dunia bukan organik. Akibatnya, kompleks tertentu yang agak stabil, set komponen hidup dan bukan hidup, terbentuk secara semula jadi. Ruang dengan keadaan homogen yang didiami oleh komuniti organisma (biocenosis) dipanggil biotope, i.e. biotope ialah tempat kewujudan, habitat untuk biocenosis. Oleh itu, biocenosis boleh dianggap sebagai kompleks organisma yang ditubuhkan secara sejarah, ciri biotop tertentu ini.

Biocenosis membentuk satu kesatuan dialektik dengan biotope, makrosistem biologi yang lebih tinggi - biogeocenosis. Istilah "biogeocenosis", menandakan keseluruhan biocenosis dan habitatnya, telah dicadangkan pada tahun 1940 oleh V.N. Sukachev. Istilah ini boleh dikatakan sama dengan istilah "ekosistem", yang dimiliki oleh A. Tensley.

Sistem ekologi ialah sistem yang terdiri daripada unsur-unsur hidup dan bukan hidup persekitaran, di antaranya terdapat pertukaran bahan, tenaga dan maklumat. Sistem ekologi peringkat yang berbeza mungkin termasuk bilangan komponen yang terhad atau sangat besar dan menduduki kawasan dan volum yang kecil atau sangat besar; sistem ekologi Eropah, sistem ekologi negara, sistem ekologi wilayah, daerah, kawasan operasi perusahaan, dll.

Biogeocenosis difahami sebagai elemen biosfera, di mana, pada tahap tertentu, biocenosis (komuniti organisma hidup) dan biotop yang sepadan dengannya (bahagian atmosfera, litosfera dan hidrosfera) kekal homogen dan saling berkait rapat menjadi satu kompleks. . Iaitu, biogeocenosis difahami sebagai kompleks semula jadi semula jadi yang melaluinya tiada biosenotik, geomorfologi, hidrologi, mikroklimatik, nokturnal-geokimia atau sebarang sempadan lain yang melaluinya. Ini adalah kawasan biosfera yang homogen dari segi topografi, iklim mikro, hidrologi dan keadaan biotik. Konsep "sistem ekologi" tidak membawa batasan ini dan boleh menggabungkan kompleks semula jadi yang berbeza (hutan, padang rumput, sungai, dll.). Biogeocenosis itu sendiri adalah sistem ekologi asas.

Unit struktur asas biosfera - biogeocenosis - terdiri daripada dua komponen yang saling berkaitan (Rajah 3.1):

abiotik (biotope), termasuk unsur abiotik persekitaran yang mempunyai hubungan dengan organisma hidup;

biotik (biocenosis), komuniti organisma hidup yang hidup dalam biotop terpilih (sistem ekologi terpilih).

Komponen abiotik termasuk komponen berikut: litosfera, hidrosfera dan atmosfera.

Di litosfera, bahagian susunan batuan, permukaan bumi, yang merupakan habitat organisma hidup dan merupakan sebahagian daripada biocenosis terpilih, dibezakan. Satu ciri penting biotop ialah bahagian permukaan bumi dengan struktur khas dan komposisi bahan tanah (pedosfera) dalam kawasan yang dipilih.

Hidrosfera termasuk air permukaan dan tanah yang terletak di dalam biotop dan secara langsung atau tidak langsung menyediakan aktiviti penting organisma hidup, serta air yang jatuh dalam bentuk pemendakan di wilayah kawasan terpilih.

Atmosfera (komponen gas) termasuk: udara atmosfera; gas terlarut di permukaan dan perairan bawah tanah; komponen gas tanah, serta gas yang dikeluarkan dari banjaran gunung, yang secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi aktiviti penting organisma hidup.

Komponen biotik persekitaran semula jadi (biocenosis) merangkumi tiga komponen: phytocenosis-pengeluar (pengeluar) pengeluaran utama, mengumpul tenaga suria; eocenosis - pengguna, pengeluar produk sekunder, menggunakan tenaga yang terkandung dalam bahan organik phytocenosis untuk kehidupan mereka; microbocenosis-reducer (pengganggu), organisma yang hidup daripada tenaga bahan organik mati dan memastikan pemusnahannya (mineralization) dengan penghasilan unsur mineral awal dalam bentuk yang mudah digunakan oleh tumbuhan untuk pembiakan produk organik primer.

Semua komponen persekitaran semula jadi (biogeocenosis), komponen biotik dan abiotiknya berada dalam hubungan yang berterusan dan memastikan perkembangan evolusi antara satu sama lain. Komposisi dan sifat litosfera, hidrosfera dan atmosfera sebahagian besarnya menentukan organisma hidup. Pada masa yang sama, organisma hidup sendiri, menyediakan aktiviti penting antara satu sama lain, bergantung kepada perubahan dalam keadaan persekitaran. Persekitaran luaran membekalkan mereka dengan tenaga dan nutrien penting.

Oleh itu, secara amnya, biosfera merangkumi tahap kehidupan berikut: populasi, biocenosis, biogeocenosis. Setiap peringkat ini agak bebas, yang memastikan evolusi makrosistem secara keseluruhan, di mana unit yang berkembang ialah populasi. Pada masa yang sama, unit struktur asas biosfera ialah biogeocenosis, iaitu komuniti organisma bersama dengan habitat bukan organik (lihat Rajah 3.1).

Dalam keadaan moden, aktiviti manusia berubah sumber semula jadi(hutan, padang rumput, tasik). Mereka digantikan dengan menyemai dan menanam tumbuhan yang ditanam. Beginilah bagaimana sistem ekologi baharu terbentuk - agrobiogeocenoses atau agrocenoses. Agrocenoses bukan sahaja ladang pertanian, tetapi juga ladang hutan pelindung ladang, padang rumput, ladang hutan, kolam dan takungan, terusan dan paya bersaliran. Dalam kebanyakan kes, agrobiocenoses dalam strukturnya dicirikan oleh sebilangan kecil spesies organisma hidup, tetapi kelimpahannya yang tinggi. Walaupun terdapat banyak ciri khusus dalam struktur dan tenaga biocenosis semula jadi dan tiruan, tidak ada perbezaan asas di antara mereka.

Keadaan ini jauh lebih rumit dengan sistem ekologi yang timbul di zon pengaruh perusahaan perindustrian, bandar, empangan dan struktur kejuruteraan besar lain. Di sini, sebagai hasil daripada kesan aktif manusia terhadap alam sekitar, sistem ekologi baru secara kualitatif terbentuk, fungsinya dipastikan sebagai hasil daripada proses semula jadi dan kesan berterusan perusahaan perindustrian terhadap abiotik (bukan hidup) dan komponen biotik (hidup) alam semula jadi.

5. Kitaran biotik bahan dalam biosfera

Kewujudan biosfera secara keseluruhan dan bahagian individunya memastikan peredaran bahan dan penukaran tenaga:

Peredaran bahan dalam biosfera dijalankan di tempat pertama berdasarkan aktiviti penting pelbagai jenis organisma. Setiap organisma mengekstrak daripada persekitaran bahan yang diperlukan untuk aktiviti pentingnya dan mengembalikan yang tidak digunakan. Selain itu, sesetengah jenis organisma hidup mengambil bahan yang mereka perlukan Secara langsung daripada persekitaran, yang lain menggunakan produk yang diproses dan diasingkan dahulu, yang lain kedua, dan seterusnya sehingga bahan itu kembali ke persekitaran semula jadi1 dalam keadaan asalnya. Oleh itu keperluan timbul untuk kewujudan bersama pelbagai organisma (kepelbagaian spesies) yang mampu menggunakan produk aktiviti kehidupan masing-masing, iaitu, ia beroperasi secara praktikal tanpa pembaziran; pengeluaran baru produk biologi.

Jumlah bilangan organisma hidup dan kadar perkembangannya dalam biocenosis bergantung pada jumlah tenaga yang memasuki sistem ekologi, kadar pemindahannya melalui elemen individu sistem dan keamatan peredaran bahan mineral. Ciri proses ini ialah nutrien (karbon, nitrogen, air, fosforus, dll.) beredar di antara biotope dan biocenosis secara berterusan, iaitu, ia digunakan berkali-kali, dan tenaga memasuki sistem ekologi dalam bentuk aliran. sinaran suria, dibelanjakan ^ Xia Sepenuhnya. Mengikut undang-undang pemuliharaan dan transformasi, tenaga yang memasuki sistem ekologi boleh berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Prinsip asas kedua ialah sebarang tindakan yang berkaitan dengan transformasi tenaga tidak boleh berlaku tanpa kehilangannya dalam bentuk Haba yang terlesap di angkasa.Iaitu, sebahagian daripada tenaga yang memasuki sistem ekologi hilang dan tidak dapat melakukan kerja.

Mana-mana sistem ekologi Dalam proses evolusinya cenderung kepada keadaan keseimbangannya, apabila semua parameter fn=eicnya mengambil nilai tetap, & pekali kecekapan mencapai nilai maksimumnya»

Aktiviti penting mana-mana organisma dipastikan hasil daripada perhubungan biotik banyak sisi yang dimasukinya dengan organisma lain. Semua organisma boleh dikelaskan mengikut cara pemakanan dan tahap trofik di mana ia ditemui dalam rantai makanan umum. Mengikut kaedah pemakanan, dua kumpulan dibezakan: autotropik dan heterotrofik.

Autotrof mempunyai keupayaan untuk mencipta bahan organik daripada bahan bukan organik menggunakan tenaga Matahari atau tenaga yang dibebaskan semasa tindak balas kimia.

Organisma heterotrof menggunakan bahan organik sebagai makanan. Dalam kes ini, tumbuhan hidup atau buahnya, sisa tumbuhan dan haiwan yang mati boleh digunakan sebagai makanan. Selain itu, setiap organisma dalam alam semula jadi dalam satu bentuk atau yang lain berfungsi sebagai sumber pemakanan untuk beberapa organisma lain.

Hasil daripada peralihan berturut-turut bahan organik dari satu aras trofik ke aras trofik yang lain, kitaran jirim dan pemindahan tenaga dalam alam semula jadi berlaku (Rajah 3.2). Pada masa yang sama, bahan organik, bergerak dari satu tahap trofik ke yang lain, sebahagiannya dikecualikan daripada kitaran. Akibatnya, sebatian organik terkumpul di Bumi dalam bentuk deposit mineral (gambut, arang batu, minyak, gas, syal minyak, dll.). Walau bagaimanapun, pada dasarnya biojisim di Bumi tidak terkumpul, tetapi disimpan pada tahap tertentu, kerana ia sentiasa dimusnahkan dan dicipta semula daripada bahan binaan yang sama, i.e. dalam hadnya, peredaran bahan yang tidak terganggu berlaku. Dalam jadual. 3.1 menyediakan data tentang kadar pembiakan biojisim untuk beberapa sistem ekologi semula jadi.

Dalam proses aktiviti penting organisma, bahagian biosfera yang tidak bernyawa juga berubah secara radikal. Oksigen bebas muncul di atmosfera, dan skrin ozon muncul di lapisan atasnya; karbon dioksida, yang diekstrak oleh organisma daripada udara dan air, telah dipelihara dalam deposit arang batu dan kalsium karbonat.

Akibat proses geologi, ubah bentuk dan pemusnahan bahagian atas litosfera berlaku. Batuan sedimen yang tertimbus sebelum ini kembali berada di permukaan. Pada masa hadapan, luluhawa mereka berlaku, di mana organisma hidup juga mengambil bahagian yang aktif.

Dengan membebaskan karbon dioksida, asid organik dan mineral, ia menyumbang kepada pemusnahan batuan dan dengan itu mengambil bahagian dalam proses penghijrahan unsur kimia.

Jumlah tenaga suria yang diterima setiap tahun oleh Bumi adalah kira-kira 2-1024 J. Dalam proses fotosintesis, kira-kira 100 bilion tan bahan organik terbentuk setiap tahun dan 1.9-1021 J tenaga suria terkumpul. Untuk proses fotosintesis, 170 bilion tan karbon dioksida terlibat setiap tahun dari atmosfera, kira-kira 130 bilion tan air diuraikan dengan cara fotokimia, dan 115 bilion tan oksigen dilepaskan ke alam sekitar. Di samping itu, 2 bilion tan nitrogen, silikon, ammonium, besi, kalsium dan banyak bahan lain terlibat dalam peredaran bahan. Secara keseluruhan, lebih daripada 60 elemen terlibat dalam kitaran biologi.

Fasa sintesis bahan organik digantikan pada peringkat seterusnya kitaran biologi oleh fasa pemusnahannya dengan pelesapan serentak tenaga kimia berpotensi (dalam bentuk tenaga haba) di angkasa. Akibatnya, bahan organik masuk ke dalam gas, bentuk cecair dan pepejal (mineral dan sebatian lain). Dalam proses ketiga-tiga fasa ini, kitaran biologi diperbaharui, yang disokong oleh tenaga suria dan secara praktikalnya jisim bahan dan unsur kimia yang sama terlibat.

Dalam proses peredaran geologi bahan, sebatian mineral dipindahkan dari satu tempat ke tempat lain pada skala planet, dan terdapat juga pemindahan dan perubahan dalam keadaan pengagregatan air (cecair, pepejal - salji, ais; gas - lares). Air beredar paling intensif dalam keadaan wap.

Kitaran air dalam biosfera adalah berdasarkan fakta bahawa jumlah penyejatan dikompensasikan oleh pemendakan. Pada masa yang sama, lebih banyak air yang menyejat dari lautan daripada kembali dengan kerpasan. Di darat, sebaliknya, lebih banyak hujan turun, tetapi lebihan mengalir ke tasik dan sungai, dan dari sana lagi ke lautan.

Dengan kedatangan bahan hidup berdasarkan kitaran air dan sebatian mineral yang terlarut di dalamnya, i.e. berdasarkan abiotik, geologi, kitaran bahan organik, atau kitaran biologi kecil, timbul.

Dalam kitaran biologi, proses yang paling penting ialah transpirasi. Apabila kelembapan tanah diserap oleh akar tumbuhan, mineral dan bahan organik yang terlarut dalam air memasukinya dengan air. Proses transpirasi juga penting untuk mengawal suhu tumbuhan, mengelakkannya daripada terlalu panas. Disebabkan kehilangan haba yang berlaku semasa penyejatan air, suhu tumbuhan berkurangan. Pada masa yang sama, proses ini dikawal oleh tumbuhan itu sendiri - dalam cuaca panas, stomata yang terletak pada daun terbuka lebih luas dan ini menyumbang kepada peningkatan penyejatan dan penurunan suhu, dan pada suhu yang lebih rendah, stomata ditutup. , keamatan penyejatan berkurangan. Oleh itu, transpirasi adalah kedua-dua proses fisiologi dan fizikal, kerana ia berbeza daripada penyejatan biasa daripada bahan tidak bernyawa dalam keupayaan untuk mengawal tumbuhan itu sendiri.

Kapasiti transpirasi tumbuhan sering dianggarkan oleh pekali transpirasi, yang mencirikan isipadu air yang mesti dibelanjakan untuk membentuk satu unit jisim bahan kering tumbuhan. Sebagai contoh, untuk pembentukan 1 tan tumbuhan tanah jisim gandum, i.e. bijirin dan jerami, 300-500 m3 air digunakan Penggunaan air untuk travepiration bergantung kepada sejumlah besar faktor: sifat tumbuhan itu sendiri, keadaan cuaca, dan kehadiran lembapan dalam tanah. Dalam cuaca kering dan panas, tumbuhan perlu menghabiskan sejumlah besar air untuk transpirasi.

Akar tumbuhan menyerap kelembapan tanah dari kedalaman yang berbeza. Sistem akar gandum memanjang hingga kedalaman 2.0-2.5 m, akar oak kadang-kadang menembusi kedalaman 20 m. Disebabkan ini, tumbuhan dapat menggunakan kelembapan yang terletak pada kedalaman yang besar dan kurang bergantung pada turun naik dalam kandungan lembapan daripada lapisan tanah permukaan.

Sejatan daripada tanah tidak boleh dipertimbangkan secara berasingan daripada transpirasi. Contohnya, di bawah kanopi hutan, sedikit air yang tersejat dari permukaan tanah, tanpa mengira kehadirannya. Ini kerana sinaran suria lemah menembusi melalui mahkota pokok. Di samping itu, di bawah kanopi hutan, kelajuan pergerakan udara menjadi perlahan, dan ia lebih tepu dengan kelembapan. Di bawah keadaan ini, bahagian utama lembapan tersejat akibat transpirasi.

Dalam kitaran air, fasa yang paling penting ialah fasa yang berlaku dalam lembangan sungai dan tasik individu. Tumbuhan melakukan fungsi penyaringan yang penting, mengekalkan sebahagian daripada air yang jatuh dalam kerpasan. Permintaan ini, yang, sudah tentu, adalah maksimum semasa hujan ringan, boleh mencapai sehingga 25% daripada jumlah kerpasan di latitud sederhana.

Sebahagian daripada air dikekalkan di dalam tanah, dan semakin kuat, semakin ketara kompleks koloid tanah (humus dan tanah liat). Bahagian air yang menembusi tanah hingga kedalaman 20-30 cm boleh naik semula ke permukaannya melalui kapilari dan menguap. Oleh itu, peralihan air dari permukaan ke atmosfera dilakukan hasil daripada penyejatan fizikal dan proses transpirasi. Pada masa yang sama, jumlah air yang mengalir oleh tumbuhan meningkat dengan peningkatan bekalan air mereka. Jadi, satu birch menyejat 0.075 m3 air setiap hari; beech - 0.1 m; linden - 0.2, dan 1 ha hutan - 20-50 m3. 1 hektar hutan birch, yang berat dedaunannya ialah 4940 kg, menyejat 47 m - "air sehari, dan 1 hektar hutan cemara, yang berat jarumnya ialah 31 ribu kg. Transpires 43 m:< воды в день. 1 га пшеницы за период развития использует 375 мм осадков, а продуцирует 12,5 т (сухая масса) растительного вещества.

Kitaran biologi, berbeza dengan kitaran geologi, memerlukan lebih sedikit tenaga. Hanya 0.!-0.2% daripada kejadian tenaga suria di Bumi dibelanjakan untuk penciptaan bahan organik (sehingga 50% pada kitaran geologi) - Walaupun begitu. tenaga yang terlibat dalam kitaran biologi melakukan kerja yang hebat untuk mencipta pengeluaran utama di planet ini.

Peredaran bahan biasanya dipanggil kitaran biogeokimia. Kitaran biogeokimia utama ialah peredaran oksigen, karbon, air, nitrogen, fosforus dan beberapa unsur lain.

Secara amnya, setiap peredaran mana-mana unsur kimia adalah sebahagian daripada peredaran besar umum bahan di Bumi, iaitu, semuanya saling berkait rapat dengan pelbagai bentuk interaksi. Pautan utama kitaran biogeokimia ialah organisma hidup, yang menentukan keamatan semua kitaran dan penglibatan hampir semua unsur kerak bumi di dalamnya.

Hampir semua molekul oksigen di atmosfera bumi berasal dan dikekalkan pada tahap tertentu berkat aktiviti tumbuhan hijau. Dalam kuantiti yang banyak, ia dimakan oleh organisma dalam proses pernafasan. Tetapi, selain itu, mempunyai aktiviti kimia yang tinggi, oksigen pasti akan masuk ke dalam sebatian dengan hampir semua unsur kerak bumi. Dianggarkan bahawa semua oksigen yang terkandung dalam atmosfera melalui organisma hidup (mengikat semasa respirasi dan dibebaskan semasa fotosintesis) dalam 200 tahun, kitaran karbon dioksida dalam arah yang bertentangan dalam 300 tahun, dan semua air di Bumi terurai dan dicipta semula melalui fotosintesis dan respirasi dalam 2 juta tahun.

Kitaran dan penghijrahan bahan dalam kitaran biokimia boleh dipertimbangkan menggunakan kitaran karbon sebagai contoh (Rajah 3.3). Di darat, ia bermula dengan penetapan karbon dioksida oleh tumbuhan semasa fotosintesis. Karbon dioksida yang terkandung dalam atmosfera diambil oleh tumbuhan, dan sebagai hasil fotosintesis, hidrokarbon terbentuk dan oksigen dibebaskan.

Sebaliknya, karbohidrat adalah bahan permulaan untuk pembentukan tumbuhan.

Karbon tetap dalam tumbuhan sebahagian besarnya dimakan oleh haiwan. Haiwan juga melepaskan karbon dioksida apabila mereka bernafas. Tumbuhan dan haiwan yang usang diuraikan oleh mikroorganisma, akibatnya karbon bahan organik yang mati dioksidakan kepada karbon dioksida dan memasuki semula atmosfera. Kitaran karbon yang serupa berlaku di lautan.

Sebahagian daripada karbon dioksida dari atmosfera memasuki lautan, di mana ia berada dalam bentuk terlarut. Iaitu, lautan memastikan pengekalan karbon dioksida di atmosfera dalam had tertentu. Sebaliknya, kandungan karbon di lautan pada tahap tertentu disediakan oleh rizab terkumpul kalsium karbonat dalam sedimen bawah. Kehadiran proses semulajadi yang kekal ini sedikit sebanyak mengawal kandungan karbon dioksida di atmosfera dan di perairan lautan.

Kitar nitrogen, seperti kitaran biogeokimia yang lain, meliputi semua kawasan biosfera (Rajah 3.4). Nitrogen, yang sangat banyak di atmosfera, diserap oleh tumbuhan hanya selepas ia digabungkan dengan hidrogen atau oksigen. Dalam keadaan moden, manusia campur tangan dalam kitaran nitrogen. Dia menanam kekacang pengikat nitrogen di kawasan yang luas atau memperbaiki nitrogen semula jadi secara buatan. Adalah dipercayai bahawa pertanian dan industri menyediakan hampir 60% lebih nitrogen tetap daripada yang dihasilkan secara semula jadi.

Kitaran fosforus, yang merupakan salah satu unsur utama yang diperlukan oleh organisma hidup, agak mudah. Sumber utama fosforus ialah batuan igneus (apatit) dan sedimen (fosforit). Fosforus bukan organik terlibat dalam kitaran hasil daripada proses larut lesap semula jadi. Fosforus diasimilasikan oleh organisma hidup, yang, dengan penyertaannya, mensintesis beberapa sebatian organik dan memindahkannya ke tahap trofik yang berbeza. Setelah menamatkan perjalanan mereka melalui rantaian trofik, fosfat organik diuraikan oleh mikrob dan bertukar menjadi ortofosfat mineral yang tersedia untuk tumbuhan hijau. Fosfat memasuki badan air akibat daripada larian sungai, yang menyumbang kepada pembangunan fitoplankton dan organisma hidup yang terletak pada tahap yang berbeza dalam rantaian trofik air tawar atau badan air marin. Pengembalian mineral fosfat kepada air juga dilakukan sebagai hasil daripada aktiviti mikroorganisma. Walau bagaimanapun, perlu diingatkan bahawa fosfat yang didepositkan pada kedalaman yang besar dikecualikan daripada kitaran, yang mesti diambil kira semasa menyusun baki kitaran biogeokimia ini. Oleh itu, hanya terdapat sebahagian pulangan fosforus yang telah jatuh ke lautan kembali ke darat. Proses ini berlaku akibat daripada kehidupan burung yang memakan ikan.

Sebahagian daripada fosforus datang ke benua itu akibat penangkapan ikan manusia. Walau bagaimanapun, jumlah fosforus setiap tahun yang dibekalkan dengan produk ikan adalah jauh lebih rendah daripada penyingkirannya ke hidrosfera, yang mencapai berjuta-juta tan setahun. Di samping itu, dengan menggunakan baja fosfat ke ladang, seseorang dengan ketara mempercepatkan proses penyingkiran fosforus ke dalam saluran air dan lautan. Pada masa yang sama, kerosakan alam sekitar disebabkan oleh badan air, kerana proses semula jadi aktiviti penting organisma yang hidup di dalam air terganggu.

Oleh kerana rizab fosforus sangat terhad, penggunaannya yang tidak terkawal boleh membawa kepada beberapa akibat negatif. Ia merupakan faktor pengehad utama bagi organisma autotrof kedua-dua persekitaran akuatik dan daratan, pengawal selia utama beberapa kitaran biogeokimia yang lain. Contohnya, kandungan nitrat dalam air atau oksigen dalam atmosfera sebahagian besarnya bergantung kepada keamatan kitaran fosforus. dalam biosfera.

6. sistem ekologi semula jadi

Struktur dan dinamik populasi. Kajian tentang struktur dan dinamik populasi adalah amat penting secara praktikal.

Tidak mengetahui corak kehidupan penduduk. Adalah mustahil untuk memastikan pembangunan langkah-langkah alam sekitar, kejuruteraan dan organisasi berasaskan saintifik untuk penggunaan rasional dan perlindungan sumber asli.

Pendekatan populasi untuk mengkaji aktiviti penting organisma adalah berdasarkan keupayaan mereka untuk mengawal kelimpahan dan ketumpatan mereka di bawah pengaruh pelbagai faktor persekitaran abiotik dan biotik.

Parameter utama populasi adalah kelimpahan dan kepadatannya. Saiz populasi ialah jumlah bilangan individu di kawasan tertentu atau dalam jumlah tertentu. Ia tidak pernah tetap dan, sebagai peraturan, bergantung pada nisbah keamatan pembiakan dan kematian.

Kepadatan penduduk ditentukan oleh bilangan individu atau biojisim setiap unit luas atau isipadu. Sebagai contoh, 106 pokok birch setiap 1 ha. atau 1.5 hinggap setiap 1 m3 air mencirikan kepadatan populasi spesies ini. Dengan peningkatan dalam kelimpahan, ketumpatan He meningkat hanya jika populasi boleh tersebar di kawasan yang lebih besar atau dalam jumlah yang lebih besar.

Saiz kawasan taburan, bilangan dan kepadatan populasi tidak tetap dan boleh berubah dalam had yang ketara. Selalunya perubahan ini dikaitkan dengan aktiviti manusia. Tetapi sebab utama untuk dinamik sedemikian adalah perubahan dalam keadaan kewujudan, ketersediaan makanan (iaitu sumber tenaga) dan sebab-sebab lain.

Telah ditetapkan bahawa bilangan populasi boleh berubah-ubah tanpa had. Mengekalkan populasi dalam had tertentu dipastikan oleh keupayaannya untuk mengawal kendiri. Mana-mana populasi sentiasa mempunyai had ketumpatan yang lebih rendah DAN atas, yang melebihinya ia tidak boleh pergi (Rajah 3.5). Dengan kombinasi faktor yang menggalakkan, kepadatan penduduk dikekalkan pada tahap optimum, sedikit menyimpang daripadanya. Turun naik ketumpatan sedemikian biasanya betul, bersifat tetap dan jelas mencerminkan tindak balas Penduduk terhadap perubahan tertentu dalam keadaan persekitaran. Secara semula jadi, turun naik bermusim dalam kemalasan boleh berlaku, terutamanya pada haiwan kecil (tikus seperti tikus. Serangga, beberapa burung). Oleh itu, bilangan tikus seperti tikus dalam satu musim kadangkala meningkat sebanyak 300-100 kali ganda, dan beberapa serangga sebanyak 1300-1500 kali ganda.

Penurunan ketumpatan di bawah tahap optimum menyebabkan kemerosotan sifat perlindungan penduduk, penurunan kesuburannya dan beberapa fenomena negatif lain. Populasi dengan bilangan individu minimum tidak boleh wujud untuk jangka masa yang lama. Terdapat kes kepupusan haiwan yang diketahui dengan bilangan yang rendah walaupun dalam rizab dengan keadaan hidup yang sangat baik. Meningkatkan kepadatan melebihi tahap optimum juga memberi kesan buruk kepada penduduk, kerana ini memusnahkan bekalan makanan dan mengurangkan ruang hidup.

Populasi mengawal bilangan mereka dan menyesuaikan diri dengan perubahan keadaan persekitaran dengan mengemas kini individu. Individu muncul dalam populasi melalui kelahiran dan imigrasi, dan hilang akibat kematian dan penghijrahan. Dengan intensiti kelahiran dan kematian yang seimbang, populasi yang stabil terbentuk. Dalam populasi sedemikian, kematian diimbangi oleh pertumbuhan, i.e. saiz populasi kepada julatnya dikekalkan pada tahap tertentu.

Walau bagaimanapun, keseimbangan penduduk tidak wujud di alam semula jadi. Setiap populasi dikurniakan kedua-dua sifat statik dan dinamik, jadi ketumpatan mereka sentiasa berubah-ubah. Tetapi dalam keadaan luaran yang stabil, turun naik ini berlaku di sekitar beberapa nilai purata. Akibatnya, populasi tidak berkurangan atau bertambah, tidak berkembang atau mengecilkan julatnya.

Kawal selia kendiri kepadatan penduduk dijalankan oleh dua kuasa pengimbang yang bertindak dalam Alam Semulajadi. Ini, di satu pihak, adalah keupayaan organisma untuk membiak, sebaliknya, proses yang bergantung kepada kepadatan populasi dan mengehadkan pembiakan. Autoregulasi kepadatan penduduk adalah penyesuaian yang diperlukan untuk mengekalkan kehidupan dalam keadaan yang sentiasa berubah.

Populasi ialah unit terkecil yang berkembang. Ia tidak wujud secara berasingan, tetapi berkaitan dengan populasi spesies lain. Oleh itu, mekanisme peraturan automatik bukan populasi, lebih tepat lagi, mekanisme antara populasi, juga meluas secara semula jadi pada masa yang sama. Pada masa yang sama, populasi adalah objek terkawal, dan sistem semula jadi, yang terdiri daripada banyak populasi spesies yang berbeza, bertindak sebagai pengawal selia. Sistem ini secara keseluruhan dan populasi spesies lain yang termasuk di dalamnya mempengaruhi populasi tertentu ini, dan masing-masing secara berasingan, untuk bahagiannya, mempengaruhi keseluruhan sistem yang menjadi sebahagiannya.

Fungsi dan struktur biogeocenosis. Dalam biocenosis antara pelbagai jenis organisma hidup mempunyai hubungan tertentu. Bentuk utama hubungan ini ialah hubungan pemakanan, berdasarkan rantaian kompleks dan kitaran pemakanan dan hubungan spatial terbentuk. Melalui hubungan makanan dan ruang (trofik dan topikal) pelbagai kompleks biotik dibina yang menyatukan spesies organisma hidup menjadi satu keseluruhan, i.e. ke dalam makrosistem biologi - biogeocenosis.

Biogeocenosis semula jadi biasanya mewakili komuniti berbilang spesies. Dan semakin pelbagai dalam komposisi spesies biocenosis, semakin banyak peluang yang ada untuk pembangunan sumber bahan dan tenaga yang lebih lengkap dan menjimatkan.

Semua pautan dalam rantai makanan saling berkaitan dan bergantung antara satu sama lain. Di antara mereka, dari pautan pertama hingga terakhir, pemindahan jirim dan tenaga dijalankan (Rajah 3.6, a). Apabila tenaga dipindahkan dari satu tahap trofik ke tahap yang lain, tenaga hilang. Akibatnya, rantaian bekalan tidak boleh panjang. Selalunya, ia terdiri daripada 4-6 pautan di darat dan 5-8 di lautan. Dalam mana-mana rantai makanan, tidak semua makanan digunakan untuk pertumbuhan seseorang individu, i.e. untuk pengumpulan biojisim. Sebahagian daripadanya dibelanjakan untuk memenuhi kos tenaga badan: untuk pernafasan, pergerakan, pembiakan, mengekalkan suhu badan, dll. Pada masa yang sama, biojisim satu pautan tidak dapat diproses sepenuhnya oleh pautan seterusnya. Dalam setiap pautan seterusnya dalam rantai makanan, terdapat penurunan dalam biojisim berbanding dengan yang sebelumnya. Ini terpakai bukan sahaja untuk biojisim, tetapi juga kepada bilangan individu dan aliran tenaga.

Fenomena ini telah dikaji oleh C. Elton dan dipanggil piramid nombor, atau piramid Elton (Rajah 3.6.6). Asas piramid dibentuk oleh tumbuhan - pengeluar, Phytophages terletak di atasnya. Pautan seterusnya diwakili oleh pengguna pesanan kedua. Dan seterusnya ke bahagian atas piramid, yang terdiri daripada pemangsa terbesar. Bilangan tingkat piramid biasanya sepadan dengan bilangan pautan dalam rantai makanan.

Piramid ekologi menyatakan struktur trofik sistem ekologi dalam bentuk geometri. Mereka boleh dibina daripada segi empat tepat yang berasingan dengan ketinggian yang sama, yang panjangnya pada skala tertentu mencerminkan nilai Parameter yang diukur. Dengan cara ini, piramid nombor, biojisim dan tenaga boleh dibina.

Sumber tenaga untuk kitaran biologi bahan adalah sinaran suria yang terkumpul oleh tumbuhan hijau - autotrof. Daripada semua sinaran suria yang sampai ke Bumi, hanya kira-kira 0.1-0.2% tenaga yang ditangkap oleh tumbuhan hijau dan menyediakan keseluruhan kitaran biologi bahan dalam biosfera. Pada masa yang sama, lebih separuh daripada tenaga yang berkaitan dengan fotosintesis dimakan oleh tumbuhan itu sendiri, manakala selebihnya terkumpul di dalam badan tumbuhan dan seterusnya berfungsi sebagai sumber tenaga untuk pelbagai jenis organisma tahap trofik berikutnya.

Fungsi bahan hidup dalam biosfera adalah pelbagai, tetapi semuanya mempunyai tujuan yang sama - pergerakan unsur kimia. Mengapa pergerakan ini perlu, dan bagaimana ia berlaku 3.5 bilion tahun yang lalu, iaitu, sebelum kehidupan muncul di Bumi? Sejak penubuhannya, peranan bahan hidup dalam biosfera telah menjadi kunci. Walaupun jisimnya tidak ketara, kira-kira 10 -6 jisim cengkerang lain di Bumi, ia adalah pembawa tenaga yang disebabkan oleh pergerakan ini.

Konsep "bahan hidup biosfera" merangkumi semua organisma hidup di planet ini. Tidak kira kelas, spesies, genus, dan sebagainya mereka tergolong. Ini bukan sahaja bahan organik, tetapi juga bukan organik, serta mineral. Ia "hidup" di semua lapisan biosfera - dalam litosfera, hidrosfera dan atmosfera. Sekiranya keadaan kewujudan tidak sesuai, ia sama ada jatuh ke dalam keadaan animasi yang digantung, iaitu, ia melambatkan semua prosesnya sehinggakan manifestasi kehidupan yang kelihatan hampir tidak hadir, atau ia mati.

Ciri dan peranan yang tersendiri

Bagaimana untuk membezakan bahan hidup biosfera daripada bukan hidup?

Kelima, ia wujud dalam semua keadaan fasa. Keenam, ia adalah organisma individu dan, dengan perubahan generasi, dicirikan oleh kesinambungan atau keturunan.

Bahan hidup biosfera memastikan penghijrahan unsur-unsur kimia dari satu organisma ke yang lain, dan antara organisma dan alam sekitar. Pergerakan berlaku apabila organisma hidup mencerna makanan, berkembang dan membesar, dan juga bergerak dalam proses kehidupan. Pergerakan pertama unsur tersebut dipanggil kimia atau biokimia, dan yang kedua - mekanikal. Selain itu, aktiviti organisma hidup berusaha untuk memastikan penghijrahan ini berjalan secepat mungkin, dan tenaga yang diterima daripada Matahari digunakan dengan paling cekap. Untuk melakukan ini, mereka sentiasa dan berterusan menyesuaikan diri, menyesuaikan diri dan berkembang.

Fungsi

Peranan organisma hidup dalam biosfera adalah untuk melaksanakan beberapa fungsi. Yang utama ialah: tenaga, pemusnah, penumpuan dan pembentukan persekitaran.

Fungsi tenaga. Ia dikaitkan dengan keupayaan organisma klorofil hijau untuk fotosintesis. Dengan bantuan tenaga suria yang mereka terima, mereka mengubah sebatian paling mudah seperti air, karbon dioksida dan mineral menjadi bahan organik yang kompleks, yang seterusnya, diperlukan untuk kewujudan makhluk hidup lain. Tumbuhan mempunyai keupayaan ini. Untuk proses fotosintesis, mereka menggunakan hanya 1% daripada tenaga suria yang jatuh di Bumi. Mereka setiap tahun menghasilkan kira-kira 145 bilion tan oksigen, yang mana mereka menggunakan kira-kira 200 bilion tan karbon dioksida. Dalam kes ini, lebih daripada 100 bilion tan bahan organik dihasilkan. Beginilah cara tumbuhan mengisi semula atmosfera dengan oksigen bebas. Jika tumbuhan tidak melakukan ini secara kekal, maka oksigen, sebagai unsur kimia aktif, akan memasuki tindak balas dan membentuk pelbagai sebatian, dan akibatnya, ia akan hilang sepenuhnya dari atmosfera Bumi. Dan dengan itu, kehidupan akan berhenti wujud. Sebagai tambahan kepada tumbuhan, bahan organik dalam jumlah yang sangat kecil - tidak lebih daripada 0.5% daripada jumlah keseluruhan, dihasilkan oleh beberapa bakteria. Proses ini dipanggil kemosintesis. Ia tidak melibatkan tenaga suria, tetapi tenaga yang dikeluarkan semasa tindak balas pengoksidaan sebatian sulfur dan nitrogen.

Sebatian organik yang disintesis dengan cara ini - protein, gula, dan sebagainya - bersama-sama dengan tenaga yang terkandung di dalamnya, adalah makanan dan diedarkan di sepanjang rantai trofik. Di samping itu, tenaga yang disintesis oleh tumbuhan dilesapkan sebagai haba atau terkumpul dalam bahan organik mati, bertukar menjadi keadaan fosil. Dan dalam ini fungsi seterusnya adalah merosakkan.

Peranan organisma hidup dalam biosfera ini juga dipanggil mineralisasi bahan organik. Hasil daripada penguraian, bahan organik mati ditukar kepada sebatian tak organik mudah. Proses ini melibatkan organisma hidup yang melakukan fungsi yang merosakkan atau memusnahkan. Dalam rantaian trofik, mereka dipanggil "penurun". Ini adalah kulat, bakteria, cacing dan mikroorganisma. Hasil penguraian ialah: karbon dioksida, air, hidrogen sulfida, metana, ammonia dan sebagainya. Yang, seterusnya, adalah "makanan" untuk tumbuhan. Dan proses itu bermula semula.

Peranan penting dimainkan oleh proses penguraian yang berlaku di litosfera. Terima kasih kepadanya, unsur-unsur seperti silikon, aluminium, magnesium dan besi dibebaskan daripada batu.

Peredam, dengan bantuan asid yang ada di pelupusannya, "mengekstrak" dan "menghantar" unsur kimia penting seperti kalsium, kalium, natrium, fosforus, silikon dan pelbagai unsur surih ke dalam peredaran biotik. Terima kasih kepada pemusnah, tanah memperoleh kesuburannya.

Satu lagi fungsi organisma hidup ialah penumpuan. Ia merujuk kepada proses di mana sesetengah spesies mereka mengekstrak dan kemudian mengumpul unsur kimia tertentu dalam diri mereka sendiri. Dalam kes ini, kepekatan unsur-unsur seperti karbon, hidrogen, nitrogen, natrium, magnesium, silikon, sulfur, klorin, kalium, kalsium dan oksigen boleh menjadi ratusan dan ribuan kali lebih tinggi daripada persekitaran. Sebagai contoh, mangan sebanyak 1,200,000 kali, perak sebanyak 240,000, dan besi sebanyak 65,000. Kerang, cengkerang dan rangka boleh menjadi contoh yang menarik bagi pengumpulan sedemikian. Dengan unsur "sesuai" untuk pengumpulan, sesetengah spesies mengumpul bahan beracun, beracun dan radioaktif dalam diri mereka sendiri. Dan memasukkan mereka ke dalam rantaian makanan jelas tidak positif.

Lawan fungsi kepekatan ialah fungsi serakan. Ia menunjukkan dirinya dengan pelbagai rembesan, pergerakan, dan sebagainya. Sebagai contoh, terdapat penyebaran besi dari darah, dengan gigitan pelbagai serangga atau penghisap darah.

Biosfera bukan sahaja interaksi antara organisma hidup dan pertukaran tenaga antara mereka. Peranan penting organisma hidup dalam biosfera ialah transformasinya. Organisma hidup mengubah parameter fizikokimia persekitaran mereka, dan fungsi ini dipanggil "pembentuk persekitaran". Ia adalah, hasil daripada semua fungsi yang dipertimbangkan sebelum ini dalam agregat. Pengekstrakan unsur kimia, pengumpulannya, dan kemudian, dengan bantuan tenaga yang diterima, "penghantaran" dalam perjalanan melalui kitaran biologi, membawa kepada perubahan ketara dalam persekitaran semula jadi. Selama berbilion tahun, komposisi gas atmosfera telah berubah, komposisi kimia air telah berubah, batuan sedimen dan sedimen bawah telah muncul, dan penutup tanah yang subur telah timbul. Dan kita sedang menghadapi pengaruh ini.

Dengan mengubah persekitaran luaran, organisma mencipta keseimbangan tenaga dan "nutrien" yang optimum untuk kewujudan mereka dan keseluruhan biosfera secara keseluruhan. Keseimbangan ini, hasil daripada pelbagai pengaruh dalaman dan luaran, sentiasa berada di bawah ancaman kemusnahan. Dan bahan itu, kerana kualiti yang disenaraikan, menentang pengaruh sedemikian, memulihkan yang rosak dan membawa sistem ke keadaan yang stabil.

Pertimbangan fungsi organisma hidup dalam biosfera melibatkan dua peringkat perubahan bahan organik kepada bukan organik dan sebaliknya. Pada peringkat ini, tumbuhan memainkan peranan mereka sebagai pengeluar, dan bakteria, kulat dan mikroorganisma sebagai pengurai. Apakah peranan pengguna atau pengguna yang jenis utamanya adalah haiwan?

Haiwan

Yang paling tepu, dari segi bilangan peralihan dari satu organisma ke yang lain, adalah peringkat antara bagaimana tumbuhan menghasilkan oksigen dan berakhir apabila organisma mati itu terkena "meja" pemusnah.

Tahap seterusnya menggunakan tidak lebih daripada 1% daripada tenaga yang sebelumnya. Dengan kematian phytophages dan zoophages, badan mereka jatuh ke tangan saprophages dan bakteria. Saprophages adalah pemusnah, pengurai atau penggali kubur yang sama. Di atas "meja" bahan organik mereka melengkapkan perjalanannya. Bulatan ditutup. Semasa kitaran ini, jumlah jirim atau unsur kimia kekal sama. Seperti berjuta-juta tahun dahulu. Hanya tenaga yang terbuang. Adalah dipercayai bahawa peranan haiwan dalam biosfera adalah bahawa mereka menyumbang kepada pergerakan bahan kimia, mengambil bahagian dalam pengedaran mereka dan dalam pertukaran tenaga. Tetapi peranan mereka nampaknya agak luas. Sebagai sistem penyusunan diri yang hidup, biosfera berusaha untuk mengimbangi dan mengekalkan keseimbangan dalamannya. Jisim bahan hidupnya mesti dikekalkan dalam jumlah tertentu, dan fungsi ini dilakukan oleh haiwan. Contohnya ialah biosistem di mana dunia haiwan telah hilang atau berada di ambangnya. Akibatnya, jumlah jirim jatuh, yang tidak dapat dielakkan membawa kepada kemusnahan keseimbangan dan kematian sistem.