Энергия в экосистеме

   лоМинистерство образования и науки Российской Федерации

   ГОУ ВПО Тамбовский Государственный  Технический Университет 
 

                                    Кафедра: «Природопользования  и  окружающей среды» 
 
 

   Реферат на тему

   «Энергия  в экосистеме» 
 
 
 

                                  Выполнила: студентка группы

                                  ССТ-31  Илясова О.И.

Преподаватель:  Володина Г.Б.   

     
 
 
 
 
 
 

Тамбов 2011 

Содержание

1. Актуальность темы………………………………………………………………..3
2. Понятие экосистемы и энергии…………………………………………………..4
3. Поступление энергии в экосистему………………………………………………5
4. Цепи питания ……………………………………………………………………...6
5. Схема пищевой цепи………………………………………………………………8
6. Поток энергии в экосистеме………………………………………………………9
7. Круговорот веществ в экосистеме……………………………………………….13
8. Заключение………………………………………………………………………..20
9. Информационные ресурсы……………………………………………………….21

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Актуальность  темы 

Экологическая система - единый природный или природно-антропогенный  комплекс, образованный живыми организмами  и средой их обитания, в котором  живые и косные экологические  компоненты соединены между собой  причинно-следственными связями, обменом  веществ и распределением потока энергии .

Поддержание жизнедеятельности  организмов и круговорот вещества в  экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии . В конечном счете вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи органических соединений.

Поэтому актуальность выбранной темы заключается в том, что

необходимо знать  и изучать энергию в экосистемах  для того что бы существовать в  этой системе, что бы человек мог  нанести как можно меньший  вред природе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Понятия  экосистемы и энергии 

 Экосистема— биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Понятие экосистемы было введено в науку английским ученым А. Тенсли в 1935 году. Экосистема включает в себя все живые организмы, совместно функционирующие на какой-либо конкретной територии, а также из компонентов неживой природы, определяющих характер местноти, в которой расположена экосистема. Организменная часть экосистемы взаимодействует с ее неживыми сотавляющими, в результате чего под воздействием энергии, притекающей извне, происходит круговорот веществ между живой и неживой частями экосистемы и складывается ее внутренняя структура. Экосистема — основная функциональная и структурная единица живой природы, носитель ее элементарных свойств. Экосистемы различаются между собой по своим размерам, самой крупной экосистемой является биосфера.

 В любой  экосистеме седует выделить несколько составляющих ее компонентов. Первый из них — неорганические вещества (углерод, кислород, азот, углекислый газ, вода и т.д.). Затем следуют органические соединения (белки, липиды (жиры), углеводы и др.), являющиеся связующим звеном между живой (биотической) и неживой (абиотической) частями экосистемы. К важным ее элементам относятся и физические факторы абиотической среды (температура, влажность, давление и др.). Биотическая часть экосистемы состоит из живых организмов, подразделяющихся на три основные категории:

 1) Продуценты  — организмы, поддерживающие  свою жизнедеятельность, путем  производства из неорганических  веществ органические при помощи  химической реакции фотосинтеза,  для осуществления которой необходим  приток световой энергии.

 2) Консументы — живые существа, поедающие другие оранизмы или частицы органичекого вещества и, таким образом, обеспечивающие себя необходимой энергией.

 3) Редуценты — организмы, питающиеся останками растений и животных (т.е. органическим веществом) и разлагающие их до простых минеральных веществ, которые могут легко усваиваться продуцентами.

 Первые  три вышеназванных компонента представляют собой абиотическую составляющую экосистемы, последние же три являютя ее организменной частью. Причем продуценты называют автотрофами, так как они самостоятельно вырабатывают органическое вещесвто, а консументы и редуценты относятся к гетеротрофам, то есть к организмам, потребляющим готовое органическое вещество. Продуценты, консументы и редуценты образуют собой так называемую биомассу. Совокупность всех шести данных элементов складывают собой структуру экосистемы.

 Одно  из определений энергии характеризует  ее, как общую количественную меру движения и взаимодействия всех видов  материи, благодаря чему все явления  природы связаны воедино. Изменение  энергии какой — либо системы происходит при совершении работы. Иными словами, энергия — это способность совершать работу. Свойства энергии описываются первым и вторым законами термодинамики.

 Первый  закон термодинамики сводится к  следующему утверждению: энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново. Данный закон называют также законом сохранения энергии. Этому закону подчиняются все известные процессы в природе.

 Второй  закон термодинамики гласит: поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой энергии, эффективность самопроизвольного превращения кинетической энергии в потенциальныю всегда меньше 100%. Количественная мера энергии, которая становится недоступной для использования, называется энтропией. Способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, то есть состояние с низкой энтропией — важнейшая характеристика экосистемы. Подводя итог вышесказанному, необходимо отметить, что экосистемы представляют собой открытые  неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с внешней средой веществом и энергией. При этом, они уменьшают энтропию внутри себя, но увеличивают ее снаружи, в соответствии с законами термодинамики. Следовательно, энергетика экосистемы — это непрерывный процесс, в ходе которого энергия поступает в экосистему извне, подвергается преобразованию в ней и выделяется из нее.  

 Поступление энергии в экосистему, понятие биологической продуктивности 

 Энергия поступает в экосистему в основном за счет солнечного излучения и длинноволнового  теплового излучения от близлежащих  тел. Солнечный свет падает на землю  из космоса с энергией 1,98 ккал/см²в минуту. Но до земли доходит максимум 67% от данной энергии. Поступление солнечной энергии к экосистеме составляет в среднем 300-400 ккал/ см² в день. Но в процессе фотосинтеза, обеспечивающем энергией живые компоненты экосистемы, усваивается лишь 1% всей поступившей к экосистеме энергии. Остальная часть энергии уходит на поддержание определенной температуры окружающей среды, приводит в действие системы погоды, круговорота воды и т.д.

 Солнечная энергия, поступившая к экосистеме, усваивается категорией живых организмов, известных нам под называнием продуценты. Скорость, с которой продуценты поглощают лучистую энергию солнечного излучения, а, значит, и скорость, с которой в экосистеме происходит накопление органического вещества, определяют, как биологическую продуктивность. Первичную продуктивность P выражают в единицах массы, энергии или эквивалентных единицах в промежуток времени.

 В процессе производства органического вещества в экосистеме выделяют  четыре последовательных уровня:

 1) Валовая  первичная продуктивность — скорость  накопления в процессе фотосинтеза  органического вещества (или биомассы), с учетом той его части, которая за время измерений была израсходована на дыхание (то есть на поддержание жизнедеятельности биомассы)

 2) Чистая  первичная продуктивность — скорость  накопления органического вещества  в организмах продуцентов, за  вычетом той его части, которая  была израсходована ими на  дыхание.

 3) Вторичная  продуктивность сообщества —  скорость накопления органического  вещества на уровне консументов, которые, как известно, питаются готовой биомассой.

 4) Чистая  продуктивность сообщества —  скорость накопления органического  вещества, не потребленного гетеротрофами.  Эта величина равна разности  между чистой первичной продуктивностью сообщества и количеством вещества, не потребленного гетеротрофами. Чистая продуктивность сообщества в определенный момент времени  выражается наличной биомассой. Другое название чистой продуктивности сообщества — урожай на корню.

 Продуктивность  экосистемы зависти от ряда факторов. Высокие скорости продуцирования наблюдаются  в экосистемах, где физические факторы  благоприятны, особенно в случая поступления  экосистеме дополнительной энергии  извне. Поступление энергии со стороны  абиотических компонентов экосистемы уменьшают затраты живых организмов на поддержание собственной жизнедеятельности. Для оценки продуктивности экосистемы необходимо также учитывать утечку энергии с урожаем продукции, а также стрессовые воздействия, уменьшающих долю энергии, задействованной в процессе производства биомассы.

 Также необходимо рассмотреть баланс между  валовой первичной продукцией и  дыханием сообщества. Здесь нужно  сделать допущение о том, что  вся чистая первичная продукция  потребляется консументами первого порядка(т.е. консументами, питающихся биомассой продуцентов). Делая аналогичные допущения для последующих уровней питания (так называемых трофических уровней), следует записать следующую систему уравнений: 

 Pпр = Pк1 + Rпр

 Pк1 = Pк2 + Rк1

 Pк2 = Pк3 + Rк2

 …………

 Pпр = Rпр + Rк1 + Rк2 +…+ Rкn 

 Суммирование  равенств показывает, что вся валовая  первичная продукция  полностью  расходуется на дыхание сообщества без остатка, то есть все произведенное  в экосистеме органическое вещество было полностью потреблено. Данное равенство между производством  биомассы и ее потреблением представляет собой иллюстрацию стабильного  функционирования любой экосистемы. Примером подобной стабильности может  служить экосистема тропического леса, где вся произведенная продуцентами биомасса полностью потребляется гетеротрофными организмами. Но, обычно, производство биомассы преобладает над ее потреблением, в результате чего происходит накопление непотребленного органического вещества (например, в форме каменного угля).

 Цепи  питания

Питание — основной способ движения веществ и энергии. Живые организмы в экосистеме, мертвые их остатки и их отбросы являются пищей для других организмов. Питательные вещества таким образом переходят из одного организма в другой, образуя непрерывные пищевые цепи.

 Таким образом, перенос энергии в экосистеме осуществляется посредством пищевых цепей. В свою очередь, пищевая цепь — это перенос энергии от ее первоначального источника (обычно им являются автотрофы) через ряд организмов, путем поедания одних другими.  
      Пищевые цепи подразделяются на два вида:

 1) Пастбищная  пищевая цепь. Она начинается  с растений и тянется дальше  к растительноядным животным (фитофагам), а затем и к хищникам. В подобной цепи при каждом переходе к следующему звену теряется до 80-90% потенциальной энергии пищи, так как она переходит в тепло. Пастбищные пищевые цепи делятся на пищевые цепи хищников и пищевые цепи паразитов. При продвижении по пищевой цепи хищников, размер каждого последующего его члена больше, чем размер предыдущего, но численность каждых следующих участников пищевой цепи меньше численности ее предыдущих представителей. Примером пищевой цепи хищников может служить следующая последовательность: