Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Биологическая экология. Теория и практика

Биотический (биологический) круговорот.

Под биотическим (биологическим) круговоротом понимается циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами (рис. 15.17).

— Биотический (биологический) круговорот веществ в экосистеме (по А. И. Воронцову

Рисунок 15.17 — Биотический (биологический) круговорот веществ в экосистеме (по А. И. Воронцову,

Н. 3. Харитоновой, 1979)

Сейчас же мы представим биотический круговорот в циклической форме (рис. 15.19). Первичный биотический круговорот (по Т. А. Акимовой, В.В. Хаскину) состоял из примитивных одноклеточных продуцентов (П) и редуцентов-деструкторов (Д). Микроорганизмы способны быстро размножаться и приспосабливать-

— Схема взаимоотношений компонентов

Рисунок 15.18 — Схема взаимоотношений компонентов

в экосистеме

— Структурные циклы биотического круговорота (по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994)

Рисунок 15.19 — Структурные циклы биотического круговорота (по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину, 1994)

Пояснения. Внутреннее малое кольцопервичный биотический круговорот с участием примитивных продуцентов (П) и редуцентов-деструкторов (Д); Ррастения; Тпервичные консументы (растительноядные животные); X, и Х2вторичные и третичные консументы (хищники). Все циклы замыкаются редуцентами

ся к разным условиям, например, использовать в своем питании всевозможные субстраты — источники углерода. Высшие организмы такими способностями не обладают. В целостных экосистемах они могут существовать в виде надстройки на фундаменте микроорганизмов.

Вначале развиваются многоклеточные растения (Р) — высшие продуценты. Вместе с одноклеточными они создают в процессе фотосинтеза органическое вещество, используя энергию солнечного излучения. В дальнейшем подключаются первичные консументы — растительноядные животные (Т), а затем и плотоядные консументы. Нами был рассмотрен биотический круговорот суши. Это в полной мере относится и к биотическому круговороту водных экосистем, например, океана (рис. 15.20).

— Экологическая система океана (по Ж. М. Пересу, 1969)

Рисунок 15.20 — Экологическая система океана (по Ж. М. Пересу, 1969)

Все организмы занимают определенное место в биотическом круговороте и выполняют свои функции по трансформации достающихся им ветвей потока энергии и по передаче биомассы. Всех объединяет, обезличивает их вещества и замыкает общий круг система одноклеточных редуцентов (деструкторов). В абиотическую среду биосферы они возвращают все элементы, необходимые для новых и новых оборотов.

Следует подчеркнуть наиболее важные особенности биотического круговорота.

Фотосинтез относится к мощному естественному процессу, вовлекающему ежегодно в круговорот огромные массы вещества биосферы и определяющему ее высокий кислородный потенциал. Он выступает регулятором основных геохимических процессов в биосфере и фактором, определяющим наличие свободной энергии верхних оболочек земного шара. Фотосинтез представляет собой химическую реакцию, которая протекает, как известно, за счет солнечной энергии при участии хлорофилла зеленых растений (рис. 15.21). — Превращение энергии Солнца в энергию пищи (сахара) путем фотосинтеза (по Ю. Одуму, 1986)

Рисунок 15.21 — Превращение энергии Солнца в энергию пищи (сахара) путем фотосинтеза (по Ю. Одуму, 1986)

Примечание: А=Б+В (первый закон); В всегда меньше А, так как при трансформации энергии часть ее рассеивается (второй закон).

К.А. Тимирязев

За счет углекислоты и воды синтезируется органическое вещество и выделяется свободный кислород. Прямыми продуктами фотосинтеза являются различные органические соединения, а в целом процесс фотосинтеза носит довольно сложный характер.

Глюкоза является простейшим продуктом фотосинтеза, образование которой совершается следующим путем:

К. А. Тимирязев еше в 1878 году в книге «Жизнь растений» говорил о значении и сущности фотосинтеза, что когда-то, где-то на Землю упал луч Солнца, но упал он не на бесплодную почву, а на зеленую былинку пшеничного ростка, а точнее — на хлорофилловое зерно, и в той или иной форме вошел в состав хлеба, послужившего нам пищей. Он преобразовался в наши мускулы, наши нервы. Этот луч согревает нас, приводит нас в движение. Быть может, в эту минуту он играет в нашем мозгу.

Помимо фотосинтеза с участием кислорода, так называемый кислородный фотосинтез, следует остановиться и на бескислородном фотосинтезе, или хемосинтезе (рис. 15.22).

— Схема фотосинтеза у растений, водорослей и бактерий

Рисунок 15.22 — Схема фотосинтеза у растений, водорослей и бактерий

К хемосинтезирующим организмам относятся нитрификато- ры, карбоксидобактерии, серобактерии, тионовые железобактерии, водородные бактерии. Они называются так по субстратам окисления, которыми могут быть NH3, N02, СО, H2S, S, Fe2+, H2. Некоторые виды — облигатные хемолитоавтотрофы, другие — факультативные. К последним относятся карбоксидобактерии и водородные бактерии. Хемосинтез характерен для глубоководных гидротермальных источников.

Фотосинтез происходит за немногим исключением на всей поверхности Земли, создает огромный геохимический эффект и может быть выражен как количество всей массы углерода, вовлекаемой ежегодно в построение органического — живого вещества всей биосферы. В общий круговорот материи, связанной с построением путем фотосинтеза органического вещества, вовлекаются и такие химические элементы, как N, Р, S, а также металлы — К, Са, Mg, Na, Al.

У растений процессом противоположным фотосинтезу является дыхание. Молекулы глюкозы окисляются кислородом воздуха до углекислого газа и воды с выделением заключенной в углеводах энергии. Эта энергия идет на осуществление и поддержку всех жизненных процессов: поглощение и испарение воды и минеральных солей, рост и развитие растений. В освобождении энергии и направлении ее на нужды растений, и заключается главный смысл дыхания, происходящего во всех живых клетках растений.

Можно утверждать, что дыхание поддерживает саму жизнь на Земле. Процесс дыхания состоит в образовании аденозинтри- фосфорной кислоты или сокращенно АТФ - органического вещества, в состав которого входят азотистое основание аденин, пятиуглеродистый сахар рибоза (вместе они составляют аденозин), и три остатка фосфорной кислоты, которые соединены между собой фосфатной связью. При распаде и освобождается энергия, необходимая для всего живого на Земле.

При гибели организма происходит разложение органического вещества путем окисления, гниения и т. д. с образованием конечных продуктов разложения. Следовательно, общую реакцию фотосинтеза можно выразить в глобальном масштабе следующим образом:

В биосфере Земли этот процесс приводит к тому, что количество биомассы живого вещества приобретает тенденцию к определенному постоянству (рис. 15.23). Биомасса экосферы (2 • 1012 т) на семь порядков меньше массы земной коры (2 -1019т). Растения Земли ежегодно продуцируют органическое вещество, равное 1,6 -1011 т, или 8% биомассы экосферы. Деструкторы, составляющие менее 1% от суммарной биомассы организмов планеты, перерабатывают массу органического вещества, в 10 раз превос-

— Фотосинтез и круговорот органических веществ, млрд, т (по Ничипорович, 1967)

Рисунок 15.23 — Фотосинтез и круговорот органических веществ, млрд, т (по Ничипорович, 1967)

Примечание: Iмасса углерода в составе углекислоты в атмосфере и гидросфере; IIколичество С02, выделяемое в атмосферу в разных процессах жизнедеятельности; IIIколичество органических веществ, окисляемых в разных процессах; IVгруппы организмов и биомасса организмов каждой группыУмасса пищи и субстратов, потребляемых организмами каждой группы; VIмасса углерода в компонентах литосферы

ходящую их собственную биомассу. В среднем период обновления биомассы равен 12,5 годам. Допустим, что масса живого вещества и продуктивность биосферы были такими же от кембрия до современности (530 млн. лет), то суммарное количество органического вещества, которое прошло через глобальный биотический круговорот и было использовано жизнью на планете, составит 2-10|2-5,3-10712,5=8,5-1019т, что в 4 раза больше массы земной коры. По поводу данных расчетов Н. С. Печуркин (1988) писал: «Мы можем утверждать, что атомы, составляющие наши тела, побывали в древних бактериях, и в динозаврах, и в мамонтах».

Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского, как было отмечено в главе 2.5., гласит: «Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (02, С02, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории». Таким образом, все живое население нашей планеты - живое вещество - находится в постоянном круговороте биофильных химических элементов. Биологический круговорот веществ в биосфере связан с большим геологическим круговоротом (рис. 15.24).

Поскольку речь идет о колоссальном числе индивидуальных участников этих процессов, которые не сопряжены жесткими фун-

— Взаимосвязь малого биологического круговорота веществ в биосфере с большим геологическим круговоротом

Рисунок 15.24— Взаимосвязь малого биологического круговорота веществ в биосфере с большим геологическим круговоротом

кциональными связями, то пригнанность компонентов биотического круговорота — явление совершенно исключительное. Круговорот полностью замкнут (Т.А.Акимова, В.В. Хаскин, 1994), когда существует точное равенство сумм прямых и обратных расходов: ? qx2 = Yj q2l . Если же в каком-то из процессов наблюдаются прирост или утечка («дефект замкнутости») Aq, то замкнутость круговорота

Тогда величина разомкнутости круговорота

Эти величины можно выразить и иначе, сопоставляя продолжительность поддержания равенства расходов Т со временем исчерпания резервуара АТ при полной остановке процесса наполнения:

Аналогично

Несомненно, высокий уровень системной организации и регуляции мог быть выработан и отшлифован миллиардолетней эволюцией.

Биологический круговорот различается в разных природных зонах и классифицируется по комплексу показателей: биомассе растений, опаду, подстилке, количеству закрепленных в биомассе элементов и т. д. (табл. 15.5 ).

Общая биомасса наиболее высока в лесной зоне, а доля подземных органов в лесах наименьшая. Это подтверждает индекс интенсивности биологического круговорота — величина отношения массы подстилки к той части опада, которая ее формирует (табл. 15.6).

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы