Биогеохимические циклы (биогеохимические круговороты) -циклические процессы обмена веществ между различными компонентами биосферы, обусловленные жизнедеятельностью организмов. Зерно злаков — мышь полевка — хорь — филин

Все живые организмы в процессе жизнедеятельности находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле — солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой происходите потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

В отличие от энергии, которая используется в экосистеме только один раз, вещества используются многократно из-за того, что их потребление и превращение происходит по кругу. Этот круговорот осуществляется живыми организмами экосистемы (продуцентами, консументами, редуцентами) и называется биологическим круговоротом веществ. Под биологическим круговоротом понимается поступление химических элементов из почвы и атмосферы в живые организмы, в которых поступающие элементы превращаются в новые сложные соединения, и возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности.

Экологические системы суши и Мирового океана связывают и перераспределяют солнечную энергию, углерод атмосферы, влагу, кислород, водород, фосфор, азот, серу, кальций и другие элементы. Жизнедеятельностью растительных организмов (продуцентов) и их взаимодействиями с животными (консументами), микроорганизмами (редуцентами) и неживой природой обеспечивается механизм накопления и перераспределения солнечной энергии, поступающей на Землю.

Важнейшим аспектом существования жизни на Земле являются круговороты (биогеохимические циклы), в которые вовлечены вода и основные биогенные химические элементы — С, Н, О, N, Р, S, Fe, Mg, Mo, Mn, Cu, Zn, Ca, Na, К и др. Все циклы состоят из двух фаз: органической (во время которой вещество или элемент находится в составе живых организмов) и неорганической. Последовательные переходы вещества из одной фазы в другую совершаются бесчисленное количество раз. Так, например, ежегодно проходит через органическую фазу и возвращается в неорганическую 1/7 часть всего углекислого газа и 1/4500 часть кислорода атмосферы; подсчитано, что вся вода оборачивается за 2 млн лет.

В качестве примера рассмотрим круговорот азота — одного из важнейших химических элементов живых организмов. Азот является строительным материалом для белков, нуклеиновых кислот, компонентом АТФ, хлорофилла, гемоглобина и т.д.

Азот распространен в биосфере крайне неравномерно. В почве его содержится всего от 0,02 до 0,5 %, и то лишь благодаря деятельности микроорганизмов, некоторых растений и разложению органических веществ. В то же время миллионы тонн азота в атмосфере буквально давят на поверхность Земли. Над каждым гектаром почвы, образно говоря, «висит» до 80 тыс. т этого элемента. Несмотря на то что азота в атмосфере очень много (78 %), большинство растений не в состоянии ассимилировать его в молекулярном состоянии. «Элементом жизни» азот становится только в химических соединениях — легкорастворимых азотнокислых и аммиачных солях. Однако связанного (хотя бы в простые оксиды) азота в воздухе нет.

Исключением является поступление азота в атмосферу в результате выбросов автомобильного транспорта, тепловых электростанций, котельных, промышленных предприятий. При сжигании ископаемого топлива (нефть, уголь, газ) в атмосферу Земли происходит выброс оксидов азота (N 2 0, N0 2), которые загрязняют окружающую среду.

Напрямую азот атмосферы способны использовать лишь немногие прокариотические (доядерные) организмы — некоторые виды бактерий и цианобактерий. Высшие растения могут использовать азот только в результате симбиотических взаимоотношений с азотфиксируюшими прокариотическими организмами — клубеньковыми бактериями, которые поселяются в тканях корней растений из семейства бобовых, таких как арахис, соя, чечевица, фасоль, люцерна, клевер, люпин и др. Фиксируя атмосферный азот, они снабжают растение-хозяин доступными для него соединениями азота в виде нитратов и нитритов.

Мертвые азотсодержащие органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, мочевина) разлагаются аммонифицирующими бактериями до аммиака. Он легко растворяется в воде. Часть его может поглощаться непосредственно растениями, часть вымывается из почвы, а оставшийся аммиак подвергается действию специализированных бактерий в результате процесса нитрификации - окисления азотсодержащих соединений. Корни растений получают нитриты и нитраты, образующиеся в ходе реакции

NH 4 + -> N0 2 - -> N0 3 -

В природе осуществляется и обратный процесс — восстановление нитритов и нитратов до газообразных азотистых продуктов - денитрификация, В результате этого процесса денитрифицирующие бактерии восстанавливают ион NO3 - до N 2 . Денитрификация происходит в несколько этапов:

N0 3 - -> N0 2 -> - N 2 0 -> N2

Таким образом, в ходе денитрификации связанный азот удаляется из почвы и воды и в виде газообразного азота возвращается в атмосферу. Денитрификация замыкает цикл азота и препятствует накоплению его оксидов, которые в высоких концентрациях токсичны.

Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым. Часть органических и неорганических веществ выносится за пределы экосистемы, и в то же время их запасы могут пополняться за счет притока извне. В отдельных случаях степень повторяющегося воспроизводства некоторых циклов круговорота веществ достигает 90-98 %. Неполная замкнутость циклов в масштабах геологического времени приводит к накоплению элементов в различных природных сферах Земли. Так накапливаются полезные ископаемые — уголь, нефть, газ, известняки и т.п.

Вариант 1

Часть А.

Выберите правильный ответ.

1. 
   Укажите явление, которое не является основным предметом изучения экологии:

А) влияние окружающей среды на организм;

Б) взаимоотношения между особями разных видов;

В) механизм возникновения мутаций под действием мутагенных факторов;

Г) влияние организмов на окружающую среду.

2. Большое разнообразие цепей питания, сбалансированный круговорот веществ в экосистеме обеспечивают её

А) динамичность;

Б) целостность;

Г) сходство с агроценозом.

3. Учёный – основоположник учения о биогеоценозах:

А) Докучаев В.В.

Б) Сукачёв В.Н.

В) Вернадский В.И.

Г) Вавилов Н.И.

4. Укажите фактор, который не относится к категории экологических факторов:

А) свет;

Б) температура;

В) забота о потомстве;

Г) газовый состав атмосферы.

5. Первым звеном пищевой цепи биогеоценоза является:

А) лягушка;

Б) кузнечик;

Г) растение.

6. Количество энергии, передаваемого с одного трофического уровня на другой, составляет от количества энергии предыдущего уровня:

Б) 10%;
Г) 1%.

7. Крайние значения интенсивности экологического фактора, при которых ещё возможно функционирование организма:

А) норма реакции;

Б) ограничивающие факторы;

В) пределы выносливости;

Г) оптимальные значения.

8. Прирост за единицу времени биомассы экологической системы – это

А) производительность;

Б) продукция;

В) прибыль;

Г) эффективность.

9. Могут ли одни и те же живые организмы входить в состав сразу нескольких пищевых цепей?

Б) нет.

10. Географическая область Земли, для экологических систем которой характерна большая биомасса растений и продукции:

А) тундра;

Б) пустыня;

В) леса средних широт;

Г) тропические дождевые леса.

11. В агроценозе пшеничного поля грибы и гнилостные бактерии относят к:

А) продуцентам;

Б) консументам;

В) редуцентам.

12. Вид борьбы за существование, результатом которой явилось формирование ярусности дубравы:

А) межвидовая;

Б) внутривидовая;

В) с неблагоприятными факторами среды.

13. Экологический фактор – главный регулятор сезонных явлений у растений и животных:

А) температура;

Б) влажность;

В) интенсивность солнечного излучения;

Г) продолжительность дня.

14. Основной причиной неустойчивости экосистем является:

А) колебание температуры среды;

Б) недостаток пищевых ресурсов;

В) несбалансированность круговорота веществ;

Г) повышенная численность некоторых видов.

15. Процесс саморазвития природной экосистемы можно наблюдать на примере:

А) весеннего размножения организмов;

Б) вырубки леса;

В) зарастания лесного озера;

Г) создания искусственного водоёма.

Часть В.

В - 1. В экосистеме широколиственного леса консументами 1 порядка являются:

А) дуб черешчатый;

Б) жук - листоед;

В) почвенные бактерии;

Г) лось;

Д) куница
В - 2. Почему поле пшеницы считают искусственным сообществом?

А) имеет малочисленный видовой состав;

Б) отсутствуют редуценты;

В) неустойчивая система;

Г) короткие пищевые цепи;

Е) имеет популяции растений и животных.
В - 3. Среди перечисленных типов взаимоотношений выберите конкурентные взаимоотношения:

А) бычий цепень и человек;

Б) клубеньковые бактерии и горох;

В) серая и чёрная крыса;

Г) рысь и заяц;

Д) самцы лося в период осеннего гона;

Е) соболь и куница.
В - 4. Установите соответствие между особенностями обитателей биогеоценоза и их принадлежностью к функциональной группе.

Особенности группы: Функциональная группа:

1) включает растения, некоторые бактерии; А – продуценты

2) поглощает готовые органические вещества; Б – консументы

3) поглощает неорганические вещества;

4) включает животных;

5) аккумулирует солнечную энергию;

6) источник энергии – животная и растительная пища.

В -5.

А) рачок дафния;

Б) фитопланктон;

Д) щука.

С – 1 Какова роль хемосинтезирующих бактерий в экосистемах?

С – 2. Каковы причины «цветения» воды в водоёмах?
С – 3. Почему в наземном биогеоценозе наиболее важная роль принадлежит высшим растениям?

С – 4. Интенсивный выпас скота изменяет луговые и степные экосистемы, превращая их в бедные пустоши. Объясните, как это происходит?

Тест по теме: «Основы экологии»

Вариант 2

Часть А.

Выберите правильный ответ.

1. 
   Фактор, являющийся причиной замедления или прекращения роста многолетних растений в середине лета:

А) снижение температуры;

Б) уменьшение количества осадков;

В) уменьшение длины дня;

Г) уменьшение интенсивности солнечного излучения.

2. Признак, который не относится к основным показателям для характеристики биогеоценоза:

А) видовое разнообразие;

Б) плотность той или иной популяции;

В) биомасса;

В) совокупность генофондов всех популяций;

Г) продуктивность.

3. Закономерность, связанная с использованием и превращением энергии в цепях питания:

А) правило ограничивающего (лимитирующего) фактора;

Б) правило экологической пирамиды:

В) биологический оптимум;

Г) закон сохранения энергии и вещества.

4. Число звеньев, из которых состоит большинство пищевых цепей:

5. Группа экологических факторов, к которой относятся забота о потомстве, ухаживание самцов за самками:

А) абиотические;

Б) биотические;

В) антропогенные;

Г) ограничивающие.

6. Основная причина уменьшения числа и биомассы организмов, входящих в состав биогеоценоза:

А) ограниченное число видов;

Б) большая потеря энергии в цепи питания;

В) небольшая продолжительность жизни представителей отдельных звеньев пищевых цепей;

Г) формирование пищевой сети из нескольких пищевых сетей.

7. Географическая область Земли, для экологических систем которой характерна меньшая биомасса растений и продукции:

А) тундра и пустыни;

Б) леса средних широт;

В) тропические дождевые леса.

8. Источник энергии для большинства естественных биогеоценозов:

А) видимые лучи солнечного излучения;

Б) тепловая энергия;

В) химическая энергия неорганических соединений;

Г) химическая энергия органических соединений.

9. Экологический фактор, ограничивающий распространение многих животных и растений к северу:

А) нарушение характерного для средних широт чередования дня и ночи;

Б) недостаток пищи;

В) недостаток тепла;

Г) избыток влаги.

10 Основное направление действия отбора в агроценозах:

А) увеличение многообразия сортов и видов;

Б) создание организмов с максимальной продуктивностью;

В) создание организмов, устойчивых к действию неблагоприятных факторов среды;

Г) создание устойчивой экологической системы.

11. Фактор, который по отношению к теплокровным животным не является экологическим:

А) влажность;

Б) температура;

В) вирусы животных;

Г) нитрифицирующие бактерии.

12. Группа организмов, представителям которой принадлежит решающее значение в смене наземных биогеоценозах:

А) растительноядные животные;

Б) хищные животные;

В) растения;

Г) гнилостные бактерии, грибы.

13. Наиболее устойчивая экосистема:

В) дубрава;

14. Последним звеном пищевой цепи биогеоценоза является:

Б) кузнечик;

В) лягушка;

Г) растение.

15. Группа организмов в агроценозе пшеничного поля, к которой относят насекомых, птиц, полёвок, лис:

А) консументы,

Б) продуценты;

В) редуценты.
Часть В.

Выберите три верных ответа из шести.

В - 1. В экосистеме широколиственного леса консументами 2 порядка являются:

А) дуб черешчатый;

В) почвенные бактерии;

Г) паук;

Д) куница
В - 2. Почему озеро считают естественным сообществом?

А) отсутствуют редуценты;

Б) существуют цепи питания;

В) устойчивая природная система;

Г) длинные пищевые цепи;

Д) действует правило экологической пирамиды;

Е) имеет разнообразный видовой состав.
В - 3. Среди перечисленных типов взаимоотношений выберите симбиотические взаимоотношения:

А) бычий цепень и человек;

Б) клубеньковые бактерии и бобовые растения;

В) лишайники;

Г) рысь и заяц;

Д) рак – отшельник и актиния;

Е) минога и треска.
В - 4. Установите соответствие между факторами среды и их характеристиками.

Характеристики: Факторы среды:

1) Отлов рыбы; А – биотические

2) Изменение толщины озонового слоя; Б – абиотические

3) Гибель растений от засухи;

4) Питание птиц плодами растений;

5) Изменение влажности воздуха;

В -5. Установите, в какой последовательности надо расположить звенья в пищевой цепи.

А) полевой жаворонок;

Д) кузнечик.

Часть С. Дайте краткий свободный ответ на вопрос в заданиях С – 1,

С – 2, полный развёрнутый - в заданиях С - 3, С – 4.

С – 1 Почему на лесных тропинках растения отсутствуют или сильно разрежены?

С – 2. Что служит основой формирования разнообразных сетей питания в экосистемах?
С – 3. Как животные приспособлены к жизни в засушливых условиях?

С – 4. Какие факторы (условия) оказывают влияние на изменение площади ареала, занимаемыми разными популяциями животных?

Ответы к тестовым заданиям.

Вариант 1

Часть А.	Часть В.	Часть С.
1 – В	1 - БГЕ	1 – Образуют органические вещества из неорганических; относятся к продуцентам.
2 - Б	2 - АВГ
3 – Б	3 – ВДЕ	2 – а) интенсивное освещение и прогревание воды создают благоприятные условия для размножения одноклеточных зелёных водорослей; б) загрязнение водоёмов сточными водами приводит к размножению сине – зелёных организмов.
4 – В	4 - АБАБАБ
5 - Г	5 - БАГДВ
6 - Б		3 – а) имеют большую биомассу и продукцию; б) являются продуцентами; в) активно влияют на микроклимат биогеоценоза и формируют его границу.
7 - В
8 - Б		4 – а) распространяются непоедаемые растения; б) уменьшается количество видов; в) происходит обеднение среды питательными веществами, что резко ухудшает условия жизни растений.
9 – А
10 – В
11 – В
12 – А
13 – Г
14 – В
15 - В

Вариант 2

Часть А.	Часть В.	Часть С.
1 – В	1 - БГД	1 – постоянное вытаптывание приводит к уплотнению почвы и угнетению растений.
2 - В	2 - ВГЕ
3 – Б	3 – БВД	2 – а) разнообразие видов, наличие продуцентов, консументов и редуцентов; б) питание видов разнообразной пищей.
4 – В	4 - АБААБА
5 – Б	5 - ВДАГБ
6 - Б		3 – а) активны в ночное время суток; б) летняя спячка, рытьё нор; в) плотные сухие покровы, образование воды при окислении жира.
7 – А
8 - А		4 – а) подвижность особей; б) наличие корма; в) благоприятные для жизни климатические условия.
9 – В
10 – Б
11 – Г
12 – В
13 – В
14 – А
15 - А

Вперед >>>

§ 40. Круговорот веществ и энергии в биосфере

Все живые организмы находятся во взаимосвязи с неживой природой и включены в непрерывный круговорот веществ и энергии (рис. 44). В результате происходит биогенная миграция атомов. Необходимые для жизни организмов химические элементы переходят из внешней среды в организм. При разложении органических веществ эти элементы вновь возвращаются в окружающую среду.

биосфере " class="img-responsive img-thumbnail">

Рис. 44. Круговорот веществ в природе: 1 – круговорот воды, кислорода и углерода; 2 – круговорот азота

Атмосфера состоит из смеси газов. В процессе фотосинтеза зеленые растения поглощают углекислый газ и выделяют кислород. Углекислый газ идет на построение органических веществ и через растительные организмы в виде питательных веществ переходит в организм животных. Кислород используется всеми живыми организмами в процессе дыхания, для окисления органических веществ, при разложении отмерших остатков организмов. В результате этих процессов углекислый газ вновь выделяется в атмосферу. Свободный азот атмосферы поглощается в почве азотфиксирующими бактериями и переводится в связанное, доступное для усвоения состояние. Растения получают из почвы соединения азота для синтеза органических веществ. После отмирания другая группа микроорганизмов освобождает азот и возвращает его в атмосферу.

Таким образом, кислород, азот и углекислый газ поглощаются живыми организмами и ими же выделяются в атмосферу вновь в результате других процессов. Благодаря сбалансированному круговороту газов поддерживается постоянство состава атмосферы.

В горных породах содержится большое количество фосфора. При разрушении горных пород фосфор оказывается в почвах, а оттуда поступает в живые организмы. Часть фосфатов растворяется в воде и попадает в Мировой океан, где накапливается на дне, образуя осадочные горные породы.

Вода также участвует в круговороте. В процессе фотосинтеза она используется для синтеза органических веществ, а при дыхании и разложении органических остатков выделяется в окружающую среду. Кроме того, вода необходима для жизнедеятельности всем живым организмам. В ней растворяются минеральные соли и органические вещества, необходимые живым организмам. Через водную среду проходит круговорот элементов натрия, магния, кальция, железа, серы и других элементов, что в общей сложности составляет 1,7 % общего количества веществ, включаемых в круговорот.

В результате круговорота веществ происходит непрерывное перемещение химических элементов из живых организмов в неживую природу и обратно. Круговорот веществ включает два противоположно направленных процесса, связанных с аккумуляцией элементов в живых организмах и минерализацией в результате их разложения. Причем на поверхности Земли преобладает образование живого вещества, а в почве и морских глубинах – минерализация.

Одновременно с миграцией атомов происходит и преобразование энергии. Единственным источником энергии на Земле является Солнце. Часть тепла расходуется на обогрев Земли и испарение воды. И только 0,2 % солнечной энергии используется в процессе фотосинтеза. Эта энергия преобразуется в энергию химических связей органических веществ. При расщеплении и окислении органических веществ в процессе питания энергия освобождается и расходуется на процессы жизнедеятельности организмов: рост, движение, размножение, развитие, обогрев тела. Таким образом, постоянно поступающая солнечная энергия аккумулируется в органических веществах и ее используют все живые организмы.

Итак, биосфера представляет собой большую систему, состоящую из разнородных компонентов, связанных между собой процессами миграции энергии и вещества. Источником энергии служит Солнце. Цикличность процессов миграции – круговорот веществ обеспечивает непрерывное существование биосферы.

Количество живого вещества (биопродукция) колеблется: размножение и рост живых организмов приводят к ее росту, подавление и ограничение скорости размножения и роста, гибель организмов способствуют ее уменьшению.

К ограничивающим факторам относятся концентрация углекислого газа в атмосфере, недостаток влаги, нехватка питательных элементов, интенсивность света. Эти факторы ограничивают не только скорость образования органического вещества, но и скорость других геохимических процессов, протекающих в неживой природе.

<<< Назад

Вперед >>>

1) согласно правилу экологической пирамиды, биомасса каждого последующего трофического уровня уменьшается

приблизительно в 10 раз;

2) следовательно, для питания филина надо 35 кг биомассы хорька (если масса одного хорька около 0,5 кг, то это -

70 хорьков, для питания хорьков необходимо 350 кг биомассы мышей полевок (если мышь полевка весит около

100 г, то это 35 000 полевок), которым для питания нужно 3 500 кг зерна.

Чем опасны кислотные дожди?

Прежде всего, оксиды тяжелых металлов, которые попадают в почву вместе с дождями, токсичны. Подземные воды проникают в водоемы и отравляют их. В свою очередь, это грозит гибелью населению водоемов. Отравляющие вещества также влияют на состав почвы, на корневые системы растений, а это приводит к угнетению их жизнедеятельности и гибели.

Чем структура биоценоза смешанного леса отличается от структуры биоценоза, березовой рощи?

1) Числом видов;

2) числом ярусов;

3) видовым составом, разнообразием видов.

Чем природная экосистема отличается от агроэкосистемы?

1. Большим биоразнообразием и разнообразием пищевых связей и цепей.

2. Сбалансированным круговоротом веществ.

3. Участием солнечной энергии в круговороте веществ и продолжительными сроками существования.

В чем отличие биогеоценоза и экосистемы?

Экосистема имеет произвольные границы (от капли воды с микроорганизмами до биосферы), в то время как границы биогеоценоза определены характером растительного покрова. Понятие экосистема употребляется как для описания простых частей биогеоценоза (гниющий пень в лесу), так и для искусственных комплексов (аквариум). Биогеоценоз - сугубо наземное образование, имеющее четкие границы.

Экосистема и биогеоценоз - понятия близкие, но не тождественные. Любой биогеоценоз является экосистемой. Например, лес - это экосистема, но когда конкретизируем тип леса - ельник, черничник - это биогеоценоз.

Почему в популяциях иногда наблюдается взрыв численности особей, а затем - ее резкое падение?

Это происходит по ряду причин. Например, при избытке корма и небольшом количестве хищников численность в популяции возрастает. А в связи с увеличением численности особей уменьшается количество кормов, увеличивается количество хищников + масса животных в поисках пищи ищет новые места обитания, при этом некоторые особи погибают. Все вышеперечисленное приводит к уменьшению численности особей.

Что является обязательным звеном пищевой цепи агроценоза?

Обязательным звеном пищевой цепи агроценоза является человек.

В стеблях некоторых растений живут муравьи. Какая польза растению от муравьев, а муравьям от растения?

На основании правила экологической пирамиды определите, сколько нужно планктона, чтобы в море вырос один дельфин массой 300 кг, если цепь питания имеет вид: планктон - нехищные рыбы - хищные рыбы - дельфин.

Элементы ответа:

1) согласно правилу экологической пирамиды, биомасса каждого последующего трофического уровня уменьшается приблизительно в 10 раз;

2) следовательно, для питания дельфина надо 3 т хищной рыбы, для ее питания необходимо 30 т нехищной рыбы, которой для питания нужно 300 т планктона.

В Америке многие птицы вьют гнезда в колючих зарослях кактусов. Как называется такое взаимодействие между живыми организмами и в чем его биологический смысл?

Элементы ответа:

1) такое взаимодействие взаимовыгодно и называется симбиозом;

2) заросли колючих кактусов защищают гнезда птиц от хищников;

3) птицы уничтожают насекомых, вредителей кактусов, и удобряют пометом почву.

На основании правила экологической пирамиды определите, сколько нужно злаков, чтобы произошло развитие одного беркута массой 7 кг, если цепь питания имеет вид: злаки - кузнечики - лягушки - змеи - беркут.

Элементы ответа:

2) согласно правилу экологической пирамиды, биомасса каждого последующего трофического уровня уменьшается

приблизительно в 10 раз;

2) следовательно, для питания беркута надо 70 кг змей (если масса одной змеят 200 г, то это 350 змей), для питания этих змеи необходимо 700 кг лягушек (если масса лягушки 100 г, то это 7000 лягушек), для питания этих лягушек нужно 7 т кузнечиков, а для питания этих кузнечиков необходимо 70 т злаковых растений.

Рыбаки знают, что в реках и ручьях, освоенных бобрами, водится больше рыбы, чем в водоемах, где бобров нет. Объясните этот факт?

Элементы ответа:

1) бобры строят плотины, которые препятствуют сносу по течению мелких водных животных, служащих кормом

2) стоячая и неглубокая вода в прудах, запруженных бобрами, хорошо прогревается, что способствует созданию

условий для нереста речной рыбы и благоприятному развитию мальков.

Каковы механизмы действия антропогенного фактора на биоценозы?

Элементы ответа:

1) воздействие на биоценозы в результате развития городов, ведения сельского хозяйства, вырубки лесов и т.п., что приводит к изменению ареалов видов и нарушению их популяционной структуры;

2) загрязнение окружающей среды, что может угнетать жизнедеятельность отдельных видов и их сообществ, вызы­вать гибель организмов и стимулировать мутационный процесс;

3) истребление отдельных видов (например, ценных с промысловой или охотничьей точки зрения).

В еловом лесу травянистых растений значительно меньше, чем в берёзовой роще. Объясните это явление.

Элементы ответа:

1) в роще сквозь кроны деревьев проходит значительно больше света, чем в еловом лесу, свет является лимитирующим фактором для многих растений;

2) в еловом лесу могут существовать только теневыносливые травянистые растения.

Каковы свойства биогеоценоза?

Биогеоценоз - открытая, саморегулирующаяся система, обладающая устойчивостью, способная к обмену веществ и энергии. Биоценоз - част биосферы. Биогеоценоз состоит из абиотической и биотической составляй щей. Он характеризуется биомассой, плотностью популяций, его составляющих, разнообразием видов. Живыми компонентами биогеоценоза являются продуценты (растения), консументы (животные), редуценты (бактерии и грибы).

В пищевые цепи природных биогеоценозов включены разные функциональные группы: продуценты, консументы, редуценты. Объясните, какую роль играют организмы этих групп в круговороте веществ и превращении энергии.

Элементы ответа:

1) Продуценты - организмы, производящие органические вещества из неорганических, являются первым звеном пищевой цепи и экологической пирамиды. В органических веществах, возникших в результате процессов фото- или хемосинтеза, происходит накопление энергии.

2) Консументы - организмы, потребляющие готовые органические вещества, созданные продуцентами, но не доводящие разложение органических веществ до минеральных составляющих. Они используют энергию органических веществ для своих процессов жизнедеятельности.

3) Редуценты - организмы, в ходе жизнедеятельности превращающие органические остатки в неорганические вещества, которые включаются в круговорот веществ в природе. Выделяющуюся при этом энергию редуценты используют для своих процессов жизнедеятельности.

Что служит основой стабильности экосистем?

Элементы ответа:

1) разнообразие видов растений, животных и других организмов

2) разветвленные цепи (сети) питания, наличие нескольких трофических уровней

3) сбалансированный круговорот веществ

Чем определяется устойчивость естественных экосистем?

Элементы ответа:

1) видовым разнообразием

2) числом звеньев в цепи питания

3) саморегуляцией и самовозобновлением

4) замкнутым круговоротом веществ

Что называют популяционными волнами?

Колебания численности особей в популяции

Численность популяции окуней в реке сокращается в результате загрязнения воды сточными водами, уменьшения численности растительноядных рыб, уменьшения содержания кислорода в воде зимой. Какие группы экологических факторов представлены в данном перечне?

1) Антропогенные.

2) Биотические.

3) Абиотические.

Для борьбы с насекомыми-вредителями человек применяет химические вещества. Укажите не менее 3-х изменений жизни дубравы в случае, если в ней химическим способом будут уничтожены все растительноядные насекомые. Объясните, почему произойдут эти изменения.

Элементы ответа:

1) численность насекомоопыляемых растений резко сократится, так как растительноядные насекомые являются опылителями растений;

2) резко сократится численность или исчезнут насекомоядные организмы (консументы II порядка) из-за нарушения цепей питания;

3) часть химических веществ, которыми уничтожали насекомых, попадет в почву, что приведет к нарушению жизнедеятельности растений, гибели почвенной флоры и фауны, все нарушения могут привести к гибели дубравы.

С самого начала существования нашей планеты постоянно происходят различные процессы передачи энергии между живыми организмами и окружающей средой. Она преобразуется, переходит в иные формы, связывается и снова рассеивается. То же самое можно сказать и о любом веществе, составляющем основу жизни. Каждое из них проходит множество инстанций, претерпевает многократные изменения и в итоге возвращается.

Эти процессы дают представление о том, что такое круговорот веществ в природе. Они позволяют проследить движение не только соединений, но и отдельных элементов. Постараемся подробнее разобраться в данном вопросе.

Общее понятие о круговороте веществ

Что такое круговорот веществ? Это циклические переходы из одной формы в другую, сопровождающиеся частичной потерей или рассеиванием, но имеющие постоянный, устойчивый характер. То есть любое вещество или элемент совершает ряд переходов по ступеням, при этом преобразуясь и изменяясь, но в итоге все равно возвращается в начальную форму.

Естественно, что с течением времени могут быть частичные потери в количестве рассматриваемого соединения или элемента. Однако общая схема постоянна и сохраняется уже многие тысячелетия.

Что такое круговорот веществ, можно рассмотреть на примере. Самый простой из них - это преобразования органических веществ. Изначально из них состоят все многоклеточные живые существа. После завершения их жизненного цикла тела их разлагаются специальными организмами, и органические соединения преобразуются в неорганические. После эти соединения поглощаются другими существами и внутри их тела снова восстанавливаются до органической формы. Далее процесс повторяется и циклически продолжается все время.

Схема круговорота веществ в природе дает понять, что ничто не возникает ниоткуда и не исчезает в никуда. У всего есть свое начало, конец и переходные формы. Это основные правила жизни. Им же подчиняется энергия. Рассмотрим примеры преобразования, которые происходят в экосистемах, живых существах. А также разберемся, что такое круговорот веществ, основанный на одном определенном элементе.

Живое вещество в природе

Самое главное вещество биосферы - живое. Что это такое? Это каждый представитель живой природы. Все вместе они формируют биомассу. Она, естественно, претерпевает изменения, является участником всех процессов, происходящих в окружающей среде.

Круговорот живого вещества можно проиллюстрировать примером следующего рода.

1. Первые создания, которые непосредственно улавливают энергию солнечного света и преобразуют ее в энергию химических связей - это растения, сине-зеленые бактерии. Происходит это за счет пигмента хлорофилла в процессе фотосинтеза. Результат - синтез органического вещества из неорганических компонентов. Так сформировалось первое звено среди живого вещества биосферы.
2. Далее идут животные, которые способны непосредственно питаться растениями. А также всеядные существа, к которым относится и человек в том числе. Они потребляют первое звено и преобразуют органическое вещество внутри себя в другую форму - неорганику.
3. Растительноядные существа подвергаются поеданию со стороны плотоядных животных. Так вещества переходят уже в иные организмы.
4. Далее идут те организмы, которые способны питаться плотоядными формами. Высшие хищники. Они - заключительное звено циркуляции органики. После их отмирания в ход вступают следующие организмы.
5. Детритофаги - микроорганизмы, грибки, простейшие, которые разлагают мертвые останки живых существ и переводят все вещества в неорганическую форму.
6. Эти соединения (углекислый газ, вода, минеральные соли) используются снова растениями в процессе создания органических соединений.

Таким образом, приведенная схема круговорота веществ в природе отражает преобразования живой составляющей биосферы. Все начинается с растений и заканчивается ими же. Полный циклический процесс, который имеет массу ответвлений и сложных завитков.

Круговорот веществ в экосистеме

Любая экосистема - это целое сообщество различных организмов, объединенных между собой сложными взаимоотношениями в пищевом плане, а также находящихся под влиянием сходных условий окружающей среды.

Круговорот веществ в экосистеме подчиняется определенным экологическим законам. Так, обязательно строгое соподчинение по цепям питания. Обмен энергией, веществами, циркуляция многих элементов - все это происходит между особями внутри данной экологической группы.

При этом все они делятся на несколько групп:

• продуценты;
• консументы первого порядка;
• консументы второго порядка;
• консументы третьего порядка;
• всеядные организмы;
• редуценты или детритофаги.

Схема круговорота веществ может выглядеть примерно так:

• растение (продуцент) дает органическое вещество;
• (консумент первого порядка) преобразует его в неорганическое и другую органику;
• плотоядное животное (консумент второго порядка) преобразует в другую органику;
• высший хищник (консумент третьего порядка) опять частично рассеивает ее в виде тепла, а частично концентрирует в форме внутренних органических веществ;
• микроорганизмы, например бактерии, грибки и прочие (редуценты или детритофаги), разлагают мертвые останки животных и формируют массу неорганических соединений;
• растения поглощают неорганику и снова создают в процессе фотосинтеза ряд важных органических соединений, то есть продуцируют.

Вещества экосистемы

Очевидно, что в одной экосистеме в тесном взаимодействии находится два основных типа вещества: органические и неорганические. Из органики это:

• белки;
• жиры;
• углеводы.

Неорганические соединения следующие:

• вода;
• углекислый газ;
• минеральные соли;
• ряд важных макроэлементов.

Очень важным условием для нормального функционирования любой экосистемы является постоянный приток солнечной энергии. Ведь растения могут осуществлять фотосинтез только при этом условии. Кроме того, энергия, которая заключается в химических связях соединений, рассеивается в виде тепла в достаточно больших количествах. Поэтому вещества не могут циркулировать в неизменном состоянии без потерь.

Схема круговорота веществ на лугу

Луг - это особенное Ведь он имеет некоторые отличия от всех других, например от лесного. В чем заключаются эти отличия?

1. На лугу преобладает только травяная растительность, состоящая из многолетних и однолетних невысоких трав. При этом они между собой отличаются. Более светолюбивые обладают высоким ростом, а те, что могут жить в тени, низким.
2. В пределах данного сообщества нет крупных представителей животного мира. Это связано с тем, что им просто негде будет прятаться, ведь деревьев нет.
3. Периодически во время сильных дождей все пространство луга заливается водой. Отсюда и другое их название - заливные или наливные. В таких условиях могут существовать далеко не все живые существа.

Если же говорить о сходствах лугового и лесного, к примеру, сообщества, то следует выделить главную черту: на обеих территориях обитают представители растений, насекомых, грызунов, птиц, пресмыкающихся, земноводных и млекопитающих.

Схема круговорота веществ на лугу может иметь следующий вид:

• минеральные вещества и вода, которые потребляет непосредственно из земли растение;
• насекомые, которые опыляют цветки и позволяют им размножаться, при этом питаясь нектаром, то есть производимым растением органическим веществом;
• птицы и млекопитающие, поедающие насекомых и растения, то есть употребляющие органическое вещество;
• микроорганизмы, которые разлагают мертвые остатки растений и животных и высвобождают неорганические вещества (минеральные соли, воду, углекислый газ).

Пример лугового круговорота

Важное значение имеют все звенья, обозначенные в примере. Круговорот веществ на лугу - необходимое условие для существования данного сообщества. Почва способна обогащаться полезными веществами и элементами только благодаря деятельности ее обитателей - микроорганизмов-детритофагов, червей, мокриц и прочих существ. Без этого условия растениям будет недоставать неорганики для фотосинтеза и роста, а значит, будет в дефиците и органическое вещество, которое они производят. Такое, как крахмал, целлюлоза, белок и прочие. Это приведет к сокращению численности животных и птиц, а значит, и органического вещества в целом. Пострадают в итоге и детритофаги, так цикл нарушится.

Круговорот веществ на лугу можно проиллюстрировать и более конкретным примером. Попробуем составить такую схему.

• Минеральные соли, вода, углекислый газ, кислород потребляет ромашка аптечная.
• Пчела медоносная опыляет обозначенное растение и поедает его пыльцу, то есть углеводы и белки.
• Пчелоед и осоед склевывают пчелу медоносную и потребляют органическое вещество ее тела (хитин, белок, углеводы).
• Луговая полевка и другие мелкие грызуны и более крупные виды поедают органическую составляющую растений и насекомых.
• Пустельга (птица) поедает грызунов и потребляет
• После смерти все животные и насекомые попадают на землю, где их тело подвергается разложению на составляющие соединения деятельностью микроорганизмов, червей, мокриц и других детритофагов.
• В результате почва снова насыщается неорганическими солями, водой и прочими соединениями, которые поглощают корни растений.

Цепи и сети питания

Круговорот веществ и энергии, как уже стало понятно, тесно связан с таким экологическим понятием, как цепь или сеть питания. Ведь любое вещество - это материал, продукт, который служит строительным материалом для формирования структурных частей клеток, тканей и органов.

Каждая неотвратимо влечет за собой и циклические преобразования веществ. А любые процессы синтеза и распада требуют затраты или высвобождения энергии. Следовательно, она также вовлекается в единый круговорот в природе.

Почему существуют понятия "цепь" и "сеть питания"? Все дело в том, что в пределах одной экологической группы часто намного сложнее, чем просто обычная рядовая цепь. Ведь один и тот же представитель животного мира может быть и травоядным, и хищником. Существуют всеядные организмы. Кроме того, для многих создается конкурентная среда за добычу и пропитание, что также накладывает свой отпечаток на общий план взаимоотношений внутри биогеоценоза.

Вот в этих случаях цепи тесно переплетаются между собой и формируются так называемые сети питания. Особенно хорошо это заметно в многонаселенных обитателями местах: лесных, озерных сообществах, тропических лесах и прочих.

Все цепи питания можно условно разделить на два вида:

• выедания, или пастбищные;
• разложения, или детритные.

Основное различие между ними в том, что в первом случае все начинается с живого организма - растения. Во втором же - с мертвых остатков, экскрементов и прочих отложений, которые перерабатываются микроорганизмами, червями и так далее.

Изменения энергии

Энергия, как и вещества, претерпевает ряд изменений в ходе процессов в экосистемах. Вся она делится на два основных вида:

• солнечного света;
• химических связей.

В ходе построения цепей питания энергия как раз и переходит из одной формы в другую. При этом происходят частичные ее потери. Ведь она расходуется на жизненные процессы каждого существа, рассеивается в виде тепла. Именно поэтому важно, чтобы солнечная энергия как первоисточник постоянно пополняла запасы любого сообщества.

Непосредственно в форме света от Солнца ее могут потреблять только такие организмы, как:

• растения;
• бактерии;
• фотосинтезирующие одноклеточные.

После них вся энергия переходит в следующую форму - химические связи соединений. В данной форме ее потребляют гетеротрофные представители биосферы.

Круговорот воды

Мы уже обозначили, что самый важный и исторически сложившийся жизненный процесс - это круговорот веществ в природе. Вода является тем неорганическим соединением, значение которого особенно важно и масштабно. Поэтому то, как происходит ее циркуляция, рассмотрим в общих чертах.

1. Огромное количество воды сосредоточено на поверхности нашей планеты в водоемах разного рода. Это моря и океаны, болота, реки, озера, ручьи, искусственные сооружения. С их поверхности происходит постоянное испарение влаги, то есть вода в виде пара переходит в слои атмосферы.
2. Почва, как ее наружная, так и внутренняя часть, также содержит много влаги. Это подземные или грунтовые воды. С поверхности пар поступает в атмосферу, с внутренних слоев стекает в водоемы, а оттуда испаряется.
3. Конденсируясь в атмосфере, вода постепенно достигает максимума и начинает возвращаться на землю в виде осадков. Зимой это снег, летом - дождь.
4. Растения принимают активное участие в поглощении и транспирации воды, так как проносят через себя огромное ее количество.

Таким образом, круговорот воды и круговорот веществ в природе обеспечивают нормальное состояние любой экосистемы, а значит, и организмов.

Изучение круговорота веществ в начальной школе

Чтобы дети имели представление о том, какие циклические изменения происходят в природе, рассказывать им об этом следует еще с начальных ступеней обучения. Ребята должны иметь знания о том, что такое круговорот веществ. 3 класс - вполне подходящее для этого время. В этот период дети достаточно взрослые, чтобы полностью осознать и усвоить информацию подобного рода.

Во многих образовательных программах по окружающему миру представлена хорошая схема "Круговорот веществ. 3 класс". Она отражает основные типы преобразований воды, вещества, которые характерны для каждой экосистемы.

Примерная схема круговорота веществ для младших школьников может иметь вид: вода и в растениях - органическое вещество в животных - вода и минеральные соли после отмирания растений и животных.

Каждый этап следует пояснить примерами и подробным описанием для формирования четкого представления о происходящих природных процессах.