Биотическая структура экосистемы.

Экосистема имеет определенную функциональную структуру, включающую группы организмов, различаемые по способу питания – автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (самопитающие) — организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ посредством фотосинтеза и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы — все хлорофиллоносные (зеленые) растения и микроорганизмы. Хемосинтез наблюдается у некоторых бактерий, использующих в качестве источника энергии окисление водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа. Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют относительно небольшую роль, за исключением чрезвычайно важных нитрифицирующих бактерий. Автотрофы составляют основную массу всех живых существ, отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, являются производителями продукции — продуцентами экосистем.

Гетеротрофы (питающиеся другими) — организмы, потребляющие органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности (животные, грибы и большая часть бактерий). Гетеротрофы в экосистемах выступают как потребители – консументы и деструкторы – редуценты (разрушители) органических веществ.

Для поддержания круговорота веществ в экосистеме необходимо соблюдение условий:

- наличие запаса неорганических веществ (молекул) в усвояемой форме;

- 3 функционально различные экологические группы организмов: (продуцентов, консументов, редуценты).

Биотический круговорот веществ и энергии в природных экосистемах

Запасы биогенных элементов, из которых строят тела живые организмы, на Земле в целом и на каждом конкретном участке на ее поверхности небезграничны. Лишь система круговоротов могла придать этим запасам свойство бесконечности, необходимое для продолжения жизни. Поддерживать и осуществлять круговорот могут только функционально различные группы организмов. Главный участник биотического круговорота – углерод, как основа органических веществ.

Круговорот углерода.

Наибольшее количество углерода содержится в литосфере в виде двух больших резервуаров, имеющих разное химическое происхождение:

¾ в составе осадочных карбонатов, всех форм МСО₃;

¾ в составе ископаемых топлив, большая часть которых представляет собой биогенное и биокосное вещество — фоссилизированную, т.е. погребенную и преобразованную органику (от англ, fossil — окаменелый, ископаемый) — уголь, нефть, газ, нефтеносные сланцы, битуминозные пески, асфальт.

Небольшое количество углерода содержится в литосфере в виде графита и алмазов.

В гидросфере углерод находится в основном в виде гидрокарбоната НСО₃, растворенного диоксида СО₂ и некоторого количества растворимой органики.

В атмосфере – в виде СО₂ и небольшой доли примесных газов, пыли и аэрозолей, содержащих углерод.

Вся мертвая органика, задействованная в биотическом круговороте, все формы детрита, органика почв и илов отнесены к биосфере.

Биомасса живых организмов содержит меньше 0,001% углерода Земли, но практически полностью определяет его планетарный круговорот.

Заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием глюкозы и других органических веществ, из которых построены все растительные ткани. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых существ экосистемы. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием СО₂.

Круговорот кислорода

В отличие от углерода, резервуары доступного для биоты кислорода по сравнению с егопотоками огромны. Поэтому отпадает проблема глобального дефицита О₂ и замкнутости его круговорота. Биотический круговорот кислорода составляет 270 Гт/год. Кислород на Земле — первый по распространенности элемент, его содержание (вес. %): в атмосфере — 23,1; в биосфере (в составе сухой органики) — 44,8; в литосфере — 47,2; в гидросфере (в составе воды) — 86,9. Для водных организмов нужен растворенный в воде кислород. Его среднее содержание в фотическом слое гидросферы составляет 4,5 мг/л и значительно колеблется.

Содержание кислорода в атмосфере во много раз больше — 288 мг/л — и на протяжении длительной геологической эпохи постоянно. Наземные животные довольно чувствительны к отклонениям от этого уровня. Некоторый дефицит кислорода для животных и человека возникает только в высокогорье, в зонах интенсивного потребления и в искусственных устройствах. Биота биосферы, сыгравшая решающую роль в оксигенизации атмосферы, подвела его концентрацию в воз духе до черты, за которой уровень окислительной способности среды становится уже опасным для биоты.

С круговоротом кислорода тесно связано образование озона. В высоких слоях атмосферы под влиянием жесткой ультрафиолетовой части солнечного спектра происходит ионизация и диссоциация части молекул кислорода, образуется атомарный кислород, который немедленно присоединяется к возбужденным молекулам кислорода, образуя озон — трехатомный кислород:

На образование озона тратится около 5 % поступающей к Земле солнечной энергии – около 8,6∙10¹⁵ Вт. Реакции легко обратимы. При распаде озона эта энергия выделяется, за счет чего в верхних слоях атмосферы поддерживается высокая температура. Средняя концентрация озона в атмосфере составляет около 10^-6 объемных процентов; максимальная концентрация О₃ – до 4∙10^-6 объемных процентов достигается на высотах 20 – 25 км. Поглощая при своем образовании значительную часть жестких ультрафиолетовых лучей, озон играет большую защитную роль для всей экосферы.

Для некоторых экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что их стабильность поддерживается в основном за счет притока такого же количества вещества извне, тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковы проточные водоемы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. Другие экосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительно автономны (леса, луга, озера и т. п.). Но ни одна, даже самая крупная экосистема Земли не имеет полностью замкнутого круговорота веществ. Материки обмениваются веществом с океанами, литосферой (при участии в этих процессах атмосферы), а вся наша планета часть материи и энергии получает из космоса, а часть отдает в космос.