Трофическая цепь. Общая схема.

Первичное органическое вещество образуется на Земле в основном зелеными растениями под воздействием солнечной энергии и ее поглощения в процессе фотосинтеза. Поглощенная энергия не рассеивается, а накапливается в органическом веществе (ОВ) за счет преобразования энергии фотонов в энергию химических связей. Поэтому растения называют самопитающимися или автотрофами.

Растения непрерывно поглощают диоксид углерода из атмосферного воздуха и выделяет кислород. Именно этот процесс обуславливает присутствие свободного кислорода в атмосфере, стабильность ее газового состава и сохранение определенного газового баланса. Поскольку растения создают первичное ОВ (СО₂+Н₂О→СН₂О+О₂) их называют продуцентами.

При фотосинтезе осуществляются сложные биохимические процессы, в результате которых образуется фруктоза – исходный материал для синтеза других углеводов.

Синтез ОВ может осуществляться и бактериями. Источником углерода для них служит диоксид углерода и сероводорода (свободный или связанный):

6CO₂+12H₂S→(CH₂O)₆+6H₂O+12S.

Такие бактерии называются хемосинтетиками. Кроме серобактерий можно отметить нитрифицирующие бактерии (окисляющие аммиак до оксидов азота, нитритов и нитратов), железобактерии (окисляющие железо двухвалентное в трехвалентное). Энергия, выделяющаяся при работе бактерий идет на восстановление диоксида углерода.

В отличие от растений животные не способны к реакциям фото- и хемосинтеза и вынуждены использовать солнечную энергию косвенно – через ОВ, созданное фотосинтетически. Чтобы построить собственное тело и поддерживать его развитие они вынуждены употреблять в пищу автотрофы. Поэтому их называют гетеротрофами или консументами. Т.о, в биогеоценозе образуется цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим – трофическая цепь. Продуценты и консументы образуют два первых звена трофической цепи.

Не все организмы ограничиваются потреблением растительной пищи, строя белки своего тела непосредственно из белков растений. Плотоядные животные используют животные белки со специфическим набором аминокислот и относятся к консументам второго порядка и т.д., т.е. трофическая цепь может быть продолжена. Таким образом цепи могут быть короткими (осина – заяц – лиса) и более сложными (трава – насекомые – лягушки – змеи – хищные птицы). Разные трофические цепи связаны между собой общими звеньями, образуя сложную систему – трофическая сеть.

На всех трофических уровнях образуются «отходы».

 

Зеленые растения ежегодно сбрасывают листья, многие организмы по тем или иным причинам постоянно отмирают. В конечном итоге, так или иначе, созданное ОВ должно частично или полностью замениться с помощью редуцентов (бактерий, грибов, простейших). Они разлагают органические остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов до минеральных веществ, которые вместе с диоксидом углерода, выделяющимся при дыхании редуцентов, вновь возвращается к продуцентам.

10. Круговорот массы и энергии (большой и малый)

Все вещества на планете находятся в процессе биохимического круговорота. Различают два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Большой круговорот длится миллионы лет и заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания (включая и питательные вещества) сносятся потоками воды в Мировой океан, в котором они образуют напластования и лишь частично возвращаются на сушу с осадками и с организмами, извлеченными человеком. Геотектонические изменения, процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещения морей и океанов в течение длительного времени приводят к тому, что эти напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.

Малый круговорот представляет часть большого (происходит на уровне биогеоценоза) и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тел продуцентов и консументов и их развитие. Продукты распада ОВ почвенной микрофлорой и мезофауной вновь разлагаются до минеральных компонентов, снова доступных растеням.

Большой круговорот углерода:

 

Биотический: атмосферный углерод потребляется растениями при фотосинтезе, а затем вместе с ними потребляется консументами; в процессе дыхания, а также разложения мертвой органики углерод превращается в диоксид углерода и возвращается в атмосферу. Часть его накапливается в почве в виде мертвой органики, переходя в ископаемое состояние (уголь, торф), сжигание их переводит углерод в диоксид.

Малый круговорот азота:

 

Большой круговорот азота включает сушу и атмосферу.

11. Помехи в экосистеме и их последствия.

В естественной экологической системе все время поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. При некоторых условиях это равновесие может быть нарушено; при этом оно может быть обратимым или необратимым. Происходит это вследствие помех, роль которых могут играть и абиотические факторы среды. Каждая экологическая система обладает определенным запасом информации, которую получает из внешней среды, причем эта информация стремится вывести систему за пределы, обеспечивающие ее выживание. Стабильность системы зависит от количества информации, необходимой для компенсации «нарушений», т.е. каждое нарушение должно чем-то компенсироваться. Биологические системы тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее.

Вмешательство человека так или иначе нарушает процессы кругооборота. Воздействия могут проявляться в виде введения в систему новых компонентов (например ЗВ), вырубки лесов и др. При этом не всегда эти воздействия ведут к распаду всей системы, к нарушению ее стабильности. Однако это сохранение системы не значит, что она осталась неизменной.

Человек своей деятельностью создает направленные помехи в механизмах передачи информации между компонентами системы, отличающиеся от естественных и действующих как быстро, так и постепенно. Помехи можно разделить на частные и предельные.

Выброс в атмосферу химических ксенобиотиков меняет соотношение газов в воздухе и создает помехи реакциями фотосинтеза, а в некоторых случаях просто убивает листву. Повышение содержания в почве тяжелых металлов снижает урожайность сельскохозяйственных культур. За разрушением экосистем в конечном счете может последовать и разрушение биосферы в целом или намного снизится ее продуктивность.

Сточные воды, содержащие различные ЗВ, вызывают в каждом водном объекте сложные изменения, которые сводятся к нарушению установившихся абиотических условий и вызывают цепь вторичных последствий: ЗВ включаются в химические и биохимические процессы в толще воды и на дне. Органические ЗВ постоянно оседают на дно, образуя гниющие, разлагающиеся осадки, которые потребляют растворенный кислород. В загрязненной зоне возникает резкий дефицит растворенного кислорода, необходимого для дыхания рыб и других водных организмов. При распаде органических ЗВ сточной воды образуются разнообразные вредные продукты (метан, сероводород, меркаптаны, дисульфиды и т.д.), которые усиливают эффект, вызванный недостатком кислорода; многие токсиканты могут аккумулироваться в организмах промысловых рыб.

Т.о. отмеченные изменения сказываются на абиотической среде всех водных организмов: планктона, бентоса, высшей водной растительности. В результате в водном объекте могут происходить необратимые изменения в составе биоценозов, разрушаться пищевые и другие связи между организмами.

Очень важным последствием загрязнения является уменьшение самоочищающей способности водного объекта.

Вещества, загрязняющие атмосферный воздух, могут оказывать на человека как специфическое, так и общетоксическое действие.

12. Характеристика терминов: выбросы, сбросы, отходы, водоток, водоем, ПДКп, ПДКмр, ПДКсс, ПДКв, 0,3ПДКрз источник выбросов (сбросов), источник загрязнения, санитарнозащитная зона, ПДВ, ВСВ, ПДС, ВСС, ПДВВ, НДС, ПДН, высокие и низкие источники выбросов.

Основным критерием, характеризующим качество ЗВ, является ПДК – минимальная концентрация, при которой человек не подвергается негативному влиянию вещества в течение жизни.

Типы ПДК: в воздухе рабочей зоны производственных помещений (ПДКрз) и в атмосферном воздухе населенных пунктов, которое подразделяется на максимально разовое (ПДКмр) и среднесуточное (ПДКсс). ПДКмр определяет допустимую величину кратковременного воздействия ЗВ на организм человека, ПДКсс – допустимую величину длительного воздействия.

Концентрация ЗВ в воздухе на территории предприятия не должны превышать 0,3ПДКрз.

Под источником выбросов понимают трубу, из которой газы поступают в атмосферу; к источникам загрязнения относятся основные и вспомогательные оборудование, в котором, вследствие различных процессов, образуется и отводятся к источнику выбросов ЗВ.

СЗЗ – территория определенной протяженности вокруг предприятия, располагающаяся между предприятием и жилой застройкой.

ПДВВ – предельно допустимое вредное воздействие.

ПДН – предельно допустимые нагрузки.

В тех случаях, когда на действующих предприятиях нормативы ПДВ по причинам объективного характера не могут быть достигнуты, разрабатываются мероприятия по поэтапному снижению выбросов ЗВ до значений ПДВ. На каждом переходном этапе устанавливаются нормативы временно согласованных выбросов (ВСВ).

Высокие – Н>50м;

Низкие – Н=10-50м;

Наземные – Н<2м.

НДС – нормативно допустимый сброс.