Ekosystem – obieg materii i przepływ energii
Ziemia jest układem zamkniętym. Z zewnątrz dociera do niej jedynie energia słoneczna, która podtrzymuje życie. Wszystkie potrzeby organizmów mogą zostać zaspokojone dzięki stabilnym procesom umożliwiającym przepływ substancji i energii w łańcuchu pokrmowym.
w ekosystemie organizmy zjadane i zjadające tworzą łańcuchy pokarmowe;
producenci, konsumenci i destruenci stanowią kolejne poziomy troficzne.
opisywać, na czym polega krążenie materii i przepływ energii w ekosystemie;
omawiać rolę producentów, konsumentów i destruentów w obiegu materii i przepływie energii przez ekosystem;
wyjaśniać, dlaczego przy przechodzeniu materii wzdłuż łańcucha pokarmowego następują straty energii.
1. Energia przepływa przez ekosystem
Podstawą funkcjonowania przyrody jest energia światła słonecznego. Rośliny przekształcają w energię chemiczną zaledwie 1% energii światła, które dociera do ich powierzchni. Ten ułamek pobranej energii magazynowany jest w związkach organicznych i wystarcza na to, by producenci co roku produkowali łącznie 150 mld ton (150x10Indeks górny 1212 kg) biomasy.
Większość energii zmagazynowanej w związkach organicznych rośliny zużywają na swoje potrzeby życiowe, głównie oddychanie, syntezę potrzebnych związków organicznych, transport substancji. Żaden z procesów zachodzących w komórce nie przebiega ze 100% wydajnością, dlatego duża część tej energii rozprasza się w otoczeniu. W efekcie tylko ułamek energii świetlnej, którą rośliny zaabsorbowały podczas fotosyntezy pozostaje zmagazynowany w wiązaniach chemicznych związków organicznych budujących ciało roślin.
Zwierzęta roślinożerne nie zjadają roślin w całości, ponadto większość z nich nie potrafi strawić celulozy. Z tego powodu trafia do nich jedynie część energii zmagazynowanej w masie roślinnej. Zużywają tę energię do podtrzymania własnych czynności życiowych, czemu, podobnie jak w przypadku roślin, towarzyszy rozpraszanie energii. Zwierzęta roślinożerne rosną i rozmnażają się, stając się dla konsumentów II rzędu magazynem materii i energii. Konsumenci II rzędu wykorzystują około 10‑20% energii zgromadzonej przez roślinożerców. Na każdym poziomie troficznym energii jest coraz mniej, więc tworzące dany poziom organizmy mogą wyżywić coraz mniejszą liczbę konsumentów. To wyjaśnia, dlaczego większość łańcuchów w ekosystemach składa się zaledwie z 4 lub 5 ogniw.
Do ostatniego poziomu troficznego, czyli poziomu destruentów, trafia energia obecna w szczątkach martwych organizmów i odchodach, zwłaszcza w niestrawnych częściach ciała, takich jak pióra, kości, rogi.
Na każdym poziomie pokarmowym większość przyswojonej energii zostaje rozproszona i stracona. Szacuje się, że każdy kolejny poziom troficzny ma do dyspozycji o ok. 90% mniej energii niż poziom poprzedni. Oznacza to, że energia przepływa przez ekosystem, w którym zostaje wykorzystana i rozproszona.
2. Materia krąży w ekosystemie
Rośliny (i inni producenci) wiążą świat materii nieożywionej ze światem materii żywej. Z prostych substancji nieorganicznych tworzą materię organiczną, która buduje ich ciała. W postaci pokarmu wędruje ona wzdłuż łańcucha pokarmowego i dociera ostatecznie do destruentów. Tu następuje kolejny ważny etap krążenia materii: bakterie i grzyby przeprowadzają rozkład substancji organicznych do prostych związków mineralnych, które ponownie mogą zostać przyswojone przez producentów. Materia w ekosystemie nie ginie i nie rozprasza się, zmienia jedynie postać. Naturalne ekosystemy są samowystarczalne. Dzięki stałemu krążeniu materia jest nieustannie przetwarzana i ponownie wykorzystywana. Nie powstają tu żadne substancje zbędne, a substancje nie muszą być dostarczane z zewnątrz.
W ekosystemach sztucznych, np. na polach uprawnych, krążenie materii jest zaburzone. Człowiek zbiera i wywozi niemal cały plon. W przypadku pszenicy są to zarówno owoce (zboże), jak i łodygi (słoma). Taki ekosystem nie może funkcjonować bez dostarczania do gleby nawozów mineralnych.
Ogrodnicy sami produkują naturalny nawóz przyspieszając procesy zachodzące w przyrodzie. Gromadzą oni szczątki roślin w kompostownikach, gdzie układają je warstwami, dbając, by były dobrze przewietrzone i wilgotne. Obsypują je bardzo żyzną glebą, zawierającą duże ilości bakterii glebowych, albo zaszczepiają specjalnymi preparatami zawierającymi takie bakterie. Wytworzony nawóz może zostać rozsypany na glebę już w następnym roku.
Opisz, jakie mogą być skutki regularnego koszenia trawnika i niestosowania na nim żadnych nawozów.
Uzasadnij, że zdanie „W przyrodzie nic nie ginie” jest ilustracją procesu krążenia materii w ekosystemie.
Podsumowanie
Podstawą funkcjonowania przyrody jest energia światła słonecznego.
Energia przepływa przez wszystkie poziomy pokarmowe ekosystemu i stopniowo jest rozpraszana w środowisku; jej straty uzupełniane są przez stały dopływ energii pochodzącej od Słońca.
W ekosystemach materia krąży pomiedzy żywą i nieożywioną częścią ekosystemu.
Opisz krążenie materii w akwarium. Zdecyduj, czy można uznać akwarium za ekosystem.
Wyjaśnij, dlaczego dla funkcjonowania ekosystemu jest konieczny stały dopływ energii.
Wyjaśnij, dlaczego liczba konsumentów II rzędu jest mniejsza od liczby konsumentów I rzędu.
Zadania
Oceń prawdziwość zdań i zaznacz odpowiedź Prawda lub Fałsz.
| Prawda | Fałsz | |
| W ekosystemie nie ma strat energii. | □ | □ |
| Na każdym poziomie troficznym organizmy wykorzystują energię do przeprowadzania czynności życiowych. | □ | □ |
| Energia przepływająca przez ekosystem może zostać zgromadzona w biomasie i ponownie wykorzystana przez producentów. | □ | □ |
| Destruenci umożliwiają wielkokrotne wykorzystanie materii zawartej w ekosystemie. | □ | □ |
Wskaż zadania prawdziwe.
- Pierwiastki budujące materię krążą w przyrodzie pomiędzy organizmami a środowiskiem nieożywionym.
- W obiegu materii uczestniczą producenci, konsumenci i destruenci.
- Do prawidłowego funkcjonowania ekosystemu potrzebny jest stały dopływ materii.
- Krążenie materii w przyrodzie związane jest z jej ciągłymi stratami.
Oto schematycznie zapisany łańcuch pokarmowy:
trawa (8000 kJ) – zając (80 kJ) – wilk (0,8 kJ).
Wskaż poprawny komentarz do tego łańcucha pokarmowego.
- Energia, przepływając przez łańcuch pokarmowy, ulega magazynowaniu i rozpraszaniu.
- Ze względu na straty energii łańcuch pokarmowy może składać się zaledwie z kilku ogniw.
- Terytorium, na którym poluje jeden wilk, musi być znacznie większe niż terytorium, na którym żeruje jeden zając.
- Biomasa wilków w ekosystemie naturalnym jest większa niż biomasa zajęcy.