Чому біогеоценоз - це відкрита система?
Потік енергії в біогеоценозах. Існування екосистеми можливе лише в разі надходження з навколишнього середовища не тільки речовин, але і енергії. Постійний приплив енергії сонячних променів - необхідна умова існування біогеоценозів; в їх межах здійснюється круговорот речовин. Ось чому біогеоценоз являє собою незамкнуту систему.
Загальний потік енергії, що характеризує екосистему, складається з світлового і теплового випромінювання Сонця і теплового випромінювання, одержуваного від прилеглих тел. Потік енергії в біогеоценозах однонаправлені - від зеленого рослини до консументам. Для формування і функціонування більшості наземних біогеоценозів величезне значення мають вищі рослини, які продукують органічну речовину, дають початок усім трофічних ланцюгах.
Зелені рослини використовують лише 1-2% енергії сонячного випромінювання, досягає поверхні Землі. Велика частина енергії, отриманої екосистемою від Сонця і запасеної продуцентами в органічних речовинах, витрачається на підтримання життєдіяльності самих продуцентів і розсіюється у вигляді тепла. У міру просування органічних речовин (і укладеної в них енергії) по ланцюгах харчування енергія розсіюється: консументи 1-го порядку можуть отримати лише невелику частку енергії, запасеної продуцентами. З цієї ж причини кількість енергії, доступної для консументів 2-ю і наступних порядків, послідовно зменшується. Вченими встановлено, що при переході від низького рівня до більш високого рівня харчового ланцюга втрачається приблизно 90% енергії, отриманої з їжею. І тільки 10% енергії залишається доступною для споживача. Саме із цієї причини в природних біогеоценозах не можуть існувати довгі ланцюги харчування. Встановлена закономірність отримала назву «правило 10%».
Втрату енергії в харчових ланцюгах наочно можна представити у вигляді піраміди. Екологічна піраміда - графічне зображення співвідношення між продуцентами і консументами різних порядків, виражене в укладеної в особинах енергії (піраміда енергії); в одиницях маси (піраміда біомас); числі особин (піраміда чисел).
Згідно з правилом піраміди біомас, кількість рослинної речовини (маса продуцентів), яка є основою ланцюга харчування, приблизно в 10 разів більше, ніж маса рослиноїдних тварин (консументів 1-го порядку), а маса м'ясоїдних тварин (консументів 2-го порядку) приблизно в 10 раз менше, ніж рослиноїдних. Іншими словами, кожен наступний харчової рівень має масу, в 10 разів меншу, ніж попередній.
Біологічний круговорот речовин. На відміну від енергії речовина в біогеоценозах може використовуватися вдруге. Після смерті організмів хімічні елементи їхніх тіл повертаються в навколишнє середовище і знов по ланцюгах харчування використовуються живими організмами. Таким чином в біогеоценозах підтримується круговорот хімічних елементів.
Біологічний круговорот речовин - це циклічний процес перетворення і переміщення хімічних речовин за участю живих організмів. Рушійними силами цього процесу є потік енергії сонячних променів і діяльність живих організмів. У повітряний шлях кругообігу включаються 98,3% речовин, у водний - 1,7%. Через повітряний шлях здійснюється круговорот газоподібного кисню, вуглекислого газу, газоподібних водню, азоту та інших речовин, через водний - круговорот іонів Na, Mg, F, S, Cl, K та ін.
Біологічний круговорот речовин являє собою сукупність двох протилежних процесів: акумуляції (накопичення) елементів в живих організмах і мінералізації елементів в процесі розкладання мертвих організмів. Енергія сонячного світла підтримує цей циклічний процес і компенсує втрати енергії в системі, що виникають в результаті теплового випромінювання.
Гомеостаз біогеоценозу. Збалансованість потоку речовин і енергії визначає відносну стійкість біогеоценозу в часі і просторі, т. О. Його гомеостаз (від грец. Homoios - подібний і stasis - нерухомість).
Гомеостаз біогеоценозу підтримується стійкими зв'язками між його компонентами (трофічними і енергетичними відносинами). В забезпечення гомеостазу залучаються не тільки організми і продукти їхньої життєдіяльності, а й неорганічні компоненти.
Абіотичні фактори впливають на живі організми, в свою чергу, і організми різними способами впливають на компоненти неживої природи. Життєдіяльність організмів постійно призводить до фізичних і хімічних змін речовин, поставляючи в середу нові речовини і джерела енергії.
Порушені природні екосистеми до певної межі здатні до самоочищення. Наприклад, самоочищення водойм здійснюється завдяки дії фізичних, хімічних і біологічних факторів.
Фізичні фактори самоочищення сприяють осіданню суспензій у вигляді нерозчинних опадів, відстоювання забруднених вод. До важливих фізичних факторів самоочищення відноситься ультрафіолетове випромінювання Сонця, яке вбиває багато хвороботворних бактерій, деякі нижчі гриби і віруси.
Хімічні чинники самоочищення є реакції окислення органічних і неорганічних речовин-забруднювачів.
Як біологічних факторів самоочищення водойм можуть виступати планктонні і бентосні (від грец. Benthos - глибина) фильтратори і мікроорганізми. Прибережна рослинність «перехоплює» стічні води, що надходять у водойму з суші, і накопичує забруднюючі речовини в своїх тканинах. У ролі фильтраторов виступають планктонні рачки - циклопи і дафнії, а також двостулкові молюски, які харчуються детритом. Мікроорганізми розкладають органічні забруднюючі сполуки до простих неорганічних речовин.
Самоочищення залежить від твань екосистеми. Тундри, наприклад, - найменш стійкі, тендітні екосистеми, так як в умовах низьких температур і низької продуктивності рослинних угруповань процеси самоочищення проходять вкрай повільно.
Функціонування і стійкість біогеоценозу залежать від складності його внутрішньої організації: видового різноманіття (кількості видів), від характеру харчових зв'язків.
- Чому в біогеоценозах неможливі дуже довгі ланцюги харчування?
- Що розуміють під біологічним кругообігом речовин в екосистема?
- У чому проявляється гомеостаз екосистеми (біогеоценозу)?
- У чому проявляється здатність біогеоценозів до самовідновлення? Наведіть приклади самовідновлення будь-якого біогеоценозу.
- Доведіть, що біогеоценоз - відкрита система.