Законы передачи энергии в экосистеме. Экологические пирамиды. Экологические проблемы упаковки и пути их решения

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Новгородский государственный университет имени  Ярослава Мудрого»

Гуманитарный  институт Юридический факультет

 
 
 
 
 
 Законы  передачи энергии  в экосистеме. Экологические пирамиды. Экологические проблемы упаковки и пути их

решения.

 
 
   Контрольная работа по дисциплине: «Экология»

 
 
 
 
Студент группы 7281 030 ЮФ

Павлова А.Д.

 
Проверил преподаватель  Елистратова И.А.

 
 
 
 
г. Великий Новгород 2008г.

 

Содержание

Глава 1. Законы передачи энергии в экосистеме. Экологические  пирамиды...3

1. Законы передачи энергии в экосистеме 3
2. Экологические пирамиды 7

Глава 2. Экологические  проблемы упаковки и пути их решения 15

1. Экологические проблемы упаковки 15
2. Пути решения проблемы упаковки 24

Список литературы 27

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2

 

Глава 1. Законы передачи энергии  в экосистеме. Экологические

пирамиды. 1. Законы передачи энергии  в экосистеме

      Основной  функциональной единицей в экологии является экосистема. Экологическая система или экосистема это взаимодействующие между собой живые организмы и окружающая физическая среда, причем это взаимодействие таково, что поток энергии создает определенные биотические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями (между биотой и абиотой). Структура экосистемы, взаимосвязи между организмами и средой обитания становятся понятны, если рассмотреть функциональную схему экосистемы.

      Автотрофные организмы или автотрофы (от слова trophe - питание) -это в основном зеленые растения, создающие первичную биомассу, сложные органические соединения, используя простые неорганические вещества и солнечную энергию - это известная реакция фотосинтеза.

     Гетеротрофные организмы или гетеротрофы - это организмы, нуждающиеся в готовой пище. Органическое вещество - более концентрированная форма энергии, чем солнечный свет, но большая часть энергии Солнца проходит через экосистему и покидает ее в виде низкокачественной тепловой энергии. Энергия используется только один раз, тогда как пища и другие биогенные элементы ( N, С, О, Р, S, вода) могут использоваться многократно.

     Все экосистемы, включая самую крупную - нашу биосферу - являются открытыми  системами: они должны получать и  отдавать энергию и вещества. Поэтому важную роль играют среда на входе и среда на выходе (см. рис.).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
3

 

 
       Любая   экосистема   имеет   биологическую   структуру,   компоненты которой  следующие:

            1). Неорганические вещества, участвующие в круговороте (С, N, О, С0₂, Н₂0 и др.).

     2). Органические соединения, связывающие неживую и живую части (белки, углеводы, липиды, гумус и т. д.).

            3). Воздушная, водная, почвенная среды, включая климат и другие физические факторы.

4). Продуценты - автотрофные организмы.

            5). Макроконсументы - гетеротрофные организмы (животные), питающиеся другими организмами или готовым органическим веществом (травоядные).

            6). Микроконсументы, деструкторы - гетеротрофные организмы (бактерии, грибы), получающие энергию путем разложения мертвых тканей. В результате их деятельности высвобождаются неорганические элементы.

      Примеры природных экосистем: лиственные леса, тундра, пруды и т. п. В каждой из таких экосистем можно найти  все три группы организмов, необходимых  для жизнеспособной экосистемы: это - продуценты, зеленые растения, макроконсументы - травоядные и хищные животные, микроконсументы - редуценты - это грибы, бактерии, питающиеся мертвыми растительными и животными остатками.

Примеры     искусственных     экосистем:     аквариум,     биологические

4

 

очистные  сооружения. Искусственные экосистемы являются гетеротрофными, т. е. Потребляющими  готовую пищу. Примером искусственной  гетеротрофной экосистемы может  служить город.

      Город, как экосистема отличается тем, что для него очень большую роль играют среда на входе и среда на выходе.

            Организмы в экосистеме связаны общей энергией и веществами. Всю экосистему, например биосферу, можно уподобить единому механизму, который потребляет энергию и  питательные вещества для совершения работы. Суть этой работы: абиотические компоненты + энергия —> питательные вещества. Ее выполняют автотрофные организмы - растения при помощи фотосинтеза. Создается первичная биомасса. Далее эта биомасса потребляется гетеротрофными организмами биосферы и в конце концов возвращаются в абиоту либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит постоянный круговорот веществ, в котором участвуют как живой так и неживой компоненты биосферы. Такие круговороты называются биохимическими циклами. Движущей силой этих круговоротов является, в конечном счете, энергия Солнца. Непосредственно используют эту энергию фотосинтезирующие организмы (растения) и передают затем энергию Солнца уже в сконцентрированном виде другим организмам биосферы. В результате создается поток энергии и веществ.^см. рис ниже).

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
¹ Упрощенная схема потока энергии в линейной пищевой цепи. ОПЭ — общее поступление солнечной энергии; НЭ — неиспользованная экосистемой энергия; С — энергия, поглощенная растениями; Н — часть энергии (с первичной продукцией), использованная организмами трофических уровней; СН—часть поглощенной энергии, рассеянная в тепловой форме; Д[, Да, Дз — потери энергии на дыхание: Э — потери вещества в форме экскрементов и выделений; Пд—валовая продукция продуцентов; П.—чистая первичная продукция; Пэ и Пз—продукция консументов; в круге показаны биоредуценты — деструкторы мертвой органики. (По Ю. Одуму. 1975)

 
5

 

      Необходимо  отметить, что экологические факторы, такие как климат, температура, ветер, осадки, испарение - тоже регулируются поступлением

солнечной энергии.

      Поток энергии является линейным, т. е. энергия  проходит через экосистему, а не совершает круговоротов, как питательные вещества. Т. е. энергия используется однократно (уголь, нефть и т. п. ископаемое топливо -это запасы энергии, энергия задерживается на некоторое время в экосистеме).

      Причина того, что поток энергии носит  линейный характер, заключается в термодинамических законах, которым подчиняется любая экосистема, в т. ч. и наша биосфера. Именно: энергия может существовать в различных взаимопревращающихся формах: механическая, химическая, тепловая и т. д. Переход одной формы в другую подчиняется законам термодинамики: 1-й закон - закон сохранения энергии: энергия может превращаться из одной формы в другую, но не может возникнуть из ничего или исчезнуть без следа. 2-й закон термодинамики гласит, что при всяком превращении энергия не может быть использована на все 100%, а часть ее неизбежно превращается в тепло. При этом происходит возрастание энтропии той системы, которая это тепло принимает. Энтропия есть мера беспорядка, неупорядоченности, тепловая энергия есть энергия беспорядочного движения атомов, молекул, следовательно с увеличением тепловой энергии возрастает и беспорядок в системе. И наоборот: работа есть упорядоченное использование энергии, т. е.  в результате произведенной

6

 

работы  уменьшается мера беспорядка. Живые организмы уменьшают, таким образом, энтропию внутри себя, за счет увеличения ее во вне. Гибель живого организма или системы приводит к возрастанию энтропии, 2-й закон термодинамики проявляет себя в экосистеме следующим образом: живые организмы - это преобразователи энергии и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступившая в биотический компонент, рассеивается в виде тепла. Поэтому все живые организмы как и все экосистемы для поддержания жизни нуждаются в постоянном притоке энергии. Итак, сделаем выводы:

      Важнейшей термодинамической характеристикой  живых организмов, экосистем и  биосферы в целом является способность  создавать и поддерживать высокую  степень внутренней упорядоченности, т.е. состояние с низкой энтропией.

     Жизнеспособные  экосистемы представляют собой открытые неравновесные  термодинамические  системы, постоянно  обменивающиеся с  окружающей средой, энергией и веществом, уменьшая при этом энтропию внутри себя, но увеличивая энергию вовне в согласии с законами термодинамики.

 

     

2. Экологические пирамиды.

     В процессе жизнедеятельности сообщества создается и расходуется органическое вещество. Это значит, что любая  экосистема обладает определенной продуктивностью. Продуктивностью называется скорость образования биомассы. Первичная (валовая) продуктивность - скорость, с которой энергия Солнца усваивается растениями. Продуктивность консументов - вторичная.

     Продуктивность  экосистем и соотношение в них масс различных трофических уровней принято выражать в форме пирамид. Первая такая пирамида должна была построена Ч. Элтоном и называется пирамидой чисел

Элтона.

!

 

Поток энергии через типичную пищевую  цепь.

      Организмы первого трофического уровня называются первичными продуцентами. На суше большую часть продуцентов составляют растения лесов и лугов; в воде это, в основном, зелёные водоросли. Кроме того, производить органические вещества могут синезелёные водоросли и некоторые бактерии.

      Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего трофического уровня - вторичными консументами и т. д. Первичные консументы - это травоядные животные (многие насекомые, птицы и звери на суше, моллюски и ракообразные в воде) и паразиты растений (например, паразитирующие грибы). Вторичные консументы - это плотоядные организмы: хищники либо паразиты. В типичных пищевых цепях хищники оказываются крупнее на каждом уровне, а паразиты - мельче.

      Существует  ещё одна группа организмов, называемых редуцентами. Это сапрофиты (обычно, бактерии и грибы), питающиеся органическими остатками мёртвых растений и животных {детритом). Детритом могут также питаться животные - детритофаги, ускоряя процесс разложения остатков. Детритофагов, в свою очередь, могут поедать хищники. В отличие от пастбищных пищевых цепей, начинающихся с первичных продуцентов (то

9

 

 

 

Упрощённый  вариант экологической пирамиды.