Organizmy żyjące na Ziemi są ze sobą powiązane różnymi zależnościami, m.in. pokarmowymi. Znaczącą rolę odgrywają tutaj producenci, którzy są pokarmem dla konsumentów. Ich szczątki są z kolei podstawowym pożywieniem dla destruentów. Wszystkie potrzeby organizmów mogą zostać zaspokojone dzięki stabilnym procesom umożliwiającym przepływ substancji i energii w łańcuchu pokarmowym.

Rallbo7FjSh3J
Przepływ energii i krążenie materii w ekosystemie
Źródło: Andrzej Bogusz, licencja: CC BY 3.0.
Aby zrozumieć poruszane w tym materiale zagadnienia, przypomnij sobie:
  • że w ekosystemie organizmy zjadane i zjadające tworzą łańcuchy pokarmowe;

  • że producenci, konsumenci i destruenci stanowią kolejne poziomy troficzne.

Twoje cele
  • Opiszesz, na czym polega krążenie materii i przepływ energii w ekosystemie.

  • Omówisz rolę producentów, konsumentów i destruentów w obiegu materii i przepływie energii przez ekosystem.

  • Wyjaśnisz, dlaczego przy przechodzeniu materii wzdłuż łańcucha pokarmowego następują straty energii.

  • Rozróżnisz przepływ energii i obieg materii.

iFqfr7IyX1_d5e137

1. Rodzaje łańcuchów troficznych

W naturze można wyróżnić dwa rodzaje łańcuchów troficznychłańcuch troficznyłańcuchów troficznych:

  • Łańcuch spasania- rozpoczyna się zawsze od producentaproducenciproducenta, a jego kolejne ogniwa stanowią: konsumentkonsumencikonsument I rzędu (np. roślinożerca), konsument II rzędu (np. mięsożerca zjadający roślinożercę) i konsument III rzędu (np. mięsożerca zjadający innych mięsożerców).

  • Łańcuch detrytusowy - pierwszy poziom tworzą destruencidestruentdestruenci, a kolejne ogniwa łańcucha stanowią konsumenci kolejnych rzędów, podobnie jak w łańcuchu spasania.

W ekosystemach naturalnych łańcuchy pokarmowe przeplatają się wzajemnie, tworząc sieci pokarmowe, zwane też sieciami troficznymi. Dzieje się tak dlatego, że konsumenci zwykle odżywiają się pokarmem różnego rodzaju i mogą tym samym jednocześnie należeć do kilku poziomów troficznych. Im więcej gatunków tworzy biocenozębiocenozabiocenozę, tym bardziej skomplikowana jest sieć zależności pokarmowych.

2. 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 do tego, by producenci co roku produkowali łącznie 150 mld ton (150 × 10Indeks górny 9 kg) biomasybiomasabiomasy.

  • Większość energii zmagazynowanej w związkach organicznych rośliny zużywają na swoje potrzeby życiowe, głównie oddychanie, syntezę potrzebnych związków organicznych i transport substancji. Żaden z procesów zachodzących w komórce nie przebiega ze stuprocentową wydajnością. W efekcie tylko ułamek energii świetlnej, którą rośliny zaabsorbowały podczas fotosyntezy, pozostaje zmagazynowany w wiązaniach chemicznych związków organicznych budujących ciało roślin. Znacznie większa część energii słonecznej docierającej do rośliny rozprasza się w otoczeniu.

  • 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 ok. 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 i 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 jednokierunkowo od producentów do konsumentów i destruentów, w którym zostaje wykorzystana i rozproszona.

R1LHZ6OLeYJe8
Przepływ energii w ekosystemie
Źródło: Dariusz Adryan, licencja: CC BY-SA 3.0.

Przepływ energii przez ekosystem można przedstawić graficznie w postaci piramidy energii. To rodzaj piramidy troficznej, której podstawę stanowi poziom troficzny producentów, a wyższe poziomy to konsumenci kolejnych rzędów. W piramidzie energii każdy poziom odpowiada ilości energii skumulowanej przez organizmy jednego poziomu troficznego.

RsJ4Ut6H2TMR9
Piramida energii
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
iFqfr7IyX1_d5e194

3. 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.

Produktywność ekosystemów

Ekosystemy, do których należą: łąki, lasy, pola uprawne, morza czy jeziora, produkują materię organiczną. Intensywność, z jaką w danym ekosystemie w określonej jednostce czasu wytwarzana jest materia lub magazynowana energia w związkach organicznych, nazywamy produktywnością ekosystemu. Całość wytworzonej materii lub zmagazynowanej energii jest nazywana produkcją pierwotną brutto. Produkcja pierwotna brutto pomniejszona o część, którą producenci zużywają w procesach życiowych, stanowi produkcję pierwotną netto. Ekosystemy wodne są mniej produktywne niż lądowe. Do najbardziej produktywnych ekosystemów należą ekosystemy bagienne, estuariaestuariumestuaria, rafy koralowe i pola uprawne, a najniższą produktywność wykazują oceany i pustynie. Wielkość produkcji pierwotnej zmniejsza się w miarę oddalania od równika, co wskazuje na istotny wpływ nasłonecznienia i temperatury na produktywność ekosystemów.

Głównymi czynnikami mającymi wpływ na produkcję pierwotną w ekosystemach są:

  • warunki termiczne;

  • dostępność światła;

  • dostępność wody i soli mineralnych;

  • skład gatunkowy ekosystemów.

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.

Piramida biomasy przedstawia ilość materii wbudowanej w ciała osobników na każdym poziomie pokarmowym (troficznym) określonej biocenozy. Określa masę producentów, konsumentów pierwszego i wyższych rzędów w biocenozie. Na przykład w biocenozie lądowej zwykle biomasa producentów jest największa, mniejszą stanowią konsumenci pierwszego rzędu, a jeszcze mniejszą - konsumenci drugiego rzędu.

RJ3DgpP0KmUyw
Piramida biomasy.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 1

Opisz skutki, jakie może mieć regularne koszenie trawnika bez nawożenia go.

RiYqx0TijRhMK
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Polecenie 2

Uzasadnij, że zdanie „W przyrodzie nic nie ginie” jest ilustracją procesu krążenia materii w ekosystemie.

RXsutPzbgM17A
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
iFqfr7IyX1_d5e299

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 ze Słońca.

  • W ekosystemach materia krąży między żywą i nieożywioną częścią ekosystemu.

Praca domowa

11
Ćwiczenie 1

Opisz krążenie materii w akwarium. Zdecyduj, czy akwarium można uznać za ekosystem.

RtZDxgNjXPXqK
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 2

Wyjaśnij, dlaczego dla funkcjonowania ekosystemu jest konieczny stały dopływ energii świetlnej.

RlpNui2z1nlaK
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 3

Wyjaśnij, dlaczego liczba konsumentów II rzędu jest mniejsza od liczby konsumentów I rzędu.

R1TuupJ2YI9DD
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

biocenoza
biocenoza

populacje wszystkich gatunków roślin, zwierząt i mikroorganizmów związanych z określonym typem ekosystemu, zespół organizmów zależnych od siebie, przystosowanych do określonych warunków środowiska (biotopu) wchodzących w skład ekosystemu

biomasa
biomasa

masa materii zawarta w organizmach zwierzęcych lub roślinnych w momencie pomiaru

destruent
destruent

organizm odżywiający się szczątkami organicznymi (opadłymi liśćmi, martwymi drzewami, padliną, martwymi glonami jednokomórkowymi opadającymi na dno zbiorników wodnych) lub odchodami

estuarium
estuarium

poszerzone, lejkowate ujście rzeki, powstałe w wyniku działania pływów morskich.

łańcuch troficzny
łańcuch troficzny

inaczej łańcuch pokarmowy, jednostka organizacji biotycznej ekosystemów, stanowiąca drogę, po której odbywa się przepływ energii

konsumenci
konsumenci

organizmy cudzożywne odżywiające się substancjami pokarmowymi znajdującymi się w ciałach innych organizmów (żywych lub martwych)

producenci
producenci

rośliny zielone, a także niektóre gatunki pierwotniaków i bakterii, wiążące energię świetlną lub chemiczną i wytwarzające z pobieranych związków nieorganicznych substancje organiczne

iFqfr7IyX1_d5e367

Zadania

1
Pokaż ćwiczenia:
11
Ćwiczenie 1
RuFbTCOhpKbnM
Wybierz prawidłowe dokończenie zdania.

Równowaga biocenotyczna jest tym bardziej stała, a jej regulacja tym doskonalsza, im... Możliwe odpowiedzi: 1. mniej gatunków wchodzi w skład biocenozy., 2. więcej gatunków wchodzi w skład biocenozy., 3. mniej biocenoza jest zróżnicowana., 4. mniej gatunków wchodzi w skład biotopu.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
1
Ćwiczenie 2
R1Wa0jYQ0s0lB
Wskaż prawdziwe zdania. Możliwe odpowiedzi: 1. Pierwiastki budujące materię krążą w przyrodzie pomiędzy organizmami a środowiskiem nieożywionym., 2. W obiegu materii uczestniczą producenci, konsumenci i destruenci., 3. Produkcja pierwotna brutto określonego poziomu troficznego jest zawsze niższa od produkcji netto tego poziomu., 4. Krążenie materii w przyrodzie związane jest z jej ciągłymi stratami.
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY-SA 3.0.
R1FOz1ScIqPTc2
Ćwiczenie 3
Wybierz prawidłowe dokończenie zdania.

Produkcja w ekosystemie jest tym niższa, im wyższy jest poziom troficzny, ponieważ: Możliwe odpowiedzi: 1. Na wyższym poziomie troficznym organizmy pobierają mniej pokarmu., 2. Przy przejściu z niższego poziomu troficznego na wyższy znaczna część materii organicznej opuszcza biocenozę., 3. Im wyższy poziom troficzny, tym mniejsza liczba i różnorodność gatunków., 4. Przy przejściu z niższego poziomu troficznego na wyższy cześć energii ulega rozproszeniu.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
2
Ćwiczenie 4
Rmjta1vETV5bc
Łączenie par. Oceń prawdziwość poniższych zdań.. Do prawidłowego funkcjonowania ekosystemu potrzebny jest stały dopływ materii.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Im wyższy poziom troficzny, tym mniej energii do niego dociera – z jednego poziomu troficznego na drugi przechodzi tylko 10% energii.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Organizmy fotosyntetyzujące przekształcają energię chemiczną w energię świetlną magazynowaną w związkach organicznych.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz. Destruenci umożliwiają wielokrotne wykorzystanie materii zawartej w ekosystemie.. Możliwe odpowiedzi: Prawda, Fałsz
Źródło: Alicja Kasińska, licencja: CC BY-SA 3.0.
3
Ćwiczenie 5
ROWgtB3JM5M3B
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
RZGXQ7w8f7MbA
Schemat przedstawia krążenie materii i przepływ energii w ekosystemie. Podaj nazwy grup organizmów oznaczonych literami A,B,C i D oraz określ rodzaje energii oznaczone cyframi 1 i 2. A - 1. Producent (roślina), 2. Konsument II rzędu (roślinożerca), 3. Energia świetlna, 4. Konsument I rzędu (roślinożerca), 5. Konsument I rzędu (wszystkożerca), 6. Producent (bakterie), 7. Konsument II rzędu (mięsożerca), 8. Energia fizyczna, 9. Destruent, 10. Energia chemiczna
B - 1. Producent (roślina), 2. Konsument II rzędu (roślinożerca), 3. Energia świetlna, 4. Konsument I rzędu (roślinożerca), 5. Konsument I rzędu (wszystkożerca), 6. Producent (bakterie), 7. Konsument II rzędu (mięsożerca), 8. Energia fizyczna, 9. Destruent, 10. Energia chemiczna
C - 1. Producent (roślina), 2. Konsument II rzędu (roślinożerca), 3. Energia świetlna, 4. Konsument I rzędu (roślinożerca), 5. Konsument I rzędu (wszystkożerca), 6. Producent (bakterie), 7. Konsument II rzędu (mięsożerca), 8. Energia fizyczna, 9. Destruent, 10. Energia chemiczna
D - 1. Producent (roślina), 2. Konsument II rzędu (roślinożerca), 3. Energia świetlna, 4. Konsument I rzędu (roślinożerca), 5. Konsument I rzędu (wszystkożerca), 6. Producent (bakterie), 7. Konsument II rzędu (mięsożerca), 8. Energia fizyczna, 9. Destruent, 10. Energia chemiczna
1 - 1. Producent (roślina), 2. Konsument II rzędu (roślinożerca), 3. Energia świetlna, 4. Konsument I rzędu (roślinożerca), 5. Konsument I rzędu (wszystkożerca), 6. Producent (bakterie), 7. Konsument II rzędu (mięsożerca), 8. Energia fizyczna, 9. Destruent, 10. Energia chemiczna
2 - 1. Producent (roślina), 2. Konsument II rzędu (roślinożerca), 3. Energia świetlna, 4. Konsument I rzędu (roślinożerca), 5. Konsument I rzędu (wszystkożerca), 6. Producent (bakterie), 7. Konsument II rzędu (mięsożerca), 8. Energia fizyczna, 9. Destruent, 10. Energia chemiczna
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
R1CWmubYXJjZj1
Ćwiczenie 5
Uporządkuj elementy tak, aby przedstawiały kolejne etapy łańcucha pokarmowego. Elementy do uszeregowania: 1. Konsumenci drugiego rzędu, 2. Destruenci, 3. Konsumenci pierwszego rzędu, 4. Producenci
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑azure

Notatnik

R14CUeJrNyTyv
(Uzupełnij).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.