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質問 :生態系:概念、構造および機能
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[メンバー (365WT)]回答 [中国の ]時間 :2019-04-23
生態機能

エネルギーフロー

エネルギーフローとは、生態系におけるエネルギー入力、移動、変換、および損失のプロセスを指します。 エネルギーの流れは、生態系の重要な機能であり、生態系では、エネルギーの流れを通して、生物と環境、生物と生物の間の密接な関係を築くことができます。 エネルギーの流れの2つの特徴:1.エネルギーの流れは一方向であり、2.エネルギーは徐々に減少します。

プロセス

1エネルギー入力

生態系のエネルギーは太陽エネルギーに由来し、太陽エネルギーは生産者によって光エネルギーの形で固定された後、生態系内を透過し始めます固定エネルギーは太陽エネルギーのごく一部に過ぎません。 メインフロー

プロジェクト


反射


吸収する
水循環


風、潮


光合成

割合


30%


46%


23%


0.2%


0.8%

しかし、光合成はエネルギーのわずか0.8%であり、驚くべき数があります:3.8×10 ^ 25 J /秒。 生産者が太陽エネルギーを固定した後、そのエネルギーは化学エネルギーの形で生態系に伝達されます。

2エネルギー移動と損失
生態系におけるエネルギーの伝達は不可逆的であり、徐々に減少しており、10%から20%の漸進的な減少率である。 エネルギー伝達の主な経路は栄養関係を構成する食物連鎖と食物網であり、各栄養レベルに伝達されると、同化エネルギーは未使用(将来の繁殖、成長のため)、代謝消費(呼吸、排泄)になります。 それは次の栄養レベル(最も高い栄養レベルを除く)によって使われます。

栄養関係

主な記事:食物連鎖、食物ネットワーク、栄養レベル
生態系では、捕食と寄生による生産者と消費者間の相互関係は食物連鎖と呼ばれ、食物網を形成するために複数の食物連鎖が絡み合っています。 食物連鎖(ネット)は、生産者が第一の栄養段階と呼ばれ、一次消費者が第二の栄養段階と呼ばれるなど、生態系におけるエネルギー伝達の重要な形態です。 エネルギーが限られているため、食物連鎖は一般に5つ以下の栄養素レベルを持ちます。

生態ピラミッド

エコピラミッドとは、特定のコンテンツを面積で表した図で、ピラミッド型であることが多いため、栄養レベルから順に並べられています。 一般的に使用される3つがあります:エネルギーピラミッド、バイオマスピラミッド、および生物量ピラミッド。

1エネルギーピラミッド
意味:単位時間当たりの各栄養レベルで得られるエネルギー量を面積で表し、エネルギーピラミッドである低から高までプロットします。

特徴:生態系のエネルギー移動はリンデマンの法則に従うので、エネルギーピラミッドは常に直立しており、各栄養レベルのエネルギーは前の栄養レベルのエネルギーの10%から20%です。

2バイオマスピラミッド

意味:それぞれの栄養段階の生物の有機物品質は、バイオマスの金である、低いものから高いものへとプロットされた面積によって表されます。

特徴:栄養レベルによって得られるエネルギーは有機物の同化と正の相関があるので、それはエネルギーピラミッドと基本的に一致しています。

3生物量ピラミッド
意味:各栄養段階における存在する個体の数は面積で表されます。面積は、低いものから高いものへとプロットされ、それが生物量ピラミッドです。

特徴:多様な形、常に直立しているわけではありません。 例えば、何百もの昆虫と数羽の鳥が同時に木に住むことができます、そして、「小さい、大きい、大きい」の現象は現れます。

品目サイクル

主な記事:生物地球化学的サイクル
生態系のエネルギーの流れは、バイオームと無機環境の間でさまざまな物質の循環を促進します。 ここに含まれる物質には、炭素、窒素、硫黄、リン、DDTに代表される有毒な物質など、生物を構成する基本的な要素が含まれています。 科学者が南極ペンギンの皮下脂肪から脂溶性農薬DDTを検出した1つの例は、地球規模の生物地球化学です。 遠い文明社会からペンギンの体へのサイクル。

周期による分類

ガスサイクル
ガスの形で大気中を循環する元素は、「ガスサイクル」とも呼ばれるガスタイプのサイクルであり、ガスサイクルは大気と海洋を密接に結び付けており、地球規模です。 (Wu Renjian、141)炭素 - 酸素循環と窒素循環は主に気体です。

水循環

水循環とは、蒸発、植物の蒸散、水蒸気輸送、降水量、地表流出、浸透、地下流出を通じた、水圏、大気、岩石圏、生物圏における自然界での水の連続移動のプロセスを指します。 水循環は生態系の重要な過程であり、すべての物質が循環するために必要な条件です(Wu Renjian 143)

堆積サイクル
堆積サイクルはリソスフェアで起こり、岩石の風化と堆積物の形での堆積物自体の分解によって、元素は生態系に利用可能な物質に変換されます。 堆積サイクルは、硫黄、リン、およびヨウ素によって表され、シリコン元素およびアルカリ金属元素も含まれる。 (呉人家141〜142)

一般物質の循環

カーボンサイクル

炭素は生命の基盤であり、炭素循環は生態系において非常に重要な循環であり、その循環は主に二酸化炭素の形をしており、地球規模で大気循環とともに流れています。 炭素 - 酸素サイクルの主なプロセスは次のとおりです(右の図を参照)。

1気圧→バイオーム
・植物は光合成によって大気中の二酸化炭素を有機物に合成します

・消費者は食物連鎖を通じて植物によって生産された炭素含有有機物を入手する

動植物が炭素含有有機物を獲得する一方で、それらの中には呼吸を通して大気に戻るものもあります。 植物や動物の残骸や排泄物には大量の炭素が含まれており、これらの製品が次のステップの焦点となります。

2バイオーム→リソスフェア、大気

・動植物の残骸や排泄物の一部は微生物によって二酸化炭素に分解され、大気中に戻されます。

・遺跡のもう1つの部分と排泄物は、長期的な地質進化において石油や石炭などの化石燃料を形成します
分解によって発生した二酸化炭素は大気に戻って新しいサイクルを開始し、化石燃料は次のステップのために地下深くに埋められます。

3リソスフェア→大気

・化石燃料の一部はバクテリア(メタン生成菌など)によって分解され、二酸化炭素を大気中に戻します。

・化石燃料の別の部分は人間によって利用されており、一連の変換の後、二酸化炭素が最終的に形成されます。

4大気と海洋の二酸化炭素交換

大気中の二酸化炭素は海水に溶けて重炭酸イオンを生成し、それが生物学的作用を受けて炭酸塩を生成し、それがまた分解して二酸化炭素を生成します。
炭素循環全体における二酸化炭素の固定速度は、生産速度とほぼ釣り合っていますが、現代産業の急速な発展に伴い、人間は大量の化石燃料を使用するため、二酸化炭素の発生速度が大幅に加速し、炭素循環のバランスが崩れます。 大気中の二酸化炭素濃度の急激な増加は、温室効果の重要な原因です。

窒素サイクル窒素サイクル
窒素サイクル

窒素は空気量の78%を占めるので、窒素循環は非常に一般的であり、窒素は植物の成長に不可欠な要素であり、窒素循環は作物を含む様々な植物にとって非常に重要です。 窒素循環の主なプロセスは次のとおりです(右の図を参照)。

1窒素固定
窒素は非常に安定したガス元素であり、窒素固定とは、天然または人工的な方法で他の利用可能な化合物に窒素を固定するプロセスのことです。

・落雷の場合、空気中の窒素と酸素が高電圧の作用下で一酸化窒素を生成し、その後一酸化窒素が一連の変化を経て最終的に硝酸塩を形成する。

窒素酸素→一酸化窒素→二酸化窒素(四酸化二窒素)→硝酸→硝酸塩。 硝酸塩は植物によって吸収されることができる窒素化合物で、窒素はリソスフェアを循環し始めます。

根粒菌および独立栄養性窒素固定細菌は、窒素を固定してアンモニアを生成することができ、これは最終的に植物によって使用され、バイオーム内を循環し始める。
・フリッツハッブルが1918年に人工窒素固定法を発明して以来、人間は窒素循環に重要な影響を及ぼし、人々は窒素ガスをアンモニアガスに固定し、ついには農地に様々な肥料を作り、リソスフェアを循環し始めた。 2微生物サイクル

窒素が固定された後、土壌中の様々な微生物が化学合成を通してサイクルに参加することができます。

・硝化細菌は土壌中のアンモニウム(アンモニア)を酸化して硝酸塩を形成する

・脱窒細菌は硝酸塩を窒素に還元する
脱窒細菌によって生成された窒素は大気に戻されて新しいサイクルを開始します。これが最も単純なサイクルです。 リソスフェアに入った窒素が微生物によって分解されるのではなく、植物の根に吸収されて植物によって同化されると、これらの窒素は別の過程を経ることになる。

3バイオーム→リソスフェア

植物は土壌中の窒素化合物をそれ自身の有機物(通常はタンパク質)に同化し、窒素はバイオーム内を循環する

・植物は土壌中の窒素化合物を吸収し吸収する

・一次消費者は植物を摂取することによって自分の栄養素に窒素を同化させ、高レベルの消費者は他の消費者を捕食することによってこれらの窒素を獲得する。
・植物や動物の窒素は、最終的には排泄物や死体を通ってリソスフェアに戻り、これらの窒素のほとんどは分解剤によって分解されて硝酸塩やアンモニウム塩を形成します。

・石油などの化石燃料を形成する少数の動植物死体

生物群集サイクル後の硝酸塩およびアンモニウム塩は、植物の根に再び吸収される可能性があるが、繰り返しサイクルの後、化合物のバッチは最終的に硝化細菌および脱窒細菌の基本サイクルに入り、サイクルを完了する。

5化石燃料の分解

石油などの化石燃料は、最終的には微生物によって分解されるか、または人間によって使用されます。また、窒素は窒素によっても生成されて大気に戻ります。これが最長の窒素サイクルです。

硫黄サイクル
硫黄は、生物プロトプラストの重要な構成要素であり、タンパク質の合成に不可欠な要素です。そのため、硫黄サイクルは生態系の基本サイクルでもあります。 硫黄含有化合物は、硫酸バリウム、硫酸鉛、および硫化銅のような不溶性塩の両方を含むので、硫黄サイクルの明らかな特徴は、それが長期間の堆積段階および短いガスタイプの循環段階を有することである。 二酸化硫黄と硫化水素 硫黄サイクルの主なプロセスは次のとおりです。

1硫黄放出

さまざまな生物地球化学的プロセスが大気中に硫黄を放出します

・火山噴火は多くの硫化水素ガスを引き出す可能性がある

・硫化物バクテリアは化学合成によって硫化物を形成し、放出される化合物の種類は硫化バクテリアの種類によって異なります。
海水の液滴によって形成されたエアロゾル

・岩塊の風化、この経路で生成された硫酸塩は水に入り、この過程で放出される硫黄は全放出量の約50%を占めます(Wu Renjian 146〜147)。

硫黄の大部分は水に入ります。 火山噴火などによって形成されたガス状の硫黄化合物は、降雨とともに土壌や水域に入りますが、ほとんどの硫黄は直接海に入り込み、永遠に海を循環することはありません。 サイクルのごく一部だけがバイオームにあります。

2リソスフェア、水圏→バイオーム

窒素の循環と同様に、植物の根は硫酸塩を吸収し、硫黄元素は生物群集の中を循環し始め、最終的には死体や排泄物から分離され、これらの物質の大部分は分解剤によって分解されます。
3再堆積

分解剤が含硫黄有機物を硫酸塩と硫化物に分解した後、これらの硫化物は再び1プロセスに従って循環し始めます。

リンサイクル

リンリサイクルリンサイクル
リンはガス状化合物を全く含まないため、典型的な堆積サイクルであり、主に様々な堆積物に存在し、風化によって水域に入り、バイオームを循環し、最終的にはほとんど入り込む。 海底堆積物、海鳥の肥料の一部はリンを陸地に戻すことができますが(ナウル島には大量のそのような鳥の糞があります)、リンの大部分は海底の堆積物に永久に残り、循環できません。

危険物質サイクル

主な記事:バイオ濃縮
自然を変容させる過程で、人間は必然的に有毒で有害な物質を生態系に放出し、濃縮によって食物連鎖の最上位の生物に蓄積します(最上位の生物はしばしば人間です)。 ) 生物の濃縮とは、周囲の環境から分解するのが困難な特定の元素または化合物を吸収および蓄積し、その結果として環境中の濃度を超える生物中の物質の平衡濃度をもたらす、同じ栄養レベルの生物個体または多数の生物集団を指す。 現象 有毒で有害な物質の生物蓄積は、ヒルや痛みを含む多くの生態汚染事件を引き起こしました。
例えば、アメリカのオジロワシはDDTのバイオ濃縮の影響を受けています、1952年から1957年にかけて、鳥の愛好家は、白頭ワシの出生率を観察しました。 落下して(Carson 8章)、その後の研究は高濃度のDDTがウミガメの卵殻を非常に柔らかくしてそれ自身の体重に耐えることができずに壊れることを示した。 1972年11月31日に米国環境保護庁(EPA)がDDTの使用を正式に禁止し、そして白頭ワシの数が回復し始めたのはそうではありませんでした。

情報転送

主な記事:生体情報伝達

身体情報
物理的情報とは、物理的過程を介して伝達される情報のことで、主に音、光、温度、湿度、磁力、機械的振動など、無機環境やバイオームから発生する可能性があります。 。 目、耳、肌などの機能は、物理的な情報を受け取り、それを処理します。 植物の開花は物理的な情報です。

化学情報

アルカロイド、有機酸および代謝物を含む多くの化学物質は情報を伝達することができ、そして鼻および他の特別な器官は化学情報を受け取ることができます。

行動情報

行動情報は同じ種と生物の間で受け渡すことができます。 ミツバチの「サークルダンス」や鳥の「求愛ショー」など、さまざまな行動情報があります。

機能
生態系における生物の活動は情報の役割から切り離せないものであり、生態系における情報の役割は主に通常の生命活動の行動に反映されています。

・多くの植物(レタス、ナス、タバコなど)の種子は発芽するために特定の波長の光情報を受け取らなければなりません

・バッタなどの昆虫の羽は、特定の照明条件下でしか作れません。

・光学情報は、さまざまな生物の体内時計に大きな影響を与えます。

・通常の生活や捕食活動は、光、匂い、音、その他の情報の役割から切り離せません。

2人口繁殖

・光情報は植物の開花時期に重要な影響を及ぼす

・性ホルモンはさまざまな動物の繁殖の季節に重要な役割を果たします

・鳥が繁殖する時間は日照時間に関係します
3生態系の安定性を維持するために生物の種間関係を調整する

・草原では、草原が緑色に変わるとき、「緑色」は食べることができる草食動物のための情報を提供します。

・森の中では、オオカミはウサギの残した匂いに応じて後者を狩ることができ、オオカミの匂いや行動に応じて狩猟を避けることもできます。
[メンバー (365WT)]回答 [中国の ]時間 :2019-04-23
生態学の発展とともに、生態学者は生物学と環境は不可避であると信じ、後にEdomum(EPOdum)は生物学と環境は全体として考慮されるべきであると信じ、そして生態学の定義は「研究エコシステム」です。 「構造と機能の科学」、特定の地域における生物の種、量、バイオマス、生活史および空間分布の研究;生物に対する環境要因の影響および環境に対する生物の反応;生態系におけるエネルギーフローおよび物質循環の法則など 彼の理論は大学の生態学の教育と研究に大きな影響を与え、アメリカの生態学の最高の名誉であり、そして生態系の概念を提案した最初の人物であるTaylor Ecology Awardを受賞しました。

時間構造
生態系の構造も時間とともに変化します。 一般的に3つの期間があり、1つは生態系進化を主な内容とする長期測定、2つ目はコミュニティの継承を主な内容とする中期測定、そして3つ目は短期測定です。

栄養構造

生態系のさまざまな要素間の最も本質的なつながりは、栄養を通じて達成され、それは種間の栄養的関係を形成します。

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