Биогеохимический круговорот фосфора.: Фосфор имеет осадочный резервный фонд, представленный

Презентация на тему:

Биогеохимический круговорот фосфора.:  Фосфор имеет осадочный резервный фонд, представленный

Инфоурок › Экология ›Презентации›Презентация на тему: «Биогеохимические циклы. Круговорот фосфора- основа целостности биосферы.»

Важно! Узнайте, чем закончилась проверка учебного центра «Инфоурок»? ✖

.

Запустите файл

1. Сохраните файл

2. Кликните на скачанный файл

3. Нажмите Запустить

1. Кликните на значок ↓

2. Появится файл, дважды кликните на него

1. Нажмите Сохранить

2. Кликните на значок ↓

3. Появится файл, кликните на него

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайдОписание слайда:

Биогеохимические циклы. Круговорот фосфора- основа целостности биосферы Подготовила: Коваль Т.А.

2 слайдОписание слайда:

Биогеохимические циклы В экосистемах очень важна роль биогеохимических циклов. Биогенные элементы – C, O2, N2, P, S, CO2, H2O и другие – в отличие от энергии удерживаются в экосистемах и совершают непрерывный круговорот из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду. Эти замкнутые пути называют биогеохимическими циклами.

3 слайдОписание слайда:

В каждом круговороте различают два фонда: резервный, включающий большую массу движущихся веществ, в основном небиологических компонентов, и подвижный, или обменный, фонд – по характеру более активный, но менее продолжительный, отличительной особенностью которого является быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Биогеохимические циклы можно подразделять на два типа: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан); 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре. Из 90 с лишним элементом, встречающихся в природе, 30-40 необходимы для живых организмов.

Человек уникален не только тем, что его организм нуждается в 40 элементах, но и тем, что в своей деятельности использует почти все другие имеющиеся в природе элементы.

4 слайдОписание слайда:

Циклы газообразных веществ. Биогеохимические циклы углерода, азота и кислорода — примеры наиболее важных газообразных циклов биогенных веществ. Углерод поступает в биологический круговорот в виде СО2, который усваивается растениями, а азот — в виде газообразного азота N2, который используется азотфиксирующими организмами. Доступные запасы этих газов содержатся в атмосфере.

5 слайдОписание слайда:

Биогеохимический цикл кислорода Кислород – самый распространенный элемент. В настоящее время его количество в атмосфере составляет 1,2х1015 тонн. Масштабы продуцирования кислорода зелеными растениями таковы, что это количество могло быть удвоено за 4000 лет.

Но этого не происходит, так как в течение года разлагается примерно такое же количество органического вещества, которое образуется в результате фотосинтеза. При этом поглощается почти весь выделившийся кислород.

Но благодаря незамкнутости биогеохимического круговорота в связи с тем, что часть органического вещества сохраняется и свободный кислород постепенно накапливается в атмосфере.

«фабрика» по производству кислорода на нашей планете – зеленые растения, хотя в земной коре также протекают разнообразные химические реакции в результате которых выделяется свободный кислород. Еще один миграционный цикл свободного кислорода связан с массобменом в системе природные воды – тропосфера.

В воде океана находится от 3х109 до 10х109 м3растворенного кислорода. Холодная вода высоких широт поглощает кислород, а, поступая с океаническими течениями в тропики – выделяет его в атмосферу. Поглощение и выделение кислорода происходит и при смене сезонов года, сопровождающихся изменением температуры воды.

Кислород расходуется в громадном количестве окислительных реакций, большинство из которых имеет биохимическую природу. В этих реакциях высвобождается энергия, поглощенная в ходе фотосинтеза. В почвах, илах, водоносных горизонтах развиваются микроорганизмы, использующие кислород для окисления органических соединений. Запасы кислорода на нашей планете огромны. Он входит в состав кристаллических решеток минералов и высвобождается из них живым веществом.

6 слайдОписание слайда:

Схема биогеохимического цикла кислорода Общая схема круговорота кислорода в биосфере складывается из двух ветвей: образование свободного кислорода при фотосинтезе; поглощение кислорода в окислительных реакциях.

В современных условиях установившиеся в биосфере потоки кислорода нарушаются техногенными миграциями. Многие химические соединения, сбрасываемые промышленными предприятиями в природные воды, связывают растворенный в воде кислород.

В атмосферу выбрасывается все большее количество углекислого газа и различных аэрозолей. Загрязнение почв и, особенно, вырубка лесов, а также опустынивание земель на огромных территориях уменьшают производство кислорода растениями суши.

Огромное количество атмосферного кислорода расходуется при сжигании топлива. В некоторых промышленно развитых странах кислорода сжигают больше, чем образуется его за счет фотосинтеза.

7 слайдОписание слайда:

Биогеохимический цикл азота. Азот составляет около 80% атмосферного воздуха и является крупнейшим резервуаром и предохранительным клапаном атмосферы. Главным постановщиком азота в биосферу являются недра Земли, основным накопителем – атмосфера, точнее – тропосфера.

Наряду с N2 в атмосферу систематически поступают другие газообразные соединения азота: NН3-, N2О, NО-, NО2-. Наряду с оксидами азота в атмосфере присутствует аммиак. В кислородсодержащей атмосфере он реагирует с оксидами серы и образует кислый сульфат аммония NH4HSO4. Это соединение, так же как нитраты и нитриты, легко вымываются атмосферными осадками.

Основная часть этого элемента, находящаяся в атмосфере в химически неактивной форме N2 , недоступна для главных продуцентов — зеленых растений суши. Но химическая неактивность молекулярного азота не означает его геохимической стабильности. Существуют некоторые виды бактерий, способные активизировать молекулярный азот и связывать его в химические соединения.

Этот процесс получил название Фиксации азота. Промышленная фиксация азота идет в присутствии катализаторов при t~500°С и давлении ~300 атм.

8 слайдОписание слайда:

В организмах большая часть азота присутствует в форме соединений, в состав которых входит аминогруппа NН2-, или в виде аммония. В процессе биохимической фиксации расщепляется молекула N2 и атомы аммиака. Этот процесс протекает с помощью фермента нитрогеназы. Аммиак и ион NH4+, могут поглощаться корнями растений и как уже отмечено, входить в состав аминокислот.

Фиксацию азота осуществляют отдельные специализированные бактерии семейства Azotobacteracea и в определенных условиях синезеленые водоросли. Наиболее продуктивны азотофиксирующие клубеньковые бактерии, образующие симбиозы с бобовыми растениями.

Массам азота, фиксируемая из воздуха почвенными бактериями до начала хозяйственной деятельности человека, оценивается от 30-40 до 200*106 т/год. В настоящее время к этому добавляется искусственная биологическая фиксация, получаемая при помощи бобовых сельскохозяйственных растений (около 20*109 т/год), а также промышленная фиксация азота из воздуха превысила 60-90*106 т/год.

Цикл – фиксация молекулярного азота – аммонификация мертвого органического вещества – нитрификация – денитрификация имеет наиболее важное значение для глобального массообмена азота, так как этот цикл обеспечивает основной поток азота из его главного резерва – атмосферы. Часть азота выводится из биологического круговорота и аккумулируется в мертвом органическом веществе.

Этот своеобразный запас азота в лесных подстилках, торфе и почвенном гумусе постоянно поддерживается в педосфере и свидетельствует о некоторой заторможенности биологического круговорота.

9 слайдОписание слайда:

Промышленная фиксация атмосферного азота – наиболее сильное вмешательство человечества в систему природных глобальных циклов массообмена химических элементов в биосфере.

Кроме того, значительное количество азота (около 40*106 т/год) в форме оксидов поступает в атмосферу с выбросами промышленных предприятий и транспорта, образующимися при сжигании минерального топлива, а также в гидросферу с бытовыми и промышленными стоками. Общее время круговорота азота – примерно 100 лет.

10 слайдОписание слайда:

Биогеохимический цикл углерода. Циклические процессы массообмена углерода имеют особо важное значение для биосферы. В атмосфере находится 2450*10 9 т углерода. Такое же количество освобождается в процессах дыхания и деструкции. Период обновления углерода в биосфере 60 лет (для биомассы 10 лет).

В океане углерод (помимо его содержания в живых организмах) присутствует в двух главных формах: в составе органического вещества и в составе взаимосвязанных ионов НСО-3, СО2-3 и СО2. С углеродом тесно связан весь процесс возникновения и развития биосферы, т.к. именно углерод является основой белковой жизни на нашей планете, т.е.

углерод является важнейшим химическим компонентом живого вещества. Именно этот химический элемент, благодаря своей способности образовывать прочные связи между своими атомами, является основой всех органических соединений.

Из атмосферы углерод усваивается автотрофными организмами-продуцентами (растениями, бактериями, цианобионтами) в процессе фотосинтеза, в результате которого, на основе взаимодействия с водой, формируются органические соединения – углеводы.

Далее, в результате процессов метаболизма, с участием веществ, поступающих с водными растворами, в организмах синтезируются и более сложные органические вещества. Они не только используются для формирования растительных тканей, но также служат источником питания для организмов, занимающих очередные звенья трофической пирамиды – консументов. Таким образом, по трофическим цепям, углерод переходит в организмы различных животных.

11 слайдОписание слайда:

Возвращение углерода в окружающую среду происходит двумя путями. Во-первых – в процессе дыхания. Второй путь возвращения углерода – разложение органического вещества. Часть атмосферного углерода непосредственно поступает из атмосферы в гидросферу, растворяясь в воде.

В бескислородных средах разложение органического вещества также идёт с формированием в качестве конечного продукта углекислого газа. Здесь окисление протекает за счёт кислорода, заимствуемого из минеральных веществ бактериями-хемосинтетиками.

Но процесс в этих условиях идёт медленнее, и разложение органического вещества обычно является неполным.

В результате существенная часть углерода остаётся в составе не до конца разложившегося органического вещества и накапливается в толще земной коры в битуминозных илах, торфяниках, углях.

12 слайдОписание слайда:

Хранители углерода – это живая биомасса, гумус, известняки и каустобиолиты. Естественными источниками углекислого газа, кроме вулканических эксгаляций, являются процессы разложения органичесекого вещества, дыхание животных и растений, окисление органических веществ в почве и других природных средах.

За миллиарды лет с момента появления жизни на Земле весь углерод атмосферы и гидросферы неоднократно прошел через живые организмы. В течение всего 304 лет живые организмы усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере.

Следовательно, всего за 4 года может полностью обновиться углеродный состав атмосферы, и условно можно считать, что углерод атмосферы за этот срок завершает свой цикл. Цикл углерода, входящего в состав гумуса почв оценивается в 300-400 лет.

13 слайдОписание слайда:

Круговорот воды Вода составляет значительную часть живых существ: в теле человека — по весу 60%, а в растительном организме достигает 95%.

На круговорот воды на поверхности Земли затрачивается около трети всей поступающей на Землю солнечной энергии. Испарение с водных пространств создает атмосферную влагу.

Влага конденсируется в форме облаков, охлаждение облаков вызывает осадки в виде дождя и снега; осадки поглощаются почвой или стекают в моря и океаны.

14 слайдОписание слайда:

Для человечества важны фазы круговорота в пределах экосистем. Здесь происходят четыре процесса: •  перехват. Растительность перехватывает часть выпадающей в осадках воды до того, как она достигает почвы. Перехваченная вода испаряется в атмосферу.

Величина перехвата в умеренных широтах может достигать 25% общей суммы осадков, это — физическое испарение; •  транспирация — биологическое испарение воды растениями. Это не дождевая вода, а вода, заключенная в растении, т.е. экосистемная. Растения, потребляя около 40% общего количества осадков, играют главную роль в круговороте воды; •  инфильтрация — просачивание воды в почве.

При этом часть инфильтрованной воды задерживается в почве тем сильнее, чем значительнее в ней коллоидальный комплекс, соответствующий накоплению в почве перегноя; •  сток. В этой фазе круговорота избыток выпавшей с осадками воды стекает в моря и океаны.

Отличие циклов углерода и азота от круговорота воды состоит в том, что в экосистемах два названных элемента накапливаются и связываются, а вода проходит через экосистемы почти без потерь. Биосфера ежегодно использует на формирование биомассы 1% воды, выпавшей в виде осадков.

15 слайдОписание слайда:

Цикл серы. Основным резервуаром серы является литосфера, так как из атмосферы и гидросферы она быстро мигрирует.

Круговорот серы включает восстановительные и окислительные звенья, а также превращения без изменения валентности: · восстановительная фаза (переход от сульфатов к сульфидам) реализуется преимущественно биотой с доминирующей ролью прокариот; · окислительная фаза (переход от сульфидов к сульфатам) протекает как чисто химически, так и с участием микроорганизмов. Процессы окисления или восстановления не всегда завершаются до конца. В природе нередки не полностью окисленные продукты: элементная сера, сульфиты и др.

16 слайдОписание слайда:

Круговорот второстепенных элементов Второстепенные элементы подобно жизненно важным мигрируют между организмами и средой, хотя и не представляют ценности для организмов. Но в окружающую среду часто попадают побочные продукты промышленности, содержащие высокие концентрации тяжелых металлов, радиоактивные элементы и ядовитые органические соединения.

Радиоактивный Sr-90 крайне опасен для человека и животных. По химическим свойствам он похож на кальций и поэтому, попав в организм, накапливается в костях и оказывается в опасном контакте с костным мозгом — кровеносной тканью. Радиоактивный Cs-137 — по свойствам схож с калием и поэтому быстро циркулирует по пищевым цепям.

Sr-90 и Cs-137 — новые вещества, которые не существовали в природе до того, как человек расщепил атом. Они характеризуются длительными периодами полураспада. Аккумуляция этих радиоактивных изотопов в организме человека создает постоянный источник облучения, приводящего к канцерогенезу.

Элементы, которые человек считает ценными (платина, золото), повторно используются на 90% и более. Однако коэффициент рециркуляции энергии равен нулю.

17 слайдОписание слайда:

Круговорот фосфора-основа целостности биосферы

18 слайдОписание слайда:

Общая характеристика фосфора. фосфора в земной коре Фосфор один из достаточно широко распространенных химических элементов, входящих в состав различных, в том числе и породообразующих минералов, формирующих ряд горных пород.

В процессе выветривания этих пород в значительных количествах фосфор поступает в биогеоценозы, а также за счет выщелачивания атмосферными осадками и в конечном счете накапливается в гидросфере. Во всех случаях фосфор оказывается в пищевых системах, но его подготовка не является простой.

Фосфор же необходим организмам для построения генов и молекул соединений, переносящих энергию внутри клеток. В минералах фосфор содержится в форме неорганического фосфата-иона (РО3 4 ). Растения способны к поглощению фосфата из водного раствора для включения их в состав различных органических соединений.

В растениях фосфор выступает уже в форме так называемого органического фосфата. В этой форме он уже способен к движению по пищевым цепям и к его передаче организмам экосистем. При каждом переходе от одного трофического уровня к другому достаточное количество фосфорсодержащего соединения для получения организмом энергии подвергается окислению при клеточном дыхании.

В этом случае фосфор может оказаться только в составе мочи или ее аналогов и быть выведенным за пределы организма в окружающую среду, где собственно может начать дальнейший цикл через поглощение растениями. Источником фосфора биосферы является главным образом апатит, встречающийся во всех магматических породах.

19 слайдОписание слайда:

В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Усвоение фосфора растениями во многом зависит от кислотности почвы. Фосфор жизненно необходим животным в процессах обмена веществ для накопления энергии.

С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в илы морей. Он концентрируется в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия для создания богатых фосфором пород, которые в свою очередь являются источником фосфора в биогенном цикле.

Фосфор является необходимым компонентом нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), выполняющих в биосистемах функции, связанные с записью, хранением и чтением информации о строении организма. фосфора в земной коре составляет 8*10-20 % (по весу).

В свободном состоянии фосфор в природе не встречается вследствие его легкой окисляемости.

Так как растения уносят из почвы значительное количество фосфора, а естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне незначительно, то внесение в почву фосфорных удобрений является одним из важнейших мероприятий по повышению урожайности. Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн. т. фосфатной руды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений.

20 слайдОписание слайда:

Для большинства химических элементов и соединений, которые обычно связаны с литосферой, а не с атмосферой, характерны осадочные циклы. Циркуляция таких элементов осуществляется путем эрозии почв, осадкообразования, горообразования, вулканической деятельности и переноса веществ организмами.

Твердые вещества, переносимые по воздуху как пыль, выпадают на землю в виде сухих осадков или с дождем. Осадочные циклы имеют общую направленность «вниз». Живым сообществам доступны в основном те химические элементы, которые входят в состав пород, расположенных на поверхности Земли.

Важным для биосферы элементом, недостаток которого на поверхности ограничивает рост растений, является фосфор. Человек так изменяет движение многих веществ, участвующих в осадочных циклах, что круговороты их теряют цикличность. В результате в одних местах возникает недостаток, а в других — избыток некоторых веществ.

Механизмы, обеспечивающие возвращение химических элементов в круговорот, основаны главным образом на биологических процессах минерализации органических веществ.

21 слайдОписание слайда:

Из осадочных циклов наибольшее значение в биосфере имеет круговорот фосфора Круговорот фосфора в природе сильно отличается от биогеохимических циклов углерода, кислорода, азота и серы, так как газовая форма соединений фосфора (например РН3) практически не участвует в биогеохимическом цикле фосфора.

То есть фосфор к накоплению в атмосфере вообще не способен. Поэтому роль «резервуара» фосфора, из которого этот элемент извлекается и используется в биологическом круговороте играет литосфера. Фосфор в литосфере содержится в форме фосфатных соединений (солей фосфорной кислоты).

Основная доля среди них приходится на фосфат кальция – апатит. Это полигенный минерал, образующийся в различных природных процессах – как в глубинных, так и в гипергенных (в том числе и биогенных).

Фосфатные соединения способны растворяться в воде, и фосфор в составе иона РО43- может мигрировать в водных растворах. Из них фосфор и усваивается растениями.

22 слайдОписание слайда:

Для растений наиболее доступным является фосфор неспецифических органических соединений и гумуса и именно он играет главную роль в малом (локальном) биологическом цикле фосфора. Животные являются еще большими концентраторами фосфора, чем растения. Многие из них накапливают фосфор в составе тканей мозга, скелета, панцирей..

Есть несколько способов усвоения фосфора организмами-консументами. Во-первых, прямое усвоение из растений в процессе питания. Во-вторых, водные организмы-фильтраторы извлекают фосфор из органических взвесей. В-третьих, органические соединения фосфора усваиваются организмами-илоедами при переработке ими биогенных илов.

Возврат фосфора в окружающую среду происходит при разложении органического вещества. Но возврат этот оказывается далеко не полным. В восстановительной среде образуются соединения фосфора с двухвалентным железом, что тоже способствует выносу фосфора из почвы. Миграция фосфора возможна и за счет водной и ветровой эрозии.

Поэтому биогеохимический цикл фосфора значительно менее замкнут и менее обратим, чем циклы углерода и азота, а загрязнение фосфором окружающей среды особенно опасно .

23 слайдОписание слайда:

Основными особенностями круговорота фосфора являются: отсутствие атмосферного переноса; наличие единственного источника – литосферы; тенденция к накоплению в конечных водоёмах стока. При интенсивной с/х эксплуатации земель потери фосфора в ландшафте становятся практически необратимыми. Компенсация возможна только за счёт применения фосфорных удобрений.

Известно, что фосфорные удобрения являются важным и необходимым звеном в получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Однако, все известные запасы месторождений фосфатов ограничены и по предсказаниям ученых могут истощиться уже в ближайшие 75-100 лет.

В то же время, вредные соединения фосфатов в последнее время становятся одним из важнейших факторов загрязнения речных и озерных вод.

24 слайдОписание слайда:

Таким образом, в последе время общая картина распределения им миграции фосфора в биосфере резко нарушена человеком. Вот слагаемые этого явления: 1. мобилизация фосфора из агроруд и шлаков, производство и применение фосфорных удобрений; 2.

производство фосфорсодержащих препаратов и их использование в быту; 3. производство фосфорсодержащих ресурсов продовольствия и кормов, вывоз и потребление их в зонах концентрации населения; 4.

развитие рыбного промысла, добыча морских моллюсков и водорослей, что влечет за собой перераспределение фосфора из океана на сушу. В итоге наблюдается процесс фосфатизации суши, но процесс этот проявляется крайне неравномерно.

Увеличивается содержание фосфора в окружающей среде больших городов. Напротив, страны, активно экспортирующие органические продукты и не применяющие фосфорных удобрений, теряют запасы фосфора в своих почвах.

25 слайдОписание слайда:

Считают, что фосфор — основной фактор, лимитирующий рост первичной продукции биосферы. Полагают даже, что фосфор — главный регулятор всех других биогеохимических циклов, это — наиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека.

Поскольку на Земле запасы фосфора — элемента, важного для функционирования экосистем, малы, то любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора имеет ряд отрицательных последствий. Круговорот фосфора в биосфере – одно из самых значимых явлений живой природы.

Он необходим как растениям, так и животным, и человечеству.

.

Запустите файл

1. Сохраните файл

2. Кликните на скачанный файл

3. Нажмите Запустить

1. Кликните на значок ↓

2. Появится файл, дважды кликните на него

1. Нажмите Сохранить

2. Кликните на значок ↓

3. Появится файл, кликните на него

Общая информация

.

Запустите файл

1. Сохраните файл

2. Кликните на скачанный файл

3. Нажмите Запустить

1. Кликните на значок ↓

2. Появится файл, дважды кликните на него

1. Нажмите Сохранить

2. Кликните на значок ↓

3. Появится файл, кликните на него

Источник: https://infourok.ru/prezentaciya-na-temu-biogeohimicheskie-cikli-krugovorot-fosfora-osnova-celostnosti-biosferi-3191092.html

Круговорот фосфора

Биогеохимический круговорот фосфора.:  Фосфор имеет осадочный резервный фонд, представленный

Круговорот фосфора в биосфере связан с процессами обмена веществ в растениях и животных. Этот важный и необхдимый элемент протоплазмы, содержащийся в наземных растениях и водорослях 0,01—0,1%, животных от 0,1 %

до нескольких процентов, циркулирует, постепенно переходя из органических соединений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями (рис. 15.30).

Однако фосфор в отличие от других биофильных элементов в процессе миграции не образует газовой формы. Резервуаром фосфора является не атмосфера, как у азота, а минеральная часть литосферы. Основными источниками неорганического фосфора являются изверженные породы (апатиты) или осадочные поро-

Рисунок 15.30 — Круговорот фосфора (по Ф. Рамаду, 1981)

ды (фосфориты). Из пород неорганический фосфор вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Попадая в экосистемы суши, почву, фосфор поглощается растениями из водного раствора в виде неорганического фос- фат-иона (Р03'4) и включается в состав различных органических соединений, где он выступает в форме органического фосфата.

По пищевым цепям фосфор переходит от растений к другим организмам экосистемы. Химически связанный фосфор попадает с остатками растений и животных в почву, где вновь подвергается воздействию микроорганизмов и превращается в минеральные ортофосфаты, а в дальнейшем происходит повторение цикла.

В водные экосистемы фосфор переносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают фосфатами океаны. В соленых морских водах фосфор переходит в состав фитопланктона, служащего пищей другим организмам моря, в последующем накапливаясь в тканях морских животных, например, рыб.

Часть соединений фосфора мигрирует в пределах небольших глубин, по- требляясь организмами, другая часть теряется на больших глубинах. Отмершие остатки организмов приводят к накоплению фосфора на разных глубинах.

Отсюда следует, что фосфор, попадая в водоемы тем или иным путем, насыщает, а нередко и перенасыщает их экосистемы. Частичный возврат фосфатов на сушу связан с поднятием земной коры выше уровня моря.

Определенное количество фосфора переносится на сушу морскими птицами, а также благодаря рыболовству. Птицы отлагают фосфор на отдельных островах в виде гуано.

При рассмотрении круговорота фосфора в масштабе биосферы за сравнительно короткий период можно отметить, что он полностью не замкнут. Механизм возвращения фосфора из океанов на сушу в естественных условиях совершенно не способен компенсировать потери этого элемента на седиментацию.

В связи с тем, что запасы фосфора на Земле малы (содержание не превышает 1% в земной коре), то любые воздействия человека на биогеохимический круговорот фосфора несут опасность потери фосфора, что делает его круговорот менее замкнутым. П.

Дювиньо (1967) подчеркивал, что «положение однажды окажется весьма угрожающим, и можно согласиться с Уэллсом, Хаксли и Уилсом (1939) в том, что фосфорнаиболее слабое звено в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека».

Существуют многочисленные газообразные соединения серы, такие, как сероводород H2S и сернистый ангидрид S02. Однако преобладающая часть круговорота этого элемента имеет осадочную природу и происходит в почве и воде.

Основной источник серы, доступный живым организмам, — сульфаты (S042-). Доступ неорганической серы в экосистеме облегчает хорошая растворимость многих сульфатов в воде.

Растения, поглощая сульфаты, восстанавливают их и вырабатывают серосодержащие аминокислоты (метионин, цистеин, цистин), играющие важную роль в выработке третичной структуры протеинов при формировании дисульфидных мостиков между различными зонами полипептидной цепи.

Подробная схема круговорота серы приведена на рис. 15.31.

Рисунок 15.31 — Круговорот серы (по Ф. Рамаду, 1981)

Здесь хорошо просматриваются многие основные черты био- геохимического круговорота:

  • 1. Обширный резервный фонд в почве и отложениях, меньший в атмосфере.
  • 2. Ключевую роль в быстро обменивающемся фонде играют специализированные микроорганизмы, выполняющие определенные реакции окисления или восстановления. Благодаря процессам окисления и восстановления происходит обмен серы между доступными сульфатами (S042-) и сульфидами железа, находящимися глубоко в почве и осадках. Специализированные микроорганизмы выполняют реакции: H2S —» S —» S042~— бесцветные, зеленые и пурпурные серобактерии; SO2 4 —» H2S (анаэробное восстановление сульфата) — Desulfovibrio; H2S —> S042- (аэробное окисление сульфида)—тиобациллы; органическая S в S042' и H2S — аэробные и анаэробные гетеротрофные микроорганизмы соответственно. Первичная продукция обеспечивает включение сульфата в органическое вещество, а экскреция животными служит путем возвращения сульфата в круговорот.
  • 3. Микробная регенерация из глубоководных отложений, приводящая к движению вверх газовой фазы H2S.
  • 4. Взаимодействие геохимических и метеорологических процессов — эрозия, осадкообразование, выщелачивание, дождь, аб- сорбация-десорбция и др. с биологическими процессами — продукция и разложение.
  • 5. Взаимодействие воздуха, воды и почвы в регуляции круговорота в глобальном масштабе.

В целом экосистеме по сравнению с азотом и фосфором требуется меньше серы. Отсюда сера реже является лимитирующим фактором для растений и животных.

Вместе с тем круговорот серы относится к ключевым в общем процессе продукции и разложения биомассы. К примеру, при образовании в осадках сульфидов железа фосфор из нерастворимой формы .

переводится в растворимую и становится доступным для организмов. Это подтверждение того, как один круговорот регулируется другим.

На нашей планете ежегодно атмосфера и гидросфера, земная кора и живое вещество обменивается потоками углерода, серы и кислорода (рис. 15.32).

Рисунок 15.32 — Ежегодный обмен атмосферы и гидросферы, земной коры и живого вещества потоками углерода, серы и кислорода (по А.В. Сочаве на основе модели Р.М. Гаррелиса,

с изменениями)

Примечание. Цифры в прямоугольниках означают содержание веществ в молях в атмосфере и в биомассе Земли. Углерод в виде углекислого газа покидает земную кору (1); на окисление этого углерода расходуется атмосферный кислород (2).

Фотосинтез, возвращая кислород в атмосферу, забирает углекислый газ для синтеза органического вещества (СН20).

Часть органики выпадает из биотического цикла (3) и захоранивается в осадках (4), а также вовлекается в серный цикл (входит в состав бактерий, восстанавливающих серу) (5).

Аналогичным образом, сера покидает земную кору в виде оксида; бактерии восстанавливают окисленную серу до сульфида. Сера возвращается в земную кору в виде сульфидов (6) или сульфатов (7). На образование карбонатных пород расходуется значительная часть углекислого газа атмосферы (8).

Page 3

Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т. е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для их жизнедеятельности и самовоспроизведения (рис. 15.33).

Рисунок 15.33 — Поток энергии в экосистеме (по Ф. Рамаду, 1981)

В отличие от веществ, непрерывно циркулирующих по разным блокам экосистемы, которые всегда могут повторно использоваться, входить в круговорот, энергия может быть использована один раз, т. е. имеет место линейный поток энергии через экосистему.

Одностороний приток энергии как универсальное явление природы происходит в результате действия законов термодинамики. Первый закон гласит, что энергия может превращаться из одной формы (например, света) в другую (например, потенциальную энергию пищи), но не может быть создана или уничтожена.

Второй закон утверждает, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потерь некоторой ее части. Определенное количество энергии в таких превращениях рассеивается в недоступную тепловую энергию, а следовательно, теряется.

Отсюда: не может быть превращений, к примеру, пищевых веществ в вещество, из которого состоит тело организма, идущих со 100-процентной эффективностью.

Таким образом, живые организмы являются преобразователями энергии. И каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конечном итоге вся энергия, поступающая в биотический круговорот экосистемы, рассеивается в виде тепла. Живые организмы фактически не используют тепло как источник энергии для совершения работы — они используют свет и химическую энергию.

Рисунок 15.34 — Биотический круговорот веществ: пищевая цепь (по А.Г. Банникову и др., 1985)

Page 4

Внутри экосистемы содержащие энергию вещества создаются автотрофными организмами и служат пищей для гетеротрофов. Пищевые связи — это механизмы передачи энергии от одного организма к другому.

Типичный пример: животное поедает растения. Это животное, в свою очередь, может быть съедено другим животным. Таким путем может происходить перенос энергии через ряд организмов — каждый последующий питается предыдущим, поставляющим ему сырье и энергию (рис. 15.34).

Такая последовательность переноса энергии называется пищевой (трофической) цепью, или цепью питания. Место каждого звена в цепи питания является трофическим уровнем.

Первый трофический уровень, как уже было отмечено ранее, занимают авто- трофы, или так называемые первичные продуценты.

Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего — вторичными консументами и т. д.

Обычно различают три типа пищевых цепей. Пищевая цепь хищников начинается с растений и переходит от мелких организмов к организмам все более крупных размеров. На суше пищевые цепи состоят из трех-четырех звеньев (рис. 15.11, 15.34, 15.35). Одна из простейших пищевых цепей имеет вид (рис. 15.11): растение —» заяц —» волк продуцент —» травоядное —> плотоядное

Широко распространены и такие пищевые цепи: растительный материал (например, нектар) —» муха —> паук —> землеройка —» сова.

Сок розового куста —» тля —» божья (тлевая) коровка —» паук —» насекомоядная птица —» хищная птица.

В водных и, в частности, морских экосистемах пищевые цепи хищников, как правило, длиннее, чем в наземных. Широко распространен тип пищевых отношений, представленный на рис. 15.35 и табл. 15.7.

Рисунок 15.35 — Пищевые цепи в наземной и водной экосистемах (из Ф. Рамада, 1981)

/ — продуценты, IIтравоядные, III, IV, Vплотоядные, О — деструкторы

Таблица 15.7 — Структура пищевой цепи в морской экосистеме (по Ф. Рамаду, 1981)

ТрофическийуровеньЭкологическаяфункцияТип организмаВид
1ПродуцентФитопланктонChaetocerosФ
IIКонсумент 1 (травоядное)1Зоопланктон4Calanus (веслоногие рачки)1
IIIКонсумент II (плотоядное 1 )Рыбы(микрофаги)ФAmmodytes(песчанка)Ф
IVКонсумент III (плотоядное 2)Рыбы(макрофаги)ФClupea(сельдь)Ф
VКонсумент IV (плотоядное 3)Птицы(ихтиофаги)Phalacrocorax(баклан)

Пищевые цепи, включающие паразитов, отличаются от приведенных и идут от крупных организмов к мелким. В отдельных случаях организмы, таксономически значительно удаленные друг от друга, развиваются один внутри тела другого, первый паразит внутри второго и т. д. К примеру, у насекомых гиперпаразитизм очень сильно развит, и нередко пищевая цепь имеет следующий вид:

Вокруг каждого вида насекомого-фитофага, который питается растениями, формируется зооценоз паразитов и хищников, образующих многочисленные пищевые цепи, где хозяин является начальным звеном.

Приведенные типы пищевых цепей начинаются с фотосинтезирующих организмов и носят название пастбищных (или цепи выедания, или цепи потребления).

Третий тип пищевых цепей, начинающихся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, относят к детритным (сапрофитным) пищевым цепям или к детритным цепям разложения.

В детритных пищевых цепях наземных экосистем важную роль играют лиственные леса, большая часть листвы которых не употребляется в пищу травоядными животными и входит в состав подстилки из опавших листьев. Листья измельчаются многочисленными детритофагами — грибами, бактериями, насекомыми (например, коллембола) и т.

д., дальше заглатываются земляными (дождевыми) червями, которые осуществляют равномерное распределение гумуса в поверхностном слое земли, образуя так называемый мулль (рис. 15.36). На этом уровне у грибов закладывается мицелий.

Разлагающие микроорганизмы, завершающие цепь, производят окончательную минерализацию мертвых органических остатков. В целом типичные детритные пищевые цепи наших лесов можно представить следующим образом:

Листовая подстилка —» дождевой червь —» черный дрозд —» ястреб-перепелятник;

мертвое животное —> личинки падальных мух —» травяная лягушка —-обыкновенный уж.

Рисунок 15.36 — Детритная пищевая цепь в наземной экосистеме (по Б. Небелу, 1993)

В рассмотренных схемах пищевых цепей каждый организм представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Реальные же пищевые связи в экосистеме намного сложнее, так как животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или из разных пищевых цепей, например, хищники верхних трофических уровней.

Нередко животные питаются как растениями, так и другими животными. Их называют всеядными. Таким образом, все три типа пищевых цепей всегда сосуществуют в экосистеме так, что ее представители объединены многочисленными пересекающимися пищевыми связями, а все вместе они образуют пищевую (трофическую) сеть (рис. 15.37, 15.38).

Рисунок 15.37 — Пищевая сеть и направление потока вещества в наземных экосистемах (по Е. А. Криксунову и др., 1995)

Пищевые сети в экосистемах весьма сложные, и можно сделать вывод, что энергия, поступающая в них, долго мигрирует от одного организма к другому.

Page 5

Внутри каждой экосистемы трофические сети имеют хорошо выраженную структуру, которая ха-Рисунок 15.38 — Пищевая сеть и направление потока вещества в водных экосистемахрактеризуется природой и количеством организмов, представленных на каждом уровне различных пищевых цепей. Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения обычно используют не схемы пищевых сетей, а экологические пирамиды. Экологические пирамиды выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Они строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников должна быть пропорциональна значению измеряемого объекта. Отсюда можно получить пирамиды численности, биомассы и энергии.Экологические пирамиды отражают фундаментальные характеристики любого биоценоза, когда они показывают его трофическую структуру:
  • — их высота пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, т. е. числу содержащихся в ней трофических уровней;
  • — их форма более или менее отражает эффективность превращений энергии при переходе с одного уровня на другой.

Источник: https://studref.com/532924/ekologiya/krugovorot_fosfora

Биогеохимические циклы

Биогеохимический круговорот фосфора.:  Фосфор имеет осадочный резервный фонд, представленный

Распределение энергии — не единственное явление, обусловленное пищевыми цепями. Некоторые вещества по мере продвижения по цепи не рассеиваются, а, наоборот, накапливаются.

В большинстве случаев экосистемы находятся в стационарном состоянии, при котором отток биогенных элементов из системы уравновешивается их притоком из других систем, из атмосферы и из подстилающей породы.

Кроме того, все эти потери и поступления обычно невелики по сравнению со скоростью круговорота биогенных элементов в самой системе.

Обменный и резервный фонды

Солнечная энергия вызывает на Земле два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, или биотический, обнаруживаемый в жизненном процессе.

Малый круговорот развивается на основе большого геологического.

Бесконечное взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы сопровождается непрерывным круговоротом веществ в виде чередующихся то органических, то минеральных соединений.

Известно, что из более чем 90 химических элементов, встречающихся в природе, 30—40 необходимы живым организмам.

Некоторые элементы, такие как углерод, кислород, водород и азот, требуются в больших количествах, другие — в малых или даже минимальных. Какова бы ни была потребность в них, все элементы участвуют в био- геохимических круговоротах.

Биогеохимический круговорот имеет вид кольца, направленного от автотрофов к гетеротрофам и от них снова кавтотрофам (рис. 11.1).

В природе элементы никогда или почти никогда не бывают распределены равномерно по всей экосистеме и не находятся всюду в одинаковой химической форме. На пути между гетеротрофами и автотрофа- ми элементы попадают в так называемый резервный фонд. Резервный фонд — большая масса медленно движущихся веществ, в основном

Рис. 11.1. Биогеохимический круговорот (заштрихованное кольцо) на фоне упрощенной схемы потока энергии [3]

не связанных с организмами. В отличие от него обменный фонд представляет собой быстрый обмен веществ между организмами и их непосредственным окружением и имеет вид кольца.

В зависимости от природы резервного фонда выделяют два основных типа биогеохимических круговоротов: 1) круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере; 2) осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Резервные фонды в атмосфере и гидросфере легкодоступны, поэтому такие биогеохимические круговороты относительно устойчивы. Осадочные циклы, в которых участвуют фосфор и железо, гораздо менее стабильны.

Они более подвержены влиянию различного рода местных изменений, так как основная масса вещества сосредоточена в малоактивном и малоподвижном резервном фонде земной коры. Следовательно, если «спуск», т.е.

поступление веществ из обменного фонда в резервный, совершается быстрее, чем «подъем», то часть обмениваемого материала выходит из круговорота.

Обменный фонд образуется за счет веществ, которые поступают в круговорот различными путями. Два из них ведут непосредственно от продуцентов и консументов, входящих в состав экосистемы. При этом пополнение фонда идет за счет веществ, которые образуются либо в результате первичной экскреции животными, либо при разложении детрита микроорганизмами.

Если оба пути замыкания обменного фонда реализуются в одной экосистеме, то первый из них доминирует, например, в планктоне и других сообществах, где основной поток энергии идет через пастбищную пищевую цепь; второй путь преобладает в степях, лесах умеренной зоны и других сообществах, в которых основной поток энергии происходит через детритную пищевую цепь.

Кроме этих двух основных путей существует еще возможность поступления веществ в обменный фонд благодаря жизнедеятельности организмов, живущих в симбиозе с растениями.

Это могут быть бактерии, микроскопические грибы, водоросли, лишайники, другие растения. Они передают элементы питания непосредственно растениям, как, например, делают это клубеньковые бактерии.

Этот путь особенно важен в экосистемах с низким содержанием питательных веществ.

Поступление в круговорот элементов и веществ возможно также в результате физических процессов, движимых солнечной энергией, т.е. в результате выветривания, эрозии, с потоками воды и т.п. Вода также возвращается в круговорот благодаря энергии Солнца. Таким путем элементы из осадочных пород выносятся из абиотического резервуара и попадают в обменный фонд.

Некоторые вещества поступают в круговорот благодаря деятельности человека и затратам энергии ископаемого топлива. Таким путем возвращаются в круговорот опресненная морская вода, биогенные элементы в виде удобрений, металлы, другие ценные вещества, извлекаемые из отходов, и т.д.

На возврат веществ в круговорот всегда затрачивается энергия. Для первых трех путей энергия поступает из органических веществ, для четвертого — от Солнца, для пятого — от топлива.

В четырех случаях из пяти людям не приходится затрачивать дорогостоящее топливо. Если не нарушать природные механизмы рециркуляции, то они способны возвращать в круговорот и воду, и питательные вещества.

Повторное же использование промышленных материалов, например металлов, требует затрат энергии ископаемого топлива.

Существуют различные способы изображения биогеохимических круговоротов. Выбор способа зависит от особенностей биогеохимиче- ского цикла того или иного элемента.

При обсуждении круговорота кислорода экологи обычно различают пути, связанные с химическим включением данного элемента в органические соединения, и пути, сопряженные с передвижением воды.

Круговорот воды, или гидрологический цикл, хорошо сбалансирован в масштабе земного шара и приводится в движение энергией, в основном не связанной с организмами. Особи быстро теряют воду путем испарения и выделения; за время жизни особи содержащаяся в организме вода может обновляться сотни и тысячи раз.

В то же время участие организмов в обмене воды ничтожно мало — общий объем испарения и транспирации оценивается в 591018 г в год, в связи с чем при изображении биогеохи- мического цикла воды делают акцент на резервном, а не на обменном фонде (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Круговорот воды и его главные компоненты в глобальном масштабе (цифры в скобках — количество воды, миллиарды миллиардов (1018) граммов в год) [6]

При изображении биогеохимических циклов других веществ делают акцент на обмене между организмами и резервным фондом, а также на путях движения веществ внутри экосистемы.

Так, круговорот углерода и кислорода обеспечивается взаимозависимыми процессами фотосинтеза и дыхания.

Азот, фосфор и сера проделывают в экосистеме более сложный путь, причем в этом им помогают микроорганизмы со специализированными метаболическими функциями.

Любую экосистему можно представить в виде ряда блоков, через которые проходят различные материалы и в которых эти материалы могут оставаться на протяжении различных периодов времени (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Блочная модель экосистемы с указанием некоторых наиболее важных путей обмена минеральных веществ [6]

В круговоротах минеральных веществ в экосистеме, как правило, участвуют три активных блока: живые организмы, мертвый органический детрит и доступные неорганические вещества.

Два добавочных блока — косвенно доступные неорганические вещества и осаждающиеся органические вещества связаны с круговоротами биогенных элементов в каких-то периферических участках общего цикла, однако обмен между этими блоками и остальной экосистемой замедлен по сравнению с обменом, происходящим между активными блоками.

Процессы ассимиляции и распада, благодаря которым происходят круговороты биогенных элементов в биосфере, тесно связаны с поглощением и освобождением энергии организмами. Следовательно, пути биогенных элементов параллельны потоку энергии через сообщество.

В наибольшей степени с превращениями энергии в сообществе связан круговорот углерода, так как большая часть энергии, ассимилированной в процессе фотосинтеза, содержится в органических углеродсодержащих соединениях.

В результате процессов, сопровождающихся выделением энергии, среди которых самым главным является дыхание, углерод высвобождается в виде углекислого газа.

Когда в организме происходит метаболизм органических соединений, содержащих азот, фосфор и серу, последние нередко удерживаются в этом организме, поскольку они необходимы для синтеза структурных белков, ферментов и других органических молекул, образующих структурные и функциональные компоненты живых тканей. В связи с этим прохождение азота, фосфора и серы через каждый трофический уровень несколько замедленно по сравнению со средним временем переноса энергии.

Использование блочной модели круговорота позволяет понять суть процессов, происходящих при антропогенном нарушении скорости движения биогенных элементов. Изменение человеком скорости естественных биогеохимических процессов в экосистеме влечет за собой плачевные последствия.

Классическим примером антропогенного нарушения круговорота веществ служит эвтрофирование водоемов. Искусственное внесение таких биогенных элементов, как азот и фосфор, может нарушить нормальное функционирование сообщества и создать в экосистеме гибельную для нее неустойчивость.

Одним из наиболее выраженных эффектов антропогенного нарушения скорости обменных процессов является цветение водорослей. Сочетание высокого содержания биогенных элементов и благоприятных условий освещения, температуры и снабжения диоксидом углерода стимулирует быстрый рост водорослей. Цветение — естественная реакция водорослей на окружающую их среду.

Но если в среде возникают изменения и она уже не может обеспечить сохранение высокой плотности популяции водорослей, то накопившиеся в период цветения водоросли погибают и начинают разлагаться.

Следующее за этим быстрое разложение погибших клеток бактериями истощает имеющиеся в воде запасы кислорода, причем иногда настолько радикально, что рыба и другие обитатели водоема задыхаются.

Причина антропогенного эвтрофирования водоема — избыточное поступление биогенных веществ. Основными питательными для водорослей веществами являются минеральные формы углерода, азота и фосфора.

углерода в воде (в форме углекислоты, дикарбонатов и органических веществ) практически всегда достаточно; лимитируют или стимулируют развитие водорослей обычно соединения фосфора и азота.

Основные источники антропогенного поступления биогенных веществ в воду — бытовые и промышленные сточные воды, поверхностный сток с городских территорий, рекреационные зоны и смыв с полей минеральных удобрений.

Антропогенное поступление биогенных элементов приводит к нарушению равновесия между восходящими и нисходящими потоками питательных веществ (рис. 11.4).

Рис. 11.4. Восходящий и нисходящий потоки (контурная стрелка) биогенных элементов в пресноводном водоеме:

1 — сетчатая структура пищевых цепей в ненарушенной экосистеме; 2 — блочная модель эвтрофированной экосистемы

До тех пор пока в водной экосистеме существует баланс между нисходящими и восходящими потоками (рис. 11.4, схема 1), азот и фосфор циркулирует внутри обменного фонда, не накапливаясь ни в одной из его частей.

Избыточное поступление этих элементов меняет ситуацию (рис. 11.4, схема 2): за счет преобладания восходящего потока одноклеточные синезеленые и зеленые водоросли начинают бурно размножаться.

Последствия этого хорошо известны.

Антропогенное эвтрофирование ведет к вторичному загрязнению воды, ухудшению ее качества и нарушению водопользования. Засорение фильтров, водоприемных устройств и трубопроводов массой водорослей серьезно затрудняет водоснабжение.

Повышение уровня трофности сопровождается изменением состава фитопланктона: начинают преобладать синезеленые водоросли (90—95% от общей численности).

Некоторые из них придают воде неприятный запах и вкус, могут выделять токсичные вещества.

Источник: https://bstudy.net/611819/estestvoznanie/biogeohimicheskie_tsikly

Биогеохимический круговорот фосфора. Антропогенное вмешательство в естественный круговорот азота

Биогеохимический круговорот фосфора.:  Фосфор имеет осадочный резервный фонд, представленный

Биогеохимический цикл фосфора.

Круговорот фосфора в природе сильно отличается от биогеохимических циклов углерода, кислорода, азота и серы, так как газовая форма соединений фосфора (например РН3) практически не участвует в биогеохимическом цикле фосфора. То есть фосфор к накоплению в атмосфере вообще не способен. Поэтому роль «резервуара» фосфора, из которого этот элемент извлекается и используется в биологическом круговороте, так же как и для серы, играет литосфера.

Фосфор в литосфере содержится в форме фосфатных соединений (солей фосфорной кислоты). Основная доля среди них приходится на фосфат кальция – апатит.

Это полигенный минерал, образующийся в различных природных процессах – как в глубинных, так и в гипергенных (в том числе и биогенных).

Фосфатные соединения способны растворяться в воде, и фосфор в составе иона РО43- может мигрировать в водных растворах. Из них фосфор и усваивается растениями.

Индекс биогенного обогащения почв по отношению к земной коре, а растений по отношению к почвам составляет для фосфора, так же, как и для азота 1000 и 10000 соответственно (Ковда, 1985). Для растений наиболее доступным является фосфор неспецифических органических соединений и гумуса и именно он играет главную роль в малом (локальном) биологическом цикле фосфора.

Животные являются еще большими концентраторами фосфора, чем растения. Многие из них накапливают фосфор в составе тканей мозга, скелета, панцирей.. Есть несколько способов усвоения фосфора организмами-консументами.

Во-первых, прямое усвоение из растений в процессе питания. Во-вторых, водные организмы-фильтраторы извлекают фосфор из органических взвесей.

В-третьих, органические соединения фосфора усваиваются организмами-илоедами при переработке ими биогенных илов.

Возврат фосфора в окружающую среду происходит при разложении органического вещества. Но возврат этот оказывается далеко не полным.

В целом для соединений фосфора характерна тенденция выноса в форме водных растворов и взвесей в конечные водоёмы стока, в наибольшей мере – в Мировой Океан, где он и накапливается в составе осадочных отложений различного генезиса.

Вновь вернуться в экзогенный круговорот эта часть фосфора может только в результате тектонических процессов, растягивающихся на сотни миллионов лет.

В естественных условиях сохранение баланса обеспечивается сравнительно слабой подвижностью соединений фосфора, в результате которой фосфор, извлечённый растениями из почвы, большей частью возвращается в неё в результате разложения органического вещества.

В почвах и породах фосфор достаточно легко фиксируется. Фиксаторами фосфора являются гидроксиды железа, марганца, алюминия, глинистые минералы (особенно, минералы группы каолинита). Однако, фиксированный фосфор может быть на 40-50% десорбирован и использован растениями. Этот процесс зависит от рН и Eh условий среды. Повышенная кислотность, образование угольной кислоты, способствуют десорбции фосфора, усилению миграции фосфорных соединений.

В восстановительной среде образуются соединения фосфора с двухвалентным железом, что тоже способствует выносу фосфора из почвы.

Миграция фосфора возможна и за счет водной и ветровой эрозии. Поэтому биогеохимический цикл фосфора значительно менее замкнут и менее обратим, чем циклы углерода и азота, а загрязнение фосфором окружающей среды особенно опасно

Основными особенностями круговорота фосфора, таким образом, являются:

· отсутствие атмосферного переноса;

· наличие единственного источника – литосферы;

· тенденция к накоплению в конечных водоёмах стока.

При интенсивной сельскохозяйственной эксплуатации земель потери фосфора в ландшафте становятся практически необратимыми. Компенсация возможна только за счёт применения фосфорных удобрений.

Известно, что фосфорные удобрения являются важным и необходимым звеном в получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Однако, все известные запасы месторождений фосфатов ограничены и по предсказаниям ученых могут истощиться уже в ближайшие 75-100 лет.

В то же время, вредные соединения фосфатов в последнее время становятся одним из важнейших факторов загрязнения речных и озерных вод.

Таким образом, в последе время общая картина распределения им миграции фосфора в биосфере резко нарушена человеком.

Вот слагаемые этого явления: во-первых, мобилизация фосфора из агроруд и шлаков, производство и применение фосфорных удобрений, во-вторых производство фосфорсодержащих препаратов и их использование в быту; в-третьих – производство фосфорсодержащих ресурсов продовольствия и кормов, вывоз и потребление их в зонах концентрации населения; в-четвертых – развитие рыбного промысла, добыча морских моллюсков и водорослей, что влечет за собой перераспределение фосфора из океана на сушу. В итоге наблюдается процесс фосфатизации суши, но процесс этот проявляется крайне неравномерно. Увеличивается содержание фосфора в окружающей среде больших городов. Напротив, страны, активно экспортирующие органические продукты и не применяющие фосфорных удобрений, теряют запасы фосфора в своих почвах.



Источник: https://infopedia.su/13xab59.html

Круговорот азота

Биогеохимический круговорот фосфора.:  Фосфор имеет осадочный резервный фонд, представленный

Рис. Круговорот азотав биосфере

Круговоротазота охватывает все области биосферы.Поглощениеего растениями ограничено,так как они усваивают азот только вформе соединения его с водородом икислородом (N03-и NH4).И это при том, что запасы азота в атмосференеисчерпаемы (78% от ее объема).

Редуценты(деструкторы), а точнее поч­венныебактерии,постепенно разлагаютбелковые вещества отмерших организмови превращают их в ам­монийные соединения,нитраты и нитриты.

Часть нит­ратов попадает в процессекруговорота в подземные воды и загрязняетих.

Азотвозвращается в атмосферу вновь свыделен­нымипри гниении газами.Правда, часть его окисля­етсяв воздухе — во время грозовых разрядов— и поступает в почву с дождевой водой,но таким спо­собом его фиксируется в10 раз меньше, чем с помо­щью бактерий.

Вмешательствочеловекав круговорот азота состоит в следующем:

  • при сжигании ископаемого топлива в атмосферу выбрасываются большие количества оксида азота (NO). Оксид азота затем соединяется в атмосфере с кислородом и образуется диоксид азота (NO2),который при взаимодействии с водяным паром может образовывать азотную кислоту (HNO3). Эта кислота становится компонентом кислотных осадков.

  • использование удобрений приводит к выделению в атмосферу «парникового газа» закиси азота (N2O)

  • увеличение количества нитратов и ионов аммония в водных экосистемах при смыве с удобрений с полей. Избыток питательных веществ приводит к быстрому росту водорослей, при разложении которых расходуется растворенный кислород, что приводит к массовым морам рыб.

Биохимические циклы фосфора и серы намного менее совершенны, т.К. Их основная масса содержится в резервном фонде земной коры, в «недоступном» резерве

Круговорот серы ифосфора – это типичный осадочныйбиогеохимический цикл.Такие циклы легконарушаются от различного рода воздействийи часть обмениваемого материала выходитиз круговорота. Возвратиться снова вкруговорот она может лишь в результатегеологических процессов или путемизвлечения живым веществом биофильныхкомпонентов.

Круговорот фосфора

Рис. Круговорот фосфорав биосфере

Фосфор,главным образом в виде фосфат-ионов(РО3-и НРО42-),является важным питательнымэлементом как для растений, так и дляживотных.

Он входит в со­став молекул ДНК,несущих генетическуюинформацию;молекул АТФи АДФ,в которых запасается необходи­маядля организмов химическаяэнергия,используемая при клеточном дыхании;молекул жиров,образующих клеточныемембраныв растительных и животных клет­ках;а также веществ, входящих в состав костейи зу­бов.

Фосфорсодержится в горныхпородах,образовавшихся в прошлые геологическиеэпохи. В биогеохимический круговоротон может попасть в случае подъема этихпород из глубины земной коры на поверхностьсуши, в зону выветривания. Эрозионнымипроцессамион выносится вморев виде широко известного минерала –апатита.

Общийкруговорот фосфора можно разделить надве части — воднуюи наземную.

В наземныхэкосистемах фос­фор, высвобождаемыйпри медленном разрушении(или выветривании)фосфатныхруд,растворяется почвенной влагой ипоглощаетсякорнями растений.

Животныеполучают необходимый им фосфор, поедаярастения или других растительноядныхживотных. Значительная часть этогофосфора в виде экскремен­товживотных и продуктов разложениямертвых жи­вотных и растений возвращаетсяв почву,с эрозией — в реки,и, в конце концов, надно океанав виде нерастворимых фосфатных осадочныхпород.

В водныхэкосистемах фосфор усваиваетсяфитопланктономи передается по трофической цепи вплотьдо консументов третьего порядка –морскихптиц.Их экскременты (гуано)снова попадают в мореи вступают в круговорот, либо накапливаютсяна берегуи смываютсяв море.Т.о.

, часть фосфора возвращается наповерхность суши в виде гуано —обогащенной фосфором органическоймассы экскрементов питающихся рыбойптиц (пели­канов, олушей, бакланов ит. п.).

Однако несравнимо большее количествофосфатов ежегодно смывается с поверхностисуши в океан в результате природныхпроцессов и антропогенной деятельности.

Вмешатель­ствочеловекав круговорот фосфора сводится в основ­номк двум вариантам:

  • добыча больших количеств фосфатных руд для производства минеральных удобрений и моющих средств;

  • увеличение избытка фосфат-ионов в водных эко­системах при попадании в них загрязненных стоков с животноводческих ферм, смытых с полей фосфатных удобрений, а также очищенных и неочищенных ком­мунально-бытовых стоков. Избыток этих элементов способствует «взрывному» росту сине-зеленых водорослей и других водных растений, что нарушает жизненное равновесие в водных экосистемах.

Круговорот серы

Сера такжеимеет основной резервный фонд в отложенияхи почве,но в отличие от фосфора имеет резервныйфонд и в атмосфере.

В обменномфонде главная роль принадлежитмикроорганизмам.Одни из них восстановители,другие – окислители.

В горныхпородахсера встречается в виде сульфидов (FeS2и др.), в растворах– в форме иона (SO4 -2), вгазообразной фазе– в виде сероводорода (H2S)или сернистого газа (SO2).В некоторых организмах сера накапливаетсявчистом виде(S2)и при их отмирании на дне морей образуютсязалежи самородной серы.

В морской средесульфат-ион занимает второе место посодержанию после хлора и являетсяосновной доступной формой серы, котораявосстанавливается автотрофами ивключается в состав аминокислот.

Круговоротсеры,хотя ее требуется организмам в небольшихколичествах, являетсяключевым в общем процессе продукции иразложения.

В наземныхэкосистемах сера возвращается в почвупри отмираниирастений,захватывается микроорганизмами,которые восстанавливаютее до H2S.Другие организмы и воздействие самогокислорода приводят к окислению этихпродуктов. Образовавшиеся сульфатырастворяются и поглощаются растениямииз поровых растворов почвы – такпродолжается круговорот.

Круговоротсеры, так же как и азота, может бытьнарушен вмешательствомчеловека.Виной тому прежде всего сжиганиеископаемого топлива,а особенно угля. Сернистый газ (SO2)нарушает процессы фотосинтеза и приводитк гибелирастительности.

Принарушении биогеохимических цикловчеловеком круговорот веществ становитсяне циклическимациклическим.Охрана природных ресурсов должна бытьв частности направлена на то, чтобыациклические биогеохимические процессыпревратить в циклические.

Источник: https://studfile.net/preview/2658944/page:3/

Scicenter1
Добавить комментарий