КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Малый биологический круговорот веществ
Содержание углерода на поверхности Земли и в земной коре (16 км мощности)
В активном круговороте углерода участвует очень небольшая часть всей его массы (таблица 2). Огромное количество угольной кислоты законсервировано в виде ископаемых известняков и др. пород. Между углекислым газом атмосферы и водой океана, в свою очередь, существует подвижное равновесие. Многие водные организмы поглощают углекислый кальций, создают свои скелеты, а затем из них образуются пласты известняков. Из атмосферы было извлечено и захоронено в десятки тысяч раз больше углекислого газа, чем в ней находится в данный момент. Атмосфера пополняется углекислым газом благодаря процессам разложения органического вещества, карбонатов и др., а также, всё в большей мере, в результате индустриальной деятельности человека. Особенно мощным источником являются вулканы, газы которых состоят главным образом из углекислого газа и паров воды. Некоторая часть углекислого газа и воды, извергаемых вулканами, возрождается из осадочных пород, в частности известняков, при контакте магмы с ними и их ассимиляции магмой. В процессе круговорота углерода происходит неоднократное фракционирование его по изотопному составу (12C-13C), особенно в магматогенном процессе (образование CO2, алмазов, карбонатов), при биогенном образовании органического вещества (угля, нефти, тканей организмов и др.).
Круговорот азота. Источником азота на Земле был вулканогенный NH3, окисленный кислородом. Процесс окисления азота сопровождается нарушением его изотопного состава – 14N-15N. Основная масса азота на поверхности Земли находится в виде газа (N2) в атмосфере. Известны два пути его вовлечения в биогенный круговорот: 1. Процессы электрического (в тихом разряде) и фотохимического окисления азота воздуха, дающие разные оксиды азота (NO2, NO-3 и др.), которые растворяются в дождевой воде и вносятся в почвы (10- 15 кг/га в год). 2. Биологическая фиксация N2 клубеньковыми бактериями (до 300 кг/га в год), свободными азотфиксаторами и др. микроорганизмами (до 100 кг/га в год). Значение азота в обмене веществ организмов общеизвестно. Он входит в состав белков и их разнообразных производных. Остатки организмов на поверхности Земли или погребённые в толще пород подвергаются разрушению при участии многочисленных микроорганизмов. В этих процессах органический азот подвергается различным превращениям. В результате процесса денитрификации при участии бактерий образуется элементарный азот, возвращающийся непосредственно в атмосферу. Так, например, наблюдаются подземные газовые струи, состоящие почти из чистого азота (N2). Биогенный характер этих струй доказывается отсутствием в их составе аргона (40Ar), обычного в атмосфере. При разложении белков образуются также аммиак и его производные, попадающие затем в воздух и в воду океана. В биосфере в результате нитрификации – окисления аммиака и других азотсодержащих органических соединений при участии бактерии Nitrosomonas и нитробактерий — образуются различные окислы азота (N2O, NO, N2O3 и N2O5). Азотная кислота с металлами даёт соли. Калийная селитра образуется на поверхности Земли в кислородной атмосфере в условиях жаркого и сухого климата в местах отложений остатков водорослей. Скопления селитры можно наблюдать в пустынях на дне ниш выдувания. В результате деятельности денитрифицирующих бактерий соли азотной кислоты могут восстанавливаться до азотистой кислоты и далее до свободного азота.
Круговорот фосфора. Главный источник фосфора в биосфере – апатит, который встречается во всех магматических породах. В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, лецитинов, фитина и др. органических соединений; особенно много фосфора в костях животных. С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в донные отложения. Он концентрируется в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, гуано, что создаёт условия для образования богатых фосфором пород, которые, в свою очередь, служат источниками фосфора в биогенном цикле. Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде трёхокиси (SO3), двуокиси (SO2), сероводорода (H2S) и главным образом элементарной серы выбрасывается вулканами. Кроме того, в природе имеются в большом количестве различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере при участии многочисленных микроорганизмов до сульфатной серы (SO2-4) почв и водоёмов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, — в состав эфирных масел и т. д. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков с участием микроорганизмов образуется сероводород, который далее окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы. Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера — залежи гипса. В свою очередь, сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию. Живое вещество Земли на 99% представлено массой растительных организмов, поэтому характер биологического круговорота определяется, в первую очередь, зелеными растениями. Главной функцией растений в биосфере и в почвообразовании является синтез органического вещества и накопление потенциальной энергии в почве.
Зеленые растения представлены лесными и травянистыми сообществами, влияние которых на ландшафтогенез и почвообразование существенно различается. Для характеристики биологического круговорота веществ и роли растений в почвообразовании учитываются следующие показатели: - общая биомасса (фитомасса) – общее количество живого органического вещества в надземной и подземной сферах; - мертвое органическое вещество – количество органического вещества, заключенное в отмерших остатках растений. Отдельно различают: запасы гумуса, лесных подстилок, степного войлока, количество ежегодного надземного опада (листья, хвоя, стебли, ветошь и др.), количество ежегодного корневого опада, запасы легкоразлагаемого органического вещества (детрита); - зольность – содержание зольных элементов в растениях и их частях (рассчитывается в % к массе абсолютно сухого вещества). Отдельно рассчитывают зольность фитомассы, годичного прироста, опада, подстилки, торфов; - годичный прирост – масса нарастающего вещества в надземной и подземной сферах сообщества; - интенсивность разложения органического вещества – отношение подстилки к опаду зеленой части растений. В таблице 3 приведены показатели биологического круговорота растительных сообществ основных природных зон в составе древесных, кустарниковых, травянистых и мохово-лишайниковых формаций. Для биологического круговорота веществ лесных сообществ таёжно-лесной зоны характерно длительное исключение из него значительной части азота и зольных элементов, которые накапливаются в стволах и ветвях. Только незначительная часть органических веществ (3–5 т/га) поступает ежегодно в почву в форме наземного опада (хвоя, листья, ветошь и др.). Вместе с ними в почву возвращаются 50-300 кг/га зольных элементов и азота, значительная часть которых накапливается в составе лесной подстилки и постепенно, за 3-10 и более лет, высвобождаются при ее разложении. Продукты разложения вновь вовлекаются в биологический круговорот и частично, с атмосферными осадками поступают в нижележащие горизонты почвенного профиля, вплоть до грунтовых вод.
Для биологического круговорота травянистых сообществ характерно значительно меньшее накопление общей массы, но существенно большее возвращение с ежегодным опадом (до 15 т/га сухого вещества) по сравнению с лесными формациями. В сообществах луговых степей до 700 кг зольных элементов и азота ежегодно возвращаются в почву вместе с опадом. Значительная часть опада (до 70%) поступает не на поверхность почвы, а в форме корней в верхние горизонты почвенного профиля, что способствует накоплению гумуса и формированию структуры (агрегатов разного размера) почвы. С величиной ежегодного опада тесно связано количество образующегося гумуса, численность микрофлоры и микрофауны. Интенсивность разложения опада определяется, в первую очередь, гидротермическими условиями. Если в условиях влажных тропических лесов при величине опада в 25 т/га лесная подстилка составляет только 2 т/га, то в лесах умеренного пояса из 3-5 т/га опада накапливается 30-50 т/га лесной подстилки. Различия в биохимическом составе растительного опада обусловливают разную скорость его разложения даже в одинаковых гидротермических условиях, что отражается на составе образующегося гумуса. Большое влияние на почвообразование оказывают зольность опада, количество оснований и азота в его составе. Зольность растений в среднем составляет около 1,5%, но во многих злаковых и эфемерно-полынных сообществах может достигать 8-10%, а в галофитных сообществах на солончаках – даже 20-50%. Растения обладают свойством избирательно поглощать и концентрировать из рассеянного состояния химические элементы, необходимые для их роста и развития. Благодаря этому в почвах происходит биогенное накопление ряда биофильных элементов, таких как фосфор, кальций, магний, калий, сера и др. Обогащение верхних слоев почвы основаниями и азотом способствует образованию и накоплению в них гумуса. В процессе питания корни растений в обмен на поглощенные ими элементы питания продуцируют значительное количество корневых выделений, в составе которых много ионов водорода и анионов органических кислот. По данным ряда ученых, корневые выделения составляют десятки и сотни килограммов на 1 га. Вместе с органическими кислотами, образующимися при разложении опада, и углекислотой, выделяемой при дыхании корней, они проделывают большую химическую работу, вовлекая в биологический круговорот веществ новые порции химических элементов из горных пород и минералов. Растения, наконец, защищают почву от эрозионных процессов. В естественных условиях количество сносимого эрозионными процессами материала компенсируется процессами почвообразования.
Изучение круговоротов веществ на Земле имеет не только познавательное значение, но и представляет глубокий практический интерес. Воздействие человека на природные процессы становится всё значительнее. Последствия этого воздействия стали сопоставимы с результатами геологических процессов: в биосфере возникают новые пути миграции веществ и энергии, появляются многие тысячи химических соединений, прежде ей не свойственных. Создаются новые водные бассейны; тем самым меняется круговорот воды. В руках человека концентрируются огромные запасы металлов, фосфатов, серы, синтезируются колоссальные количества азотсодержащих веществ для удобрения полей и т. д. Меняется обычный ход геохимических процессов. Глубокое изучение всех природных превращений веществ на Земле – необходимое условие рационального воздействия человека на среду его обитания и изменения природных условий в желаемом для него направлении. 3. Биологический круговорот веществ (в ц на 1 га) (по Л.Е. Родину и Н.И. Базилевич, 1965)
Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 1071; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |