Vielu cikls biosfērā ir ciklisks, atkārtoti atkārtots vielu kopīgas, savstarpēji saistītas transformācijas un kustības process. Vielu cikla klātbūtne ir nepieciešams nosacījums biosfēras esamība. Pēc dažu organismu lietošanas vielas jāpārvērš citiem organismiem pieejamā formā. Šāda vielu pāreja no vienas saites uz otru prasa enerģijas patēriņu, tāpēc tā iespējama tikai ar saules enerģijas līdzdalību. Izmantojot saules enerģiju, uz planētas notiek divi savstarpēji saistīti vielu cikli: lielais - ģeoloģiskais un mazais - bioloģiskais (biotiskais).
Vielu ģeoloģiskais cikls- vielu migrācijas process, kas tiek veikts abiotisko faktoru ietekmē: laikapstākļi, erozija, ūdens kustība utt. Dzīvie organismi tajā nepiedalās.
Līdz ar dzīvās matērijas parādīšanos uz planētas, bioloģiskais (biotiskais) cikls. Tajā piedalās visi dzīvie organismi, kas absorbē dažas vielas no vides, bet izdala citas. Piemēram, dzīvības procesā augi patērē oglekļa dioksīdu, ūdeni, minerālvielas un atbrīvot skābekli. Dzīvnieki elpošanai izmanto skābekli, ko izdala augi. Viņi ēd augus un gremošanas rezultātā uzņem fotosintēzes laikā radušās vielas. organisko vielu. Tie izdala oglekļa dioksīdu un nesagremotas pārtikas atliekas. Pēc augu un dzīvnieku nāves tie veido atmirušo organisko vielu masu (detrītu). Detrīts ir pieejams sadalīšanai (mineralizācijai) ar mikroskopiskām sēnītēm un baktērijām. To dzīvībai svarīgās darbības rezultātā biosfērā nonāk papildu daudzumi. oglekļa dioksīds. Un organiskās vielas tiek pārvērstas sākotnējās neorganiskās sastāvdaļas - biogēnos. Iegūtie minerālie savienojumi, nonākot ūdenstilpēs un augsnē, atkal kļūst pieejami augiem fiksācijai fotosintēzes ceļā. Šis process atkārtojas bezgalīgi un ir slēgts pēc būtības (cirkulācija). Piemēram, viss atmosfēras skābeklis pa šo ceļu iziet aptuveni 2 tūkstošu gadu laikā, un oglekļa dioksīdam ir nepieciešami aptuveni 300 gadi, lai to paveiktu.
Organiskajās vielās esošā enerģija samazinās, pārvietojoties pa barības ķēdēm. Lielākā daļa no tā tiek izkliedēta vidē siltuma veidā vai iztērēta organismu dzīvībai svarīgo procesu uzturēšanai. Piemēram, par dzīvnieku un augu elpošanu, vielu transportēšanu augos, kā arī par dzīvo organismu biosintēzes procesiem. Turklāt sadalītāju darbības rezultātā izveidotie biogēni nesatur organismiem pieejamo enerģiju. IN šajā gadījumā mēs varam runāt tikai par enerģijas plūsmu biosfērā, bet ne par ciklu. Tāpēc biosfēras ilgtspējīgas pastāvēšanas nosacījums ir pastāvīga vielu cirkulācija un enerģijas plūsma biogeocenozēs.
Ģeoloģiskie un bioloģiskie cikli kopā veido vispārējo vielu bioģeoķīmisko ciklu, kura pamatā ir slāpekļa, ūdens, oglekļa un skābekļa cikls.
Slāpekļa cikls
Slāpeklis ir viens no visizplatītākajiem elementiem biosfērā. Lielākā daļa biosfēras slāpekļa ir atrodama atmosfērā gāzveida formā. Kā jūs zināt no ķīmijas kursa, ķīmiskās saites starp atomiem molekulārajā slāpeklī (N 2) ir ļoti spēcīgas. Tāpēc lielākā daļa dzīvo organismu nespēj to tieši izmantot. Tādējādi svarīgs slāpekļa cikla posms ir tā fiksācija un pārvēršana organismiem pieejamā formā. Ir trīs slāpekļa fiksācijas veidi.
Atmosfēras fiksācija. Atmosfēras elektrisko izlāžu (zibens) ietekmē slāpeklis var reaģēt ar skābekli, veidojot slāpekļa oksīdu (NO) un dioksīdu (NO 2). Slāpekļa oksīdu (NO) ļoti ātri oksidē skābeklis un pārvērš slāpekļa dioksīdā. Slāpekļa dioksīds izšķīst ūdens tvaikos un ar nokrišņiem nonāk augsnē slāpekļskābes (HNO 2) un slāpekļskābes (HNO 3) veidā. Augsnē šo skābju disociācijas rezultātā veidojas nitrītu (NO 2 –) un nitrātu joni (NO 3 –). Nitrītu un nitrātu jonus jau var absorbēt augi un iekļaut bioloģiskajā ciklā. Atmosfēras slāpekļa fiksācija veido aptuveni 10 miljonus tonnu slāpekļa gadā, kas ir aptuveni 3% no ikgadējās slāpekļa piesaistes biosfērā.
Bioloģiskā fiksācija. To veic slāpekli fiksējošās baktērijas, kas pārvērš slāpekli augiem pieejamās formās. Pateicoties mikroorganismiem, tiek piesaistīta apmēram puse no visa slāpekļa. Vispazīstamākās baktērijas ir tās, kas fiksē slāpekli pākšaugu augu mezgliņos. Tie apgādā augus ar slāpekli amonjaka (NH 3) veidā. Amonjaks labi šķīst ūdenī, veidojot amonija jonu (NH 4 +), ko absorbē augi. Tāpēc pākšaugi ir labākie kultivēto augu priekšteči augsekā. Pēc dzīvnieku un augu nāves un to atlieku sadalīšanās augsne tiek bagātināta ar organiskiem un minerāliem slāpekļa savienojumiem. Pēc tam pūšanas (amonifikācijas) baktērijas sadala augu un dzīvnieku slāpekli saturošas vielas (olbaltumvielas, urīnvielu, nukleīnskābes) amonjakā. Šo procesu sauc amonifikācija. Lielāko daļu amonjaka pēc tam nitrificējošās baktērijas oksidē līdz nitrītiem un nitrātiem, kurus atkal izmanto augi. Slāpeklis tiek atgriezts atmosfērā denitrifikācijas ceļā, ko veic denitrificējošu baktēriju grupa. Tā rezultātā slāpekļa savienojumi tiek reducēti par molekulāro slāpekli. Daļa slāpekļa nitrātu un amonija formās nonāk ūdens ekosistēmās ar virszemes noteci. Šeit tiek absorbēts slāpeklis ūdens organismi vai iekļūst grunts organiskajos nogulumos.
Rūpnieciskā fiksācija. Ik gadu rūpnieciski, ražojot slāpekļa minerālmēslus, tiek fiksēts liels slāpekļa daudzums. Slāpekli no šādiem mēslošanas līdzekļiem augi absorbē amonija un nitrātu formā. Baltkrievijā saražotā slāpekļa mēslojuma apjoms šobrīd ir aptuveni 900 tūkstoši tonnu gadā. Lielākais ražotājs ir OJSC GrodnoAzot. Šis uzņēmums ražo urīnvielu, amonija nitrātu, amonija sulfātu un citus slāpekļa mēslojumus.
Apmēram 1/10 daļu mākslīgi ievadītā slāpekļa izmanto augi. Pārējais nonāk ūdens ekosistēmās ar virszemes noteci un gruntsūdeņiem. Tas noved pie liela daudzuma slāpekļa savienojumu uzkrāšanās ūdenī, kas ir pieejams fitoplanktona absorbcijai. Rezultātā iespējama strauja aļģu savairošanās (eitrofikācija) un līdz ar to nāve ūdens ekosistēmās.
Ūdens cikls
Ūdens ir galvenā biosfēras sastāvdaļa. Tas ir līdzeklis gandrīz visu elementu izšķīdināšanai cikla laikā. Lielāko daļu biosfēras ūdens veido šķidrais ūdens un ūdens no mūžīgā ledus (vairāk nekā 99% no visām biosfēras ūdens rezervēm). Neliela ūdens daļa ir gāzveida stāvoklī - tie ir atmosfēras ūdens tvaiki. Biosfēras ūdens cikls balstās uz to, ka tā iztvaikošanu no Zemes virsmas kompensē nokrišņi. Kad ūdens nokrišņu veidā sasniedz zemes virsmu, tas veicina akmeņu iznīcināšanu. Tas padara minerālus, kas padara tos pieejamus dzīviem organismiem. Tā ir ūdens iztvaikošana no planētas virsmas, kas nosaka tās ģeoloģisko ciklu. Tas patērē apmēram pusi no nejaušās saules enerģijas. Ūdens iztvaikošana no jūru un okeānu virsmas notiek ātrāk nekā tā atgriešanās ar nokrišņiem. Šo atšķirību kompensē virszemes un dziļā notece, jo kontinentos nokrišņi dominē pār iztvaikošanu.
Ūdens iztvaikošanas intensitātes pieaugums uz sauszemes lielā mērā ir saistīts ar augu dzīvībai svarīgo aktivitāti. Augi iegūst ūdeni no augsnes un aktīvi izvada to atmosfērā. Daļa ūdens augu šūnās tiek sadalīti fotosintēzes laikā. Šajā gadījumā ūdeņradis tiek fiksēts formā organiskie savienojumi, un skābeklis izdalās atmosfērā.
Dzīvnieki izmanto ūdeni, lai uzturētu osmotisko un sāļu līdzsvaru organismā un izdalītu to ārējā vidē kopā ar vielmaiņas produktiem.
Oglekļa cikls
Ogleklim līdzīgs ķīmiskais elements atrodas atmosfērā kā oglekļa dioksīds. Tas nosaka dzīvo organismu obligātu līdzdalību šī elementa ciklā uz planētas Zeme. Galvenais ceļš, no kura tiek ņemts ogleklis neorganiskie savienojumi pāriet organisko vielu sastāvā, kur tas ir obligāts ķīmiskais elements - tas ir fotosintēzes process. Daļa oglekļa izdalās atmosfērā kā oglekļa dioksīds dzīvo organismu elpošanas laikā un laikā, kad baktērijas sadala mirušās organiskās vielas. Augu absorbēto oglekli patērē dzīvnieki. Turklāt koraļļu polipi un mīkstmieši izmanto oglekļa savienojumus, lai izveidotu skeleta struktūras un čaulas. Pēc tam, kad tie mirst un nosēžas, apakšā veidojas kaļķakmens nogulsnes. Tādējādi oglekli var izslēgt no cikla. Oglekļa izvadīšana no cikla uz ilgu laiku tiek panākta, veidojot minerālvielas: akmeņogles, naftu, kūdru.
Visā mūsu planētas pastāvēšanas laikā no cikla izņemtais ogleklis tika kompensēts ar oglekļa dioksīda iekļūšanu atmosfērā, kad Vulkāniskie izvirdumi un citu laikā dabas procesiem. Šobrīd dabiskie oglekļa papildināšanas procesi atmosfērā ir papildināti ar ievērojamiem antropogēnā ietekme. Piemēram, sadedzinot ogļūdeņražu degvielu. Tas izjauc oglekļa ciklu uz Zemes, kas ir regulēts gadsimtiem ilgi.
Oglekļa dioksīda koncentrācijas pieaugums gadsimta laikā tikai par 0,01% ir izraisījis ievērojamu siltumnīcas efektu. Gada vidējā temperatūra uz planētas paaugstinājās par 0,5 °C, bet Pasaules okeāna līmenis paaugstinājās par gandrīz 15 cm.Pēc zinātnieku domām, ja gada vidējā temperatūra paaugstināsies vēl par 3-4 °C, mūžīgais ledus sāks plosīties. izkausēt. Tajā pašā laikā Pasaules okeāna līmenis paaugstināsies par 50-60 cm, kas novedīs pie ievērojamas sauszemes daļas applūšanas. Tas tiek uzskatīts par globālu ekoloģiskā katastrofa, jo šajās teritorijās dzīvo aptuveni 40% Zemes iedzīvotāju.
Skābekļa cikls
Biosfēras funkcionēšanā skābeklim ir ārkārtīgi liela nozīme dzīvo organismu vielmaiņas procesos un elpošanā. Skābekļa daudzuma samazināšanos atmosfērā elpošanas, degvielas sadegšanas un sabrukšanas procesu rezultātā kompensē skābeklis, ko augi izdala fotosintēzes laikā.
Skābeklis veidojās Zemes primārajā atmosfērā, tai atdziestot. Augstās reaģētspējas dēļ tas no gāzveida stāvokļa pārgāja dažādu neorganisku savienojumu sastāvā (karbonāti, sulfāti, dzelzs oksīdi utt.). Mūsdienu skābekli saturošā planētas atmosfēra veidojās tikai dzīvo organismu veiktās fotosintēzes dēļ. Skābekļa saturs atmosfērā jau ilgu laiku ir pieaudzis līdz pašreizējam līmenim. Tā daudzuma saglabāšana nemainīgā līmenī pašlaik ir iespējama tikai pateicoties fotosintēzes organismiem.
Diemžēl pēdējās desmitgadēs cilvēka darbība, kas izraisa mežu izciršanu un augsnes eroziju, ir samazinājusi fotosintēzes intensitāti. Un tas savukārt izjauc skābekļa cikla dabisko gaitu lielās Zemes teritorijās.
Neliela atmosfēras skābekļa daļa ir iesaistīta ozona ekrāna veidošanā un iznīcināšanā Saules ultravioletā starojuma ietekmē.
Vielu biogēnā cikla pamatā ir saules enerģija. Galvenais nosacījums biosfēras ilgtspējīgai pastāvēšanai ir pastāvīga vielu cirkulācija un enerģijas plūsma biogeocenozēs. Dzīviem organismiem ir liela nozīme slāpekļa, oglekļa un skābekļa ciklos. Globālā ūdens cikla pamatu biosfērā nodrošina fizikālie procesi.
Vielu cikls un bioģeoķīmiskie cikli
Izskaidrojiet ģeoloģiskā cikla nozīmi, izmantojot ūdens cikla piemēru.
Kā notiek bioloģiskais cikls?
Kāds ir atomu biogēnās migrācijas likums V.I. Vernadskis?
Kas ir dabas cikla rezerves un maiņas fondi? Kāda ir atšķirība starp tām?
Zeme kā dzīvs superorganisms
*Lai biosfēra pastāvētu un attīstītos, uz Zemes pastāvīgi jānotiek bioloģiskajam ciklam svarīgas vielas, t.i., pēc lietošanas tiem atkal jāpārtop citiem organismiem sagremojamā formā. Šī bioloģiski svarīgo vielu pāreja var notikt tikai ar noteiktu enerģijas patēriņu, kuras avots ir Saule.
Zinātnieks V. R. Viljamss uzskata, ka saules enerģija nodrošina divus vielu ciklus uz Zemes -ģeoloģiskā , vai liela, gyre un bioloģiskā , mazs, cikls.
Ģeoloģiskā Visskaidrāk cirkulācija izpaužas ūdens ciklā. Zeme katru gadu no Saules saņem 5,24–1024 J izstarotās enerģijas. Apmēram puse no tā tiek tērēta ūdens iztvaicēšanai. Tajā pašā laikā no okeāna iztvaiko vairāk ūdens, nekā atgriežas ar nokrišņiem. Gluži pretēji, uz sauszemes nokrīt vairāk nokrišņu nekā iztvaiko ūdens. Tās pārpalikums ieplūst upēs un ezeros, un no turienes atkal okeānā (vienlaikus pārnesot noteiktu daudzumu minerālu savienojumu). Tas izraisa lielu ciklu biosfērā, pamatojoties uz to, ka kopējo ūdens iztvaikošanu no Zemes kompensē nokrišņi.
**Ar dzīvās vielas parādīšanos uz ģeoloģiskā cikla pamata organiskais cikls radās g.īpašības, bioloģiskais (mazais) cikls.
Ūdens cikls kā ģeoloģiskā cikla piemērs
(pēc H. Penmena domām)
Attīstoties dzīvajai vielai, no ģeoloģiskā cikla pastāvīgi tiek iegūti arvien vairāk elementu un tie nonāk jaunā, bioloģiskā ciklā. Atšķirībā no vienkāršas minerālvielu pārvietošanas lielajā ciklā gan šķīdumu veidā, gan mehānisku nokrišņu veidā, mazajā ciklā svarīgākie aspekti ir organisko savienojumu sintēze un iznīcināšana. Atšķirībā no ģeoloģiskā cikla, bioloģiskā cikla enerģija ir niecīga. Kā zināms, tikai 0,1-0,2% no visas Saules enerģijas, kas nonāk uz Zemes, tiek tērēta organisko vielu radīšanai (ģeoloģiskajam ciklam līdz 50%). Neskatoties uz to, bioloģiskajā ciklā iesaistītā enerģija veic lielu darbu, lai radītu primāros produktus.
Bioloģiskais cikls
Līdz ar dzīvās vielas parādīšanos uz Zemes ķīmiskie elementi nepārtraukti cirkulē biosfērā, pārvietojoties no ārējās vides
organismos un atkal ārējā vidē. Tādu vielu cirkulāciju pa vairāk vai mazāk slēgtiem ceļiem sauc bioģeoķīmiskais cikls.
Galvenie bioģeoķīmiskie cikli ir skābekļa, oglekļa, ūdens, slāpekļa, fosfora, sēra un citu barības vielu cikli.
*** Vielas biogēnā migrācija - viena no elementu vispārējās migrācijas formām dabā. Biogēnā ģeoķīmiskā migrācija ir jāsaprot kā organisko un inerto vielu migrācija, kas iesaistīta dzīvo organismu augšanā un attīstībā un ko tie rada sarežģītu bioķīmisko un bioģeoķīmisko procesu rezultātā. UN. Vernadskis formulēja Atomu biogēnās migrācijas likums šādā formā:
Ķīmisko elementu migrācija biosfērā notiek vai nu ar dzīvās vielas tiešu līdzdalību (biogēna migrācija), vai arī tā notiek vidē, kuras ģeoķīmiskās īpašības (O2, CO2, H2 u.c.) nosaka dzīvā viela (tā, kas šobrīd ir sastopama). apdzīvo biosfēru un to, kas ir darbojies uz Zemes visā ģeoloģijas vēsturē).
Cilvēks galvenokārt ietekmē biosfēru un tās dzīvojošos iedzīvotājus, tādējādi mainot atomu biogēnās migrācijas apstākļus, radot priekšnoteikumus pamatīgām ķīmiskām izmaiņām. Tādējādi process var kļūt pašattīstošs, neatkarīgs no cilvēka vēlmēm un globālā mērogā praktiski nekontrolējams.
No matērijas planetārā cikla viedokļa svarīgākie ir augsnes-ainavas, hidrosfēras un dziļie (intrarestriālie) cikli. Pirmajā no iežiem tiek iegūti ķīmiskie elementi, sadalās ūdens, gaiss, organiskās vielas, tiek absorbēti un sintezēti dažādi organiskie un minerālu savienojumi. Hidrosfēras ciklā galvenā loma izspēlē ūdens sastāvu un dzīvo organismu bioloģisko aktivitāti. Vielas bioprodukcija šeit tiek veikta ar dominējošu fito un zooplanktona līdzdalību. Dziļajā biogēnās migrācijas ciklā vissvarīgākā loma ir anaerobo mikroorganismu darbībai.
****Dažādās Zemes čaulās notiekošie procesi atrodas dinamiska līdzsvara stāvoklī, un jebkura no tiem norises maiņa ietver nebeidzamas dažkārt neatgriezenisku parādību ķēdes. Katrā dabiskajā ciklā ieteicams izdalīt divas daļas jeb divus “fondus”:
rezerves fonds- liela masa lēni kustīgu vielu, galvenokārt neorganiskas dabas;
mobilais, vai maiņas fonds- mazāks, bet aktīvāks, kam raksturīga strauja apmaiņa starp organismiem un vidi.
Apmaiņas fondu veido vielas, kas tiek atgrieztas ciklā vai nu primārās ekskrēcijas dēļ (no latīņu excretum - izdalās) ar dzīvniekiem, vai detrīta sadalīšanās laikā ar mikroorganismiem.
Ja paturam prātā biosfēru kopumā, tad bioģeoķīmiskos ciklus var iedalīt divos galvenajos veidos:
gāzveida vielu cirkulācija ar rezerves fondu atmosfērā vai hidrosfērā;
nogulumu cikls ar rezerves fondu zemes garozā.
^ VIELU BIOLOĢISKAIS CIKLS DABĀ
Vispārīgs vielu bioloģiskā cikla jēdziens
Vielu bioloģiskais cikls kā planētas Zeme attīstības forma
Vielu bioģeoķīmiskā cikla elementi dabā
Bioģeoķīmiskā cikla parametri uz zemes
Bioloģiskais cikls un augsnes veidošanās
^ VISPĀRĒJĀ KONCEPCIJA
Vielu bioloģiskais cikls ir ķīmisko elementu iekļūšanas procesu kopums no augsnes un atmosfēras dzīvos organismos, jaunu sarežģītu savienojumu bioķīmiskā sintēze un elementu atgriešanās augsnē un atmosfērā, katru gadu samazinoties daļai organisko vielu. Vielu bioloģiskais cikls nav pilnībā kompensēts slēgts cikls, tāpēc tā norises laikā augsne tiek bagātināta ar humusu un slāpekli, minerālbarības elementiem (tā saucamajām barības vielām), kas rada labvēlīgu pamatu augu organismu pastāvēšanai. .
Vielu bioloģiskajā ciklā veikto procesu bioloģisko, bioķīmisko un ģeoķīmisko nozīmi pirmais parādīja V.V.Dokučajevs, veidojot dabisko zonu doktrīnu. Tālāk tas tika atklāts V. I. Vernadska, B. B. Poļinova, D. N. Prjašņikova, V. N. Sukačova, N. P. Remezova, L. E. Rodina, N. I. Baziļeviča, V. A. Kovdas un citu pētnieku darbos.
Starptautiskā savienība bioloģijas zinātnes(Starptautiskā Bioloģijas zinātņu savienība) veica plašu zemes un ūdenstilpju biogeocenožu bioloģiskās produktivitātes pētījumu programmu. Starptautiskā bioloģiskā programma tika izveidota, lai vadītu šo pētījumu. Lai unificētu mūsdienu literatūrā lietotos terminus un jēdzienus, tika veikta Starptautiskā bioprogramma noteiktu darbu. Pirms sākam pētīt vielu dabiskos bioloģiskos ciklus, ir jāsniedz skaidrojumi par visbiežāk lietotajiem terminiem.
Biomasa - dzīvās vielas masa, kas uzkrāta līdz šobrīd laiks.
^ Augu biomasa (sinonīms - fitomasa) - augu sabiedrību dzīvo un mirušo organismu masa uz jebkuras vietas, kas noteiktā brīdī ir saglabājuši savu anatomisko struktūru.
^ Biomasas struktūra - augu pazemes un virszemes daļu, kā arī viengadīgo un daudzgadīgo, fotosintētisko un nefotosintētisko augu daļu attiecība.
Lupatas - atmirušās augu daļas, kas saglabājušas mehānisku savienojumu ar augu.
^ Rudens - virszemes un pazemes daļās bojā gājušo augu organisko vielu daudzums uz laukuma vienību laika vienībā.
Metiens - daudzgadīgo augu atlieku nogulumu masa dažādas pakāpes mineralizācija.
Izaugsme - organisma vai organismu kopienas masa, kas uzkrāta laukuma vienībā laika vienībā.
^ Patiesa izaugsme - pieauguma daudzuma attiecība pret pakaišu daudzumu laika vienībā uz platības vienību.
Primārā ražošana - autotrofu (zaļu augu) radītās dzīvās vielas masa uz laukuma vienību laika vienībā.
^ Sekundārie produkti - heterotrofu radītās organiskās vielas masa laukuma vienībā laika vienībā.
Bioloģiskā cikla kapacitāte -ķīmisko elementu daudzums, ko satur nobriedušas biocenozes (fitocenozes) masa.
Bioloģiskā cikla intensitāte ir fitocenozes augšanas ķīmisko elementu skaits uz laukuma vienību laika vienībā.
Bioloģiskās aprites ātrums ir laika posms, kurā elements pārvietojas no tā absorbcijas dzīvās vielās līdz atbrīvošanai no dzīvās vielas. Noteikts, izmantojot marķētos atomus.
Saskaņā ar L. E. Rodinu un N. I. Bazileviču (1965), pilns elementu bioloģiskā cikla cikls sastāv no šādām sastāvdaļām.
Uzsūkšanās ar augu asimilācijas virsmu no oglekļa atmosfēras un sakņu sistēmas no augsnes - slāpekļa, pelnu elementu un ūdens, fiksējot tos augu organismu ķermeņos, nokļūstot augsnē ar mirušiem augiem vai to daļām, pakaišu sadalīšanās. un tajos esošo elementu atbrīvošana.
Augu daļu atsvešināšanās no dzīvniekiem, kas barojas ar tām, to pārvēršana dzīvnieku ķermeņos jaunos organiskos savienojumos un dažu no tiem fiksācija dzīvnieku organismos, to turpmāka iekļūšana augsnē ar dzīvnieku ekskrementiem vai ar viņu līķiem. , abu to sadalīšanās un tajos esošo elementu atbrīvošanās.
Gāzu apmaiņa starp augu asimilējošo virsmu un atmosfēru, starp sakņu sistēmu un augsnes gaisu.
Atsevišķu elementu izdalījumi visu mūžu no augu virszemes orgāniem un jo īpaši ar sakņu sistēmām tieši augsnē.
^ VIELU BIOLOĢISKAIS CIKLS KĀ PLANĒTAS ZEMES ATTĪSTĪBAS VEIDS
Biosfēras struktūra tās vispārīgākajā formā sastāv no divām lielākajām pirmā ranga dabiskais komplekss - kontinentālais un okeāniskais. Augi, dzīvnieki un augsnes segums veido sarežģītu globālu ekoloģisko sistēmu uz zemes. Saistot un pārdalot saules enerģiju, atmosfēras oglekli, mitrumu, skābekli, ūdeņradi, slāpekli, fosforu, sēru, kalciju un citus biofīlos elementus, šī sistēma veido biomasu un ģenerē brīvo skābekli.
Ūdensaugi un okeāns veido vēl vienu globālu ekoloģisko sistēmu, kas uz planētas pilda tādas pašas funkcijas, saistot saules enerģiju, oglekli, slāpekli, fosforu un citus biofilus, veidojot fitobiomasu un izdalot skābekli atmosfērā.
Ir trīs kosmiskās enerģijas uzkrāšanās un pārdales veidi biosfērā. ^ Pirmā būtība Viens no tiem ir tas, ka augu organismi un caur barības ķēdēm un saistītiem dzīvniekiem un baktērijām savos audos iesaista daudzus savienojumus. Šie savienojumi satur H 2, O 2, N, P, S, Ca, K, Mg, Si, Al, Mn un citus biofilus, daudzus mikroelementus (I, Co, Cu, Zn u.c.). Šajā gadījumā tiek atlasīti vieglie izotopi (C, H, O, N, S) no smagākiem. Sauszemes, ūdens un gaisa vides intravitālie un pēcnāves organismi, kas atrodas nepārtrauktas apmaiņas stāvoklī ar vidi, uztver un izdala plašu un daudzveidīgu minerālu un organisko savienojumu klāstu. Organismu un vides intravitālās metabolisma produktu (metabolītu) kopējā masa un tilpums vairākas reizes pārsniedz dzīvās vielas biomasu.
^ Otrā forma Saules kosmiskās enerģijas uzkrāšanās, saglabāšana un pārdale uz planētas tās biosfērā izpaužas caur ūdens masu sasilšanu, tvaiku veidošanos un kondensāciju, nokrišņiem un virszemes un gruntsūdeņu kustību pa nogāzi no uztura zonām uz. iztvaikošanas zonas. Nevienmērīga gaisa un ūdens sildīšana izraisa ūdens planētu kustības un gaisa masas, blīvuma un spiediena gradientu veidošanās, okeāna straumes un lielie atmosfēras cirkulācijas procesi.
Erozija, ķīmiskā denudācija, transportēšana, pārdale, nogulsnēšanās un mehānisko un ķīmisko nogulumu uzkrāšanās uz sauszemes un okeānā ir trešais šīs enerģijas pārneses un pārveidošanas veids.
Visi šie trīs planētu procesi ir cieši saistīti; veidojot globālu cirkulāciju un lokālo vielu aprites sistēmu. Tādējādi planētas bioloģiskās vēstures miljardu gadu laikā ir izveidojies liels bioģeoķīmiskais cikls un ķīmisko elementu diferenciācija dabā. Viņi radīja mūsdienu biosfēru un ir tās normālas darbības pamats.
^ VIELU BIOĢEOĶĪMISKĀ CIKLA ELEMENTI DABĀ
Vielu bioģeoķīmiskā cikla elementi ir šādas sastāvdaļas.
Regulāri atkārtojoši vai nepārtraukti notiekoši enerģijas plūsmas, jaunu savienojumu veidošanās un sintēzes procesi.
Pastāvīgi vai periodiski enerģijas pārneses vai pārdales procesi un sintezēto savienojumu noņemšanas un virziena kustības procesi fizikālu, ķīmisku un bioloģisku faktoru ietekmē.
Virzīti ritmiski vai periodiski secīgas transformācijas procesi: sadalīšanās, iepriekš sintezētu savienojumu iznīcināšana biogēnas vai abiogēnas vides ietekmes ietekmē.
Dabā notiek gan vielu bioloģiskie cikli, gan abiogēnie cikli.
^ Bioloģiskie cikli - kondicionēts visos līmeņos organismu dzīvībai svarīga darbība (uzturs, barības savienojumi, vairošanās, augšana, metabolītu kustība, nāve, sadalīšanās, mineralizācija).
^ Abiogēnie cikli - veidojušies uz planētas daudz agrāk nekā biogēnie. Tie ietver visu ģeoloģisko, ģeoķīmisko, hidroloģisko un atmosfēras procesu kompleksu.
Planētas prebiogēnajā periodā ūdens un gaisa migrācijai un uzkrāšanai bija izšķiroša nozīme ģeoloģiskajos, hidroloģiskajos, ģeoķīmiskajos un atmosfēras ciklos. Attīstītas biosfēras apstākļos vielu apriti virza bioloģisko, ģeoloģisko un ģeoķīmisko faktoru apvienotā darbība. Attiecības starp viņiem var būt dažādas, bet darbībai jābūt kopīgai! Tieši šajā nozīmē tiek lietoti termini - vielu bioģeoķīmiskā cirkulācija, bioģeoķīmiskie cikli.
Netraucēti bioģeoķīmiskie cikli ir gandrīz apļveida, gandrīz slēgti. Ciklu atkārtotas atražošanas pakāpe dabā ir ļoti augsta un, iespējams, pēc V. A. Kovdas domām, sasniedz 90-98%. Tādējādi tiek saglabāta zināma noturība un līdzsvars ciklā iesaistīto komponentu sastāvā, daudzumā un koncentrācijā, kā arī organismu un vides ģenētiskā un fizioloģiskā piemērotība un harmonija. Bet nepilnīga bioģeoķīmisko ciklu slēgšana ģeoloģiskajā laikā noved pie elementu un to savienojumu migrācijas un diferenciācijas telpā un dažādās vidēs, pie elementu koncentrācijas vai izkliedes. Tāpēc mēs novērojam slāpekļa un skābekļa biogēno uzkrāšanos atmosfērā, oglekļa savienojumu biogēno un ķīmisko uzkrāšanos zemes garozā (nafta, ogles, kaļķakmens).
^ BIOGEOĶĪMISKĀ CIKLA UZ ZEMES PARAMETRI
Obligātie parametri bioģeoķīmisko ciklu izpētei dabā ir šādi rādītāji.
Biomasa un tās faktiskā izaugsme (fito-, zoo-, mikrobu masa atsevišķi).
Organiskie pakaiši (daudzums, sastāvs).
Augsnes organiskās vielas (humuss, nesadalītās organiskās vielas).
Augsņu, ūdeņu, gaisa, nogulumu, biomasas frakciju elementārais materiālu sastāvs.
Virszemes un pazemes biogēnās enerģijas rezerves.
Metabolīti mūža garumā.
Sugu skaits, daudzums, sastāvs.
Sugu dzīves ilgums, populāciju un augšņu dzīves dinamika un ritms.
Ekoloģiskā un meteoroloģiskā vide: cilvēka iejaukšanās fons un novērtējums.
Ūdensšķirtņu, nogāžu, terašu, upju ieleju, ezeru pārklājums ar skatu punktiem.
Piesārņojošo vielu skaits, to ķīmiskais, fizikālais, bioloģiskās īpašības(īpaši CO, CO 2, SO 2, P, NO 3, NH 3 Hg, Pb, Cd, H 2 S, ogļūdeņraži).
1. Pelnu vielu, oglekļa un slāpekļa saturs biomasā (virszemes, pazemes, fito-, zoo-, mikrobu). Šo elementu saturu var izteikt % vai g/m2, t/ha virsmas. Galvenie dzīvās vielas elementi pēc svara ir O (65-70%) un H (10%). Visi pārējie veido 30-35%: C, N, Ca (1-10%); S, P, K, Si (0,1-1%); Fe, Na, Cl, Al, Mg (0,01-0,1%).
Fitomasas ķīmiskais sastāvs ir ļoti atšķirīgs. Īpaši atšķirīgs ir skujkoku un lapu koku mežu, zālaugu veģetācijas un halofītu fitomasas sastāvs (13. tabula).
13. tabula - Minerālu sastāvs dažādas grupas suši augi
| Veģetācijas veids | Pelnu saturs, % | Izrakteņu gada apgrozījums Sastāvdaļas, kg/ha | Dominējošās sastāvdaļas |
| Skujkoku meži | 3-7 | 100-300 | Si, Ca, P, Mg, K |
| Lapu koku meži | 5-10 | 460-850 | Ca, K, P, Al, Si |
| Lietus meži | 3-4 | 1000-2000 | Ca, K, Mg, Al |
| Pļavas, stepes | 5-7 | 800-1200 | Si, Ca, K, S, P |
| Halofītu kopienas | 20-45 | 500-1000 | Cl, SO 4, Na, Mg, K |
Konkrēta ķīmiskā elementa individuālo nozīmīgumu novērtē pēc bioloģiskās absorbcijas koeficienta (BAC). To aprēķina, izmantojot formulu:
1966. gadā V. A. Kovda ierosināja izmantot reģistrētās fitobiomasas attiecību pret ikgadējo fitomasas fotosintēzes pieaugumu, lai raksturotu vispārējā oglekļa cikla vidējo ilgumu. Šis koeficients raksturo vispārējā sintēzes cikla – biomasas mineralizācijas vidējo ilgumu noteiktā teritorijā (vai uz sauszemes kopumā). Aprēķini liecina, ka zemei kopumā šis cikls iekļaujas 300–400 un ne vairāk kā 1000 gadu periodā. Attiecīgi ar šo vidējo ātrumu notiek biomasā saistīto minerālsavienojumu izdalīšanās, humusa veidošanās un mineralizācija augsnē.
Vispārīgam biosfēras dzīvās vielas minerālvielu komponentu bioģeoķīmiskās nozīmes novērtējumam V. A. Kovda ierosināja salīdzināt biomasas minerālvielu krājumus, katru gadu apritē iesaistīto minerālvielu daudzumu ar augšanu un pakaišiem, ar ikgadējā upju ķīmiskā notece. Izrādījās, ka šīs vērtības ir tuvas: 10 8-9 pelnu vielas ir iesaistītas augšanā un pakaišos, bet 10 9 - ikgadējā upju ķīmiskajā notecē.
BGKhK indekss = S b / S X,
kur S b ir elementu summa (vai viena elementa daudzums) ikgadējā biomasas pieaugumā; S x - to pašu elementu (vai viena elementa) summa, ko veic noteikta baseina (vai baseina daļas) upju ūdeņi.
Izrādījās, ka bioģeoķīmiskās aprites indeksi ļoti atšķiras dažādos klimatiskajos apstākļos, dažādu augu sabiedrību aizsegā un dažādos dabiskās drenāžas apstākļos.
4. N.I.Bazilevičs, L.E.Rodins (1964) ierosināja aprēķināt koeficientu, kas raksturo pakaišu sadalīšanās intensitāti un pakaišu saglabāšanas ilgumu noteiktās biogeocenozes apstākļos:
Pēc N. I. Bazilēviča un L. E. Rodina domām, fitomasas sadalīšanās intensitātes indeksi ir vislielākie ziemeļu tundrā un purvos, bet vismazākie (aptuveni vienādi ar 1) stepēs un pustuksnešos.
5. B.B.Poļinovs (1936) ierosināja aprēķināt ūdens migrācijas indeksu:
IVM = X H2O / X zk,
kur IWM ir ūdens migrācijas indekss; X H2O - elementa daudzums iztvaicētā upes vai gruntsūdens minerālu atlikumā; X зк - viena un tā paša elementa saturs zemes garozā vai klintī.
Ūdens migrācijas indeksu aprēķins parādīja, ka mobilākie migranti biosfērā ir Cl, S, B, Br, I, Ca, Na, Mg, F, Sr, Zn, U, Mo. Pasīvākie šajā ziņā ir Si, K, P, Ba, Mn, Rb, Cu, Ni, Co, As, Li, Al, Fe.
^ BIOLOĢISKAIS CIKLS UN AUGSNES VEIDOJUMI
Ģeoloģijas un paleobotānikas dati ļāva V. A. Kovdai līdz vispārīgs izklāsts iepazīstināt svarīgākie posmi augsnes veidošanās procesa attīstība saistībā ar augu un veģetācijas seguma attīstības vēsturi (1973). Augsnes veidošanās procesa sākums uz Zemes ir saistīts ar autotrofisku baktēriju parādīšanos, kas spēj patstāvīgi pastāvēt visnelabvēlīgākajos hidrotermālajos apstākļos. Šis sākotnējais iedarbības process zemākie organismi uz zemes garozas akmeņiem V.R.Viljamss nosauca primāro augsnes veidošanās procesu. Autotrofās baktērijas, ko 19. gadsimta beigās atklāja S. N. Vinogradovs, ir vienkāršākie vienšūnas organismi, kuru skaits ir aptuveni simts sugu. Viņiem ir spēja vairoties ļoti ātri: 1 indivīds 24 stundu laikā var radīt triljonus organismu. Mūsdienu autotrofos ietilpst sēra baktērijas, dzelzs baktērijas u.c., kurām ir ārkārtīgi liela nozīme augsnes iekšienē notiekošajos procesos. Autotrofo baktēriju parādīšanās acīmredzot aizsākās prekembrijā.
Tādējādi pirmā organisko vielu sintēze un C, S, N, Fe, Mn, O 2, H 2 bioloģiskie cikli zemes garozā tika saistīti ar autotrofo baktēriju darbību, izmantojot minerālsavienojumu skābekli. Iespējams, ka augsnes veidošanās procesa rašanās laikā kopā ar autotrofiskām baktērijām zināmu lomu spēlēja arī tādas dzīvības formas, kas nav šūnas, piemēram, vīrusi un bakteriofāgi. Protams, tas nebija augsnes veidošanās process moderna forma, tā kā nebija sakņu augu, nebija arī humusa savienojumu uzkrāšanās un biogēna mehānisma. Un, acīmredzot, pareizāk ir runāt par iežu primāro bioģeoķīmisko nodilumu zemāko organismu ietekmē.
Prekembrijā parādījās vienšūnas zilaļģes. Daudzšūnu aļģes - zaļas, brūnas, sārtinātas - izplatījās no silūra un devona. Augsnes veidošanās process kļuva sarežģītāks un paātrināts, ievērojamos daudzumos sākās organisko vielu sintēze, notika O, H, N, S un citu barības vielu mazā bioloģiskā cikla paplašināšanās. Acīmredzot, saskaņā ar V.A. Kovda, augsnes veidošanās procesu šajos posmos pavadīja biogēnās smalkās zemes uzkrāšanās. Sākotnējās augsnes veidošanās posms bija ļoti garš, un to pavadīja lēna, bet nepārtraukta biogēnās smalkās zemes uzkrāšanās, kas bagātināta ar organiskām vielām un bioloģiskajā ciklā iesaistītajiem elementiem: H, O, C, N, P, S, Ca, K , Fe, Si, A1. Šajā posmā jau varēja notikt sekundāro minerālu biogēnā sintēze: alumīnija un ferisilikātu, fosfātu, sulfātu, karbonātu, nitrātu, kvarca, un augsnes veidošanās aprobežojās ar sekliem apgabaliem. Uz sauszemes tam bija akmeņains un purvains raksturs.
Kembrijā parādījās arī psilofīti - zemi augoši krūmu tipa augi, kuriem pat nebija sakņu. Tie saņēma zināmu izplatību Silūrā un ievērojamu attīstību devona laikmetā. Tajā pašā laikā parādās kosas un papardes - mitro zemienes iemītnieki. Tādējādi samērā attīstīta augsnes veidošanās procesa forma aizsākās ar silura un devona, t.i. apmēram pirms 300-400 miljoniem gadu. Tomēr velēna process netika novērots, jo nebija zālaugu veģetācijas. Papardes un sūnu pelnu saturs nav augsts (4-6%), kosas ir daudz augstākas (20%). Pelnu sastāvā dominēja K (30%), Si (28%) un C1 (10%). Sēnīšu mikroflora veicināja P un K iesaistīšanos bioloģiskajā ciklā, bet ķērpji - Ca, Fe, Si. Iespējama skābu augšņu (kaolinīta alīts, boksīts) un hidromorfu, ar dzelzs savienojumiem bagātinātu augšņu veidošanās.
Attīstīts augsnes veidošanās process acīmredzot attīstījās tikai paleozoja beigās (karbons, permas). Tieši uz šo laiku zinātnieki piedēvē nepārtraukta veģetācijas seguma parādīšanos uz sauszemes. Papildus papardēm, sūnām un kosām parādījās ģimnosēklas. Dominēja mežu un purvu ainavas, uz siltā tropiskā un subtropiskā klimata dominēšanas fona veidojās zonālais klimats. Līdz ar to šajā periodā dominēja purvu un mežu tropu augsnes veidošanās procesi.
Šis režīms turpinājās apmēram līdz permas perioda vidum, kad klimats pamazām kļuva aukstāks un sausāks. Sausums un aukstā temperatūra veicināja tālākai attīstībai zonalitāte. Tieši šajā periodā (permas otrā puse, triass) plaši attīstījās ģimnosēkļi skujkoku augi. Augstos platuma grādos šajā laikā veidojās skābās podzoliskās augsnes, zemajos platuma grādos augsnes veidošanās sekoja dzeltenaugņu, sarkanaugņu un boksītu attīstībai. Zems pelnu saturs (apmēram 4%), nenozīmīgs Cl, Na saturs, augsts Si (16%), Ca (2%), S (6%), K (6,5%) saturs priežu skuju pelnos palielināja dalību. bioloģiskajā Ca, S, P loma ciklā un augsnes veidošanā un Si, K, Na, C1 nozīmes samazināšanās.
Juras periodā parādās kramaļģes, un nākamajā krīta periodā parādās segsēklu ziedaugi. No krīta perioda vidus plaši izplatījās lapu koku sugas - kļava, ozols, bērzs, vītols, eikalipts, valrieksts, dižskābardis, skābardis. Zem to nojumes podzola veidošanās process sāk vājināties, jo šo augu pakaišu sastāvā ir liela daļa Ca, Mg un K.
Terciārā laikmetā uz zemeslodes dominēja tropiskā flora: palmas, magnolijas, sekvojas, dižskābardis, kastaņi. Šo mežu ciklā iesaistīto vielu minerālo sastāvu raksturo ievērojama Ca, Mg, K, P, S, Si un Al līdzdalība. Tas radīja ekoloģiskos priekšnoteikumus zālaugu veģetācijas parādīšanās un attīstībai: augsnes un iežu skābuma samazināšanās, barības vielu uzkrāšanās.
Koksnes veģetācijas dominēšanas maiņai uz zālaugu veģetāciju bija milzīga fundamentāla nozīme, mainot augsnes veidošanās procesu raksturu. Spēcīgā koku sakņu sistēma bioloģiskajā ciklā iesaistīja ievērojamu minerālvielu masu, mobilizējot tās turpmākai zālaugu veģetācijas apmetnei. Zālaugu veģetācijas īsais mūžs un sakņu masu koncentrācija augsnes augšējos slāņos nodrošina zālāju aizsegā minerālvielu bioloģiskā cikla telpisku koncentrāciju plānākā apvāršņa slānī ar pelnu barības elementu uzkrāšanos. viņos. Tādējādi, sākot ar krīta perioda 2. pusi, terciārā un īpaši kvartāra periodos, zālaugu veģetācijas dominēšanas ietekmē izplatījās velēnu augsnes veidošanās process.
Tātad dzīvās vielas un bioloģiskā cikla loma Zemes ģeoloģiskajā vēsturē un augsnes veidošanās procesa attīstībā ir nepārtraukti pieaugusi. Bet augsnes veidošanās pakāpeniski kļuva par vienu no galvenajām saitēm vielu bioloģiskā ciklā.
Augsne nodrošina pastāvīgu lielu ģeoloģisko un mazu bioloģisko vielu ciklu mijiedarbību uz zemes virsmas. Augsne ir savienojoša saite un regulators mijiedarbībai starp šiem diviem globālajiem matērijas cikliem.
Augsne - uzkrāj organiskās vielas un ar to saistīto ķīmisko enerģiju, ķīmiskos elementus, tādējādi regulējot vielu bioloģiskā cikla ātrumu.
Augsne, kurai ir spēja dinamiski atražot savu auglību, regulē biosfēras procesus. Jo īpaši dzīvības blīvumu uz Zemes, kā arī klimatiskos faktorus lielā mērā nosaka augsnes ģeogrāfiskā neviendabība.
Vielu cikls dabā ir vissvarīgākais ekoloģiskais jēdziens.
Attēlā Bioloģiskais cikls ir parādīts kombinācijā ar vienkāršotu enerģijas plūsmas diagrammu. Vielas ir iesaistītas ciklā, un enerģijas plūsma ir vienvirziena no augiem, kas pārvērš saules enerģiju ķīmisko saišu enerģijā, uz dzīvniekiem, kas izmanto šo enerģiju, un pēc tam uz mikroorganismiem, kas iznīcina organiskās vielas.
Vienvirziena enerģijas plūsma iekustina vielu ciklu. Katrs ķīmiskais elements, veidojot ciklu ekosistēmā, pārmaiņus pāriet no organiskās formas uz neorganisko un otrādi.
Rīsi. 1. Enerģijas plūsma un barības vielu cikls biosfērā
Fotosintēze– organisko vielu (glikozes, cietes, celulozes uc) radīšana no oglekļa dioksīda un ūdens, piedaloties hlorofilam saules enerģijas ietekmē:
6CO 2 + 12H 2 O + hν (673 kcal) = C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Fotosintēze ir process, kurā fotosintēzes organismi uztver saules enerģiju un pārvērš to biomasas enerģijā.
Katru gadu augu pasaule uzglabā brīvo enerģiju 10 reizes vairāk nekā minerālenerģijas daudzums, ko gadā patērē visi Zemes iedzīvotāji. Paši šie minerāli (ogles, nafta un dabasgāze) ir arī fotosintēzes produkti, kas notika pirms miljoniem gadu.
Katru gadu fotosintēze absorbē 200 miljardus tonnu oglekļa dioksīda un atbrīvo līdz 320 miljardiem tonnu skābekļa. Viss atmosfēras oglekļa dioksīds iziet cauri dzīvām vielām 6-7 gadu laikā.
Biosfērā notiek arī organisko vielu iznīcināšanas procesi līdz vienkāršākajām molekulām: CO 2, H 2 O, NH 3. Organisko savienojumu sadalīšanās notiek dzīvnieku organismos un augos elpošanas procesā, veidojot CO 2 un H 2 O.
Organisko vielu mineralizācija, mirušo organisko vielu sadalīšanās vienkāršos neorganiskos savienojumos notiek mikroorganismu ietekmē.
Pretēji organisko vielu veidošanās un iznīcināšanas procesi biosfērā veido vienotu bioloģisko atomu ciklu. Organisko savienojumu mineralizācijas laikā izdalās enerģija, kas tika absorbēta fotosintēzes laikā. Tas izdalās kā siltums un arī kā ķīmiskā enerģija.
Bioloģiskais ciklsir ķīmisko elementu iekļūšanas dzīvajos organismos, jaunu komplekso savienojumu biosintēzes un elementu atgriešanās augsnē, atmosfērā un hidrosfērā procesu kopums.
Bioloģiskā cikla (BIC) intensitāti nosaka apkārtējās vides temperatūra un ūdens daudzums. Bioloģiskais cikls ir intensīvāks tropu lietus mežos nekā tundrā.
Vissvarīgākais vielu bioloģiskā cikla rezultāts ir trūdvielu augsnes horizonta veidošanās uz sauszemes.
Bioloģisko ciklu raksturo šādi rādītāji.
Biomasa - dzīvās vielas masa, kas uzkrāta noteiktā laika brīdī (fito-, zoo-, mikrobiomasa).
Augu biomasa(fitomasa) - dzīvo un mirušo augu organismu masa.
Sabrukšana - bojā gājušo augu organisko vielu daudzums uz platības vienību laika vienībā.
Izaugsme- biomasa, kas uzkrāta uz laukuma vienību laika vienībā.
Augu ķīmiskais sastāvs ir atkarīgs no diviem galvenajiem faktoriem:
1) ekoloģiskie, - augu augšanas apstākļi, - elementu līmeņi vidē, klātbūtnes formas, tai skaitā mobilās, augiem pieejamas;
2) ģenētiska, saistībā ar augu sugas izcelsmes īpatnībām.
Vides piesārņojuma apstākļos elementu koncentrāciju augos nosaka pirmais faktors. Fona (netraucētās) ainavās abi faktori ir svarīgi.
Atkarībā no reakcijas uz vides ķīmisko faktoru (ķīmisko elementu saturu) var izdalīt divas augu grupas:
1) pielāgots uz ķīmisko elementu koncentrācijas izmaiņām;
2) nav pielāgots uz ķīmisko elementu koncentrācijas izmaiņām.
Izmaiņas ķīmisko elementu koncentrācijās vidē nepielāgotos augos izraisa fizioloģiskus traucējumus, kas izraisa slimības; tiek kavēta augu attīstība un suga izzūd.
Šķiet, ka dažas augu sugas ir labi pielāgotas, lai panestu augstu elementu koncentrāciju. Tie ir noteiktā teritorijā ilgstoši augoši savvaļas augi, kas dabiskās atlases rezultātā iegūst izturību pret nelabvēlīgiem dzīves apstākļiem.
Augus, kas koncentrē ķīmiskos elementus, sauc par koncentratoriem. Piemēram: saulespuķes un kartupeļi koncentrē kāliju, tēja – alumīniju, sūnas – dzelzi. Vērmeles, kosa, kukurūza un ozols uzkrāj zeltu.
Izcilais krievu zinātnieks akadēmiķis V.I. Vernadskis.
Biosfēra- Zemes sarežģītais ārējais apvalks, kurā ir viss dzīvo organismu kopums un tā planētas vielas daļa, kas atrodas nepārtrauktas apmaiņas procesā ar šiem organismiem. Šī ir viena no svarīgākajām Zemes ģeosfērām, kas ir cilvēku apkārtējās vides galvenā sastāvdaļa.
Zeme sastāv no koncentriskiem čaumalas(ģeosfēras) gan iekšējās, gan ārējās. Iekšējie ietver serdi un apvalku, bet ārējos: litosfēra - Zemes akmeņains apvalks, ieskaitot zemes garozu (1. att.) ar biezumu no 6 km (zem okeāna) līdz 80 km (kalnu sistēmas); hidrosfēra - Zemes ūdens apvalks; atmosfēra- Zemes gāzveida apvalks, kas sastāv no dažādu gāzu, ūdens tvaiku un putekļu maisījuma.
10 līdz 50 km augstumā atrodas ozona slānis, kura maksimālā koncentrācija ir 20-25 km augstumā, aizsargājot Zemi no pārmērīga ultravioletā starojuma, kas ir nāvējošs ķermenim. Šeit (pie ārējām ģeosfērām) pieder arī biosfēra.
Biosfēra - Zemes ārējais apvalks, kas ietver daļu atmosfēras līdz 25-30 km augstumam (līdz ozona slānim), gandrīz visa hidrosfēra un augšējā daļa litosfērā aptuveni 3 km dziļumā
Rīsi. 1. Zemes garozas uzbūves shēma
(2. att.). Šo daļu īpatnība ir tāda, ka tajās dzīvo dzīvi organismi, kas veido planētas dzīvo vielu. Mijiedarbība biosfēras abiotiskā daļa- gaiss, ūdens, akmeņi un organiskās vielas, biotas izraisīja augsnes un nogulumiežu veidošanos.
Rīsi. 2. Biosfēras uzbūve un pamatstruktūrvienību aizņemto virsmu attiecība
Vielu cikls biosfērā un ekosistēmās
Viss ir pieejams dzīviem organismiem ķīmiskie savienojumi ierobežots biosfērā. Sagremojamo vielu izsmelšana ķīmiskās vielas bieži kavē noteiktu organismu grupu attīstību vietējās sauszemes vai okeāna teritorijās. Pēc akadēmiķa V.R. Viljamsa, vienīgais veids, kā piešķirt bezgalīgajam galīgās īpašības, ir likt tam griezties pa slēgtu līkni. Līdz ar to biosfēras stabilitāte tiek uzturēta, pateicoties vielu un enerģijas plūsmu ciklam. Pieejams divi galvenie vielu cikli: lielais - ģeoloģiskais un mazais - bioģeoķīmiskais.
Lielais ģeoloģiskais cikls(3. att.). Kristālie ieži (magmatiskie) fizikālo, ķīmisko un bioloģisko faktoru ietekmē tiek pārveidoti par nogulumiežiem. Smiltis un māls ir tipiski nogulumi, dziļo iežu transformācijas produkti. Tomēr nogulumu veidošanās notiek ne tikai jau iznīcināšanas dēļ esošās šķirnes, bet arī biogēno minerālu – mikroorganismu skeletu – sintēzes ceļā no dabas resursi- okeānu, jūru un ezeru ūdeņi. Irdeni ūdeņaini nogulumi, jo tos rezervuāru dibenā izolē jaunas nogulšņu materiāla daļas, iegremdē dziļumā un pakļauj jauniem termodinamiskiem apstākļiem (vairāk augstas temperatūras un spiediens) zaudē ūdeni, sacietē un pārvēršas par nogulumiežiem.
Pēc tam šie ieži iegrimst vēl dziļākos apvāršņos, kur notiek to dziļās transformācijas procesi uz jauniem temperatūras un spiediena apstākļiem - metamorfisma procesi.
Endogēno enerģijas plūsmu ietekmē dziļie ieži tiek izkusuši, veidojot magmu – jaunu magmatisko iežu avotu. Pēc tam, kad šie ieži paceļas uz Zemes virsmas laikapstākļu un transporta procesu ietekmē, tie atkal pārvēršas jaunos nogulumiežu iežos.
Tādējādi lielo ciklu izraisa Saules (eksogēnās) enerģijas mijiedarbība ar Zemes dziļo (endogēno) enerģiju. Tas pārdala vielas starp biosfēru un mūsu planētas dziļākajiem apvāršņiem.
Rīsi. 3. Liels (ģeoloģiskais) vielu cikls (plānas bultiņas) un daudzveidības izmaiņas zemes garozā (stingras platas bultiņas - augšana, šķeltās bultiņas - daudzveidības samazināšanās)
Pie Lielā žira Tiek saukts arī ūdens cikls starp hidrosfēru, atmosfēru un litosfēru, ko virza Saules enerģija. Ūdens iztvaiko no rezervuāru virsmas un zemes un pēc tam atgriežas uz Zemes nokrišņu veidā. Virs okeāna iztvaikošana pārsniedz nokrišņu daudzumu; uz sauszemes tas ir pretējs. Šīs atšķirības kompensē upju plūsmas. Zemes veģetācijai ir svarīga loma globālajā ūdens ciklā. Atsevišķos zemes virsmas apgabalos augu transpirācija var radīt līdz pat 80-90% no šeit nokrišņiem un vidēji visos klimatiskās zonas- apmēram 30%. Atšķirībā no lielā cikla, mazais vielu cikls notiek tikai biosfērā. Attiecības starp lielo un mazo ūdens ciklu ir parādītas attēlā. 4.
Cikli planētas mērogā veidojas no neskaitāmām lokālām cikliskām atomu kustībām, ko izraisa organismu dzīvībai svarīga aktivitāte atsevišķās ekosistēmās, kā arī no kustībām, ko izraisa ainavas un ģeoloģiskie cēloņi (virsmas un pazemes notece, vēja erozija, jūras gultnes kustība, vulkānisms, kalnu apbūve utt.).
Rīsi. 4. Saistība starp ūdens lielo ģeoloģisko ciklu (GGC) un ūdens mazo bioģeoķīmisko ciklu (SBC)
Atšķirībā no enerģijas, ko organisms savulaik izmantojis pārvēršas siltumā un pazūd, vielas cirkulē biosfērā, veidojot bioģeoķīmiskos ciklus. No vairāk nekā deviņdesmit dabā sastopamajiem elementiem dzīviem organismiem ir nepieciešami apmēram četrdesmit. Svarīgākie ir nepieciešami lielos daudzumos - ogleklis, ūdeņradis, skābeklis, slāpeklis. Elementu un vielu cikli tiek veikti pašregulējošu procesu dēļ, kuros piedalās visas sastāvdaļas. Šie procesi ir bez atkritumiem. Pastāv Bioģeoķīmiskā cikla globālās slēgšanas likums biosfērā, kas darbojas visos tās attīstības posmos. Biosfēras evolūcijas procesā palielinās bioloģiskā komponenta loma bioģeoķīmisko procesu slēgšanā.
kam cikls. Cilvēkam ir vēl lielāka ietekme uz bioģeoķīmisko ciklu. Bet tā loma izpaužas pretējā virzienā (žires kļūst atvērtas). Vielu bioģeoķīmiskā cikla pamatā ir Saules enerģija un zaļo augu hlorofils. Pārējie svarīgākie cikli — ūdens, ogleklis, slāpeklis, fosfors un sērs — ir saistīti ar bioģeoķīmisko ciklu un veicina to.
Ūdens cikls biosfērā
Augi fotosintēzes laikā izmanto ūdeņradi, lai izveidotu organiskos savienojumus, atbrīvojot molekulāro skābekli. Visu dzīvo būtņu elpošanas procesos organisko savienojumu oksidēšanās laikā atkal veidojas ūdens. Dzīvības vēsturē viss brīvais ūdens hidrosfērā ir vairākkārt izgājis cauri sadalīšanās cikliem un jaunas veidošanās planētas dzīvajā vielā. Katru gadu uz Zemes ūdens apritē tiek iesaistīti aptuveni 500 000 km 3 ūdens. Ūdens cikls un tā rezerves ir parādītas attēlā. 5 (relatīvās vērtībās).
Skābekļa cikls biosfērā
Zeme ir parādā savu unikālo atmosfēru ar augstu brīvā skābekļa saturu fotosintēzes procesam. Ozona veidošanās augstos atmosfēras slāņos ir cieši saistīta ar skābekļa ciklu. Skābeklis izdalās no ūdens molekulām un būtībā ir augu fotosintētiskās aktivitātes blakusprodukts. Abiotiski skābeklis rodas atmosfēras augšējos slāņos ūdens tvaiku fotodisociācijas dēļ, taču šis avots veido tikai tūkstošdaļas no tā, ko nodrošina fotosintēze. Pastāv šķidruma līdzsvars starp skābekļa saturu atmosfērā un hidrosfēru. Ūdenī tas ir aptuveni 21 reizi mazāks.
Rīsi. 6. Skābekļa cikla diagramma: treknās bultiņas - galvenās skābekļa padeves un patēriņa plūsmas
Izdalītais skābeklis intensīvi tiek patērēts visu aerobo organismu elpošanas procesos un dažādu minerālsavienojumu oksidēšanā. Šie procesi notiek atmosfērā, augsnē, ūdenī, dūņās un akmeņos. Ir pierādīts, ka ievērojama daļa no nogulumiežu iežos saistītā skābekļa ir fotosintētiskas izcelsmes. Apmaiņas fonds O atmosfērā veido ne vairāk kā 5% no kopējās fotosintēzes produkcijas. Daudzas anaerobās baktērijas arī oksidē organiskās vielas anaerobās elpošanas procesā, izmantojot sulfātus vai nitrātus.
Pilnīgai augu radītajai organisko vielu sadalīšanai nepieciešams tieši tāds pats skābekļa daudzums, kāds izdalījās fotosintēzes laikā. Organisko vielu apbedīšana nogulumiežu iežos, oglēs un kūdrā kalpoja par pamatu skābekļa apmaiņas fonda uzturēšanai atmosfērā. Viss tajā esošais skābeklis caur dzīviem organismiem iziet pilnu ciklu apmēram 2000 gadu laikā.
Pašlaik ievērojama daļa atmosfēras skābekļa ir saistīta transporta, rūpniecības un citu antropogēno darbību rezultātā. Zināms, ka cilvēce jau šobrīd tērē vairāk nekā 10 miljardus tonnu brīvā skābekļa no kopējā fotosintēzes procesu piegādātā daudzuma 430-470 miljardu tonnu apmērā. Ja ņemam vērā, ka apmaiņas fondā nonāk tikai neliela daļa no fotosintētiskā skābekļa, cilvēka darbība šajā ziņā sāk iegūt satraucošus apmērus.
Skābekļa cikls ir cieši saistīts ar oglekļa ciklu.
Oglekļa cikls biosfērā
Ogleklis kā ķīmiskais elements ir dzīvības pamats. Viņš var Dažādi ceļi apvienot ar daudziem citiem elementiem, veidojot vienkāršas un sarežģītas organiskas molekulas, kas veido dzīvas šūnas. Pēc izplatības uz planētas ogleklis ieņem vienpadsmito vietu (0,35% no zemes garozas svara), bet dzīvajā vielā tas ir vidēji aptuveni 18 vai 45% no sausās biomasas.
Atmosfērā ogleklis ir daļa no oglekļa dioksīda CO 2 un mazākā mērā no metāna CH 4 . Hidrosfērā CO 2 ir izšķīdis ūdenī, un tā kopējais saturs ir daudz lielāks nekā atmosfērā. Okeāns kalpo kā spēcīgs buferis CO 2 regulēšanai atmosfērā: palielinoties tā koncentrācijai gaisā, palielinās oglekļa dioksīda absorbcija ar ūdeni. Dažas CO 2 molekulas reaģē ar ūdeni, veidojot ogļskābi, kas pēc tam sadalās HCO 3 - un CO 2- 3 jonos. Šie joni reaģē ar kalcija vai magnija katjoniem, izgulsnējot karbonātus. Līdzīgas reakcijas ir okeāna bufersistēmas pamatā, saglabājot pastāvīgs ūdens pH līmenis.
Atmosfēras un hidrosfēras oglekļa dioksīds ir apmaiņas fonds oglekļa ciklā, no kurienes tas tiek iegūts zemes augi un aļģes. Fotosintēze ir visu bioloģisko ciklu pamatā uz Zemes. Fiksētā oglekļa izdalīšanās notiek pašu fotosintētisko organismu un visu heterotrofu - baktēriju, sēnīšu, dzīvnieku elpošanas aktivitātes laikā, kas iekļauti barības ķēdē dzīvu vai mirušu organisko vielu dēļ.
Rīsi. 7. Oglekļa cikls
Īpaši aktīva ir CO2 atgriešanās atmosfērā no augsnes, kur koncentrējas neskaitāmu organismu grupu darbība, sadalot mirušo augu un dzīvnieku atliekas un notiek augu sakņu sistēmu elpošana. Šis neatņemamais process tiek saukts par “augsnes elpošanu”, un tas sniedz būtisku ieguldījumu CO2 apmaiņas fonda papildināšanā gaisā. Paralēli organisko vielu mineralizācijas procesiem augsnēs veidojas humuss - sarežģīts un stabils ar oglekli bagāts molekulārais komplekss. Augsnes humuss ir viens no svarīgākajiem oglekļa rezervuāriem uz sauszemes.
Apstākļos, kad destruktoru darbību kavē vides faktori (piemēram, kad augsnē un rezervuāru dibenā iestājas anaerobs režīms), veģetācijas uzkrātā organiskā viela nesadalās, laika gaitā pārvēršoties akmeņos, piemēram, oglēs vai brūnos. ogles, kūdra, sapropelis, degslāneklis un citi, kas bagāti ar uzkrāto saules enerģiju. Tie papildina oglekļa rezerves fondu, ilgstoši esot atslēgti no bioloģiskā cikla. Ogleklis īslaicīgi tiek nogulsnēts arī dzīvā biomasā, mirušajos pakaišos, okeāna izšķīdinātā organiskā vielā utt. Tomēr galvenais oglekļa rezerves fonds rakstiski nav dzīvi organismi vai fosilais kurināmais, bet nogulumieži - kaļķakmeņi un dolomīti. To veidošanās ir saistīta arī ar dzīvās vielas darbību. Šo karbonātu ogleklis ilgstoši tiek aprakts Zemes zarnās un nonāk ciklā tikai erozijas laikā, kad tektoniskos ciklos tiek pakļauti ieži.
Bioģeoķīmiskajā ciklā piedalās tikai daļa no oglekļa kopējā daudzuma uz Zemes. Ogleklis no atmosfēras un hidrosfēras daudzas reizes iziet cauri dzīviem organismiem. Sauszemes augi spēj izsmelt tās rezerves gaisā 4-5 gados, rezerves augsnes trūdvielām - 300-400 gados. Galvenā oglekļa atgriešanās apmaiņas fondā notiek dzīvo organismu aktivitātes dēļ, un tikai nelielu tā daļu (procentu tūkstošdaļas) kompensē izdalīšanās no Zemes zarnām kā daļa no vulkāniskām gāzēm.
Pašlaik milzīgo fosilā kurināmā rezervju ieguve un sadedzināšana kļūst par spēcīgu faktoru oglekļa pārnešanai no rezerves uz biosfēras apmaiņas fondu.
Slāpekļa cikls biosfērā
Atmosfēra un dzīvās vielas satur mazāk nekā 2% no visa slāpekļa uz Zemes, bet tas ir tas, kas uztur dzīvību uz planētas. Slāpeklis ir daļa no svarīgākajām organiskajām molekulām – DNS, proteīniem, lipoproteīniem, ATP, hlorofila uc Augu audos tā attiecība pret oglekli ir vidēji 1:30, un jūraszāles I: 6. Tāpēc arī slāpekļa bioloģiskais cikls ir cieši saistīts ar oglekļa ciklu.
Atmosfēras molekulārais slāpeklis nav pieejams augiem, kuri var absorbēt šo elementu tikai amonija jonu, nitrātu veidā vai no augsnes vai ūdens šķīdumi. Tāpēc slāpekļa deficīts bieži vien ir primāro ražošanu ierobežojošs faktors - organismu darbs, kas saistīts ar organisko vielu radīšanu no neorganiskām. Neskatoties uz to, atmosfēras slāpeklis ir plaši iesaistīts bioloģiskajā ciklā īpašu baktēriju (slāpekļa fiksatoru) aktivitātes dēļ.
Amonificējošiem mikroorganismiem ir arī liela nozīme slāpekļa ciklā. Tie sadala olbaltumvielas un citas slāpekli saturošas organiskas vielas amonjakā. Amonija formā slāpekli daļēji reabsorbē augu saknes, un daļēji to pārtver nitrificējošie mikroorganismi, kas ir pretējs mikroorganismu grupas - denitrifikatoru - funkcijām.
Rīsi. 8. Slāpekļa cikls
Anaerobos apstākļos augsnēs vai ūdeņos tie izmanto skābekli no nitrātiem, lai oksidētu organiskās vielas, iegūstot enerģiju savai dzīvei. Slāpeklis tiek reducēts par molekulāro slāpekli. Slāpekļa fiksācija un denitrifikācija pēc būtības ir aptuveni līdzsvarota. Tādējādi slāpekļa cikls galvenokārt ir atkarīgs no baktēriju aktivitātes, savukārt augi tajā integrējas, izmantojot šī cikla starpproduktus un ievērojami palielinot slāpekļa cirkulācijas apjomu biosfērā, ražojot biomasu.
Baktēriju loma slāpekļa ciklā ir tik liela, ka, iznīcinot tikai 20 to sugas, dzīvība uz mūsu planētas apstāsies.
Slāpekļa nebioloģiska fiksācija un tā oksīdu un amonjaka iekļūšana augsnēs notiek arī ar nokrišņiem atmosfēras jonizācijas un zibens izlādes laikā. Mūsdienu mēslošanas līdzekļu rūpniecība fiksē atmosfēras slāpekli tādā līmenī, kas pārsniedz dabisko slāpekļa fiksāciju, lai palielinātu labības produkciju.
Pašlaik cilvēka darbība arvien vairāk ietekmē slāpekļa ciklu, galvenokārt virzienā uz tā pārnešanu saistītās formās pāri atgriešanās procesiem molekulārajā stāvoklī.
Fosfora cikls biosfērā
Šo elementu, kas nepieciešams daudzu organisko vielu, tostarp ATP, DNS, RNS, sintēzei, augi absorbē tikai ortofosforskābes jonu veidā (P0 3 4 +). Tas pieder pie elementiem, kas ierobežo primāro ražošanu gan uz sauszemes, gan īpaši okeānā, jo fosfora apmaiņas fonds augsnē un ūdeņos ir neliels. Šī elementa cikls biosfēras mērogā nav slēgts.
Uz sauszemes augi no augsnes izsūc fosfātus, ko sadalītāji atbrīvo no sadalīšanās organiskajām atliekām. Tomēr sārmainā vai skābā augsnē fosfora savienojumu šķīdība strauji samazinās. Galvenais fosfātu rezerves fonds ir ģeoloģiskajā pagātnē okeāna dibenā radītajos akmeņos. Iežu izskalošanās laikā daļa no šīm rezervēm nonāk augsnē un tiek izskalota ūdenstilpēs suspensiju un šķīdumu veidā. Hidrosfērā fosfātus izmanto fitoplanktons, kas caur barības ķēdēm nokļūst citiem hidrobiontiem. Tomēr okeānā lielākā daļa fosfora savienojumu ir aprakti ar dzīvnieku un augu paliekām apakšā, kam seko pāreja ar nogulumiežiem lielajā ģeoloģiskajā ciklā. Dziļumā izšķīdušie fosfāti saistās ar kalciju, veidojot fosforītus un apatītus. Biosfērā faktiski notiek vienvirziena fosfora plūsma no zemes akmeņiem okeāna dzīlēs, tāpēc tā apmaiņas fonds hidrosfērā ir ļoti ierobežots.
Rīsi. 9. Fosfora cikls
Mēslošanas līdzekļu ražošanā izmanto fosforītu un apatītu sauszemes atradnes. Fosfora iekļūšana saldūdens tilpnēs ir viens no galvenajiem to “ziedēšanas” iemesliem.
Sēra cikls biosfērā
Sēra cikls, kas nepieciešams vairāku aminoskābju veidošanai, ir atbildīgs par olbaltumvielu trīsdimensiju struktūru un tiek uzturēts biosfērā. plaša spektra baktērijas. Atsevišķas saites šajā ciklā ietver aerobos mikroorganismus, kas oksidē organisko atlieku sēru līdz sulfātiem, kā arī anaerobos sulfātu reducētājus, kas sulfātus reducē līdz sērūdeņradim. Papildus uzskaitītajām sēra baktēriju grupām tās oksidē sērūdeņradi līdz elementāram sēram un pēc tam par sulfātiem. Augi no augsnes un ūdens absorbē tikai SO2-4 jonus.
Gredzens centrā ilustrē oksidācijas (O) un reducēšanas (R) procesu, kas apmainās ar sēru starp pieejamo sulfātu baseinu un dzelzs sulfīda baseinu, kas atrodas dziļi augsnē un nogulumos.
Rīsi. 10. Sēra cikls. Gredzens centrā ilustrē oksidācijas (0) un reducēšanas (R) procesu, caur kuru sēra apmaiņa notiek starp pieejamā sulfāta baseinu un dzelzs sulfīdu baseinu, kas atrodas dziļi augsnē un nogulumos.
Galvenā sēra uzkrāšanās notiek okeānā, kur sulfātu joni nepārtraukti plūst no zemes ar upju noteci. Sērūdeņradim izdaloties no ūdens, sērs daļēji tiek atgriezts atmosfērā, kur tas oksidējas līdz dioksīdam, lietus ūdenī pārvēršoties sērskābē. Rūpnieciskā izmantošana liels daudzums sulfāti un elementārais sērs un fosilā kurināmā sadedzināšana atmosfērā izdala lielu daudzumu sēra dioksīda. Tas kaitē veģetācijai, dzīvniekiem, cilvēkiem un kalpo kā skābo lietus avots, kas pastiprina cilvēka iejaukšanās sēra ciklā negatīvo ietekmi.
Vielu aprites ātrums
Visi vielu cikli notiek dažādos ātrumos (11. att.)
Tādējādi visu planētas biogēno elementu ciklus atbalsta dažādu daļu sarežģīta mijiedarbība. Tos veido dažādu funkciju organismu grupu darbība, noteces un iztvaikošanas sistēma, kas savieno okeānu un zemi, ūdens un gaisa masu cirkulācijas procesi, gravitācijas spēku darbība, litosfēras plātņu tektonika un citas lielas. -mēroga ģeoloģiskie un ģeofiziskie procesi.
Biosfēra darbojas kā viena sarežģīta sistēma, kurā notiek dažādi vielu cikli. Galvenais to virzītājspēks cikli ir planētas dzīvā viela, visi dzīvie organismi, organisko vielu sintēzes, transformācijas un sadalīšanās procesu nodrošināšana.
Rīsi. 11. Vielu aprites tempi (P. Cloud, A. Jibor, 1972)
Ekoloģiskā pasaules skatījuma pamatā ir ideja, ka ikvienu dzīvu būtni ieskauj daudzas ietekmes uz to. dažādi faktori, veidojot kompleksā savu biotopu – biotopu. Tāpēc biotops - teritorijas posms, kas dzīves apstākļu ziņā ir viendabīgs noteiktām augu vai dzīvnieku sugām(gravas nogāze, pilsētas mežaparks, neliels ezers vai liela ezera daļa, bet ar viendabīgiem apstākļiem - piekrastes daļa, dziļūdens daļa).
Konkrētam biotopam raksturīgie organismi veido dzīves kopiena jeb biocenoze(ezeru, pļavu, piekrastes joslu dzīvnieki, augi un mikroorganismi).
Dzīvā kopiena (biocenoze) ar savu biotopu veido vienotu veselumu, ko sauc ekoloģiskā sistēma (ekosistēma). Dabisko ekosistēmu piemērs ir skudru pūznis, ezers, dīķis, pļava, mežs, pilsēta, ferma. Klasisks piemērs mākslīgā ekosistēma ir kosmosa kuģis. Kā redzat, stingra nav telpiskā struktūra. Tuvs ekosistēmas jēdzienam ir jēdziens biogeocenoze.
Galvenās ekosistēmu sastāvdaļas ir:
- nedzīva (abiotiska) vide. Tie ir ūdens, minerālvielas, gāzes, kā arī organiskās vielas un humuss;
- biotiskās sastāvdaļas. Tajos ietilpst: ražotāji vai ražotāji (zaļie augi), patērētāji vai patērētāji (dzīvas būtnes, kas barojas no ražotājiem) un sadalītāji vai sadalītāji (mikroorganismi).
Daba darbojas ārkārtīgi ekonomiski. Tādējādi organismu radītā biomasa (organismu ķermeņu viela) un tajās esošā enerģija tiek nodota citiem ekosistēmas dalībniekiem: dzīvnieki ēd augus, šos dzīvniekus ēd citi dzīvnieki. Šo procesu sauc pārtikas vai trofikas ķēde. Dabā barības ķēdes bieži krustojas, veidojot pārtikas tīklu.
Piemēri pārtikas ķēdes: augs - zālēdājs - plēsējs; labība - lauka pele - lapsa uc un barības tīkls ir parādīts attēlā. 12.
Tādējādi līdzsvara stāvoklis biosfērā balstās uz biotisko un abiotisko vides faktoru mijiedarbību, kas tiek uzturēta ar nepārtrauktu vielu un enerģijas apmaiņu starp visām ekosistēmu sastāvdaļām.
Dabisko ekosistēmu slēgtās apritēs kopā ar citiem ir nepieciešama divu faktoru līdzdalība: sadalītāju klātbūtne un pastāvīga saules enerģijas piegāde. Pilsētu un mākslīgajās ekosistēmās ir maz vai nav nekādu sadalītāju, tāpēc uzkrājas šķidrie, cietie un gāzveida atkritumi, piesārņojot vidi.
Rīsi. 12. Barības tīkls un vielas plūsmas virziens
Notiek ielāde...