Лекция Сравнительная характеристика первичной продукции основных экосистем. Понятие энергетической субсидии



Скачать 70.11 Kb.
Дата26.04.2016
Размер70.11 Kb.
ТипЛекция
Современные проблемы биологии и экологии

Лекция 8.

Сравнительная характеристика первичной продукции основных экосистем.

Понятие энергетической субсидии.



  1. Улучшение условий собственными силами людей – полив, пахота и т.д.

  2. Включение в энергетический цикл ископаемой запасенной энергии (сжигание угля, газа, нефти и т.д.)

  3. Селекция, отбор лучших образцов.

  4. Генетическое модифицирование, усовершенствование генетический образцов согласно своим потребностям.

Классификация экосистем по характеру энергетического цикла

  1. Природные, движимые Солнцем, несубсидируемые

  2. Управляемые, движимые Солнцем и субсидируемые человеком

  3. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками

  4. Природные, обособленные, движимые другими экосистемами, представленными в виде детрита (донные экосистемы морей и океанов).

  5. Природные, движимые энергией химических связей (черные курильщики, донные системы, вокруг мест выхода геотермальных вод, содержащих серные соединения HS-).


Биогеохимические циклы.

  • резервный фонд - большая масса медленно движущихся в-в, в основном небиологический компонент

  • обменный фонд - меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

В биосфере круговороты делят на 2 типа:



В первом случае главный поставщик элементов - атмосфера (углерод, кислород, азот), во втором - горные осадочные породы (фосфор, сера и др.).

Количественные характеристики круговоротов:

Скорость оборота - та часть общего количества данного вещества в данном компоненте среды, которая освобождается за определенное время.

Время оборота - величина обратная, т.е. время, необходимое для полной смены всего количества этого вещества в данном компоненте экосистемы

С – коэффициент рециркуляции, Tc – рециркулируемая доля потока вещества через систему, T – общий поток вещества через систему. С = Tc/T



Газообразные круговороты. Круговорот углерода.

Биополимеры, изомерия, абиогенное происхождения первых органических соединений, оксигенный и аноксигенный фотосинтез.

Минерализация углерода и залежи ископаемого углерода: каменные угли, нефть, известняки и др. Растворенная CO2 - определяет кислотности среды. В составе CaCO3 образует наружный скелет многих беспозвоночных (например, раковины моллюсков), также содержится в кораллах, яичной скорлупе птиц и др. Такие соединения , как HCN, CO, CCl4, преобладавшие в первичной атмосфере Земли в добиологический период, в дальнейшем, в процессе биологической эволюции, превратились в сильные антиметаболиты обмена веществ.

Пулы углерода - в основном в виде углекислого газа, угольной кислоты и ее нерастворимых солей, чаще всего карбоната кальция (мел, известняк). Часть углерода в виде карбонатов может надолго выключаться из оборота. Углерод в биосфере часто представлен наиболее подвижной формой - углекислым газом. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная с вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.

Миграция углекислого газа в биосфере Земли протекает двумя путями.

Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем захоронении их в литосфере в виде торфа, угля, горных сланцев, рассеянной органики, осадочных горных пород.

По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где CO2 переходит в H2CO3, HCO31-, CO32-. Затем происходит осаждение карбонатов CaCO3 биогенным и абиогенным путями. Возникают мощные толщи известняков.

В ночное время часть CO2 выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием CO2.

Особое место в современном круговороте веществ занимает массовое сжигание органических веществ и постепенное возрастание содержания углекислого газа в атмосфере, связанное с ростом промышленного производства и транспорта.

Газообразные круговороты. Круговорот азота.

Содержание в атмосфере в газообразном виде составляет 79%. Способы фиксации (связывания) азота:



  1. Абиогенная фиксация в результате электрических разрядов (молний) и других физических процессов, в которых происходит фиксация азота.

  2. Биогенная фиксация азота, т.е. перевод азота из атмосферы в доступную форму в результате деятельности микроорганизмов, бактерий или водорослей

Основная роль азота в биосистемах – входит в состав белков, т.е. является необходимым элементов для образования аминокислот. Т.к. организм консументов не может выводить соединения азота как СО2 в процессе дыхания, то необходимо было создание специальной выделительной системы, которая позволяет удалять излишки азота в виде мочевины. После смерти животных и растений белки разлагаются редуцентами с выделением аммиака, а затем в результате жизнедеятельности некоторых бактерий - в нитраты.

Влияние человека на цикл азота - большая часть антропогенного азота уносится со стоком в моря и океаны. В цикле азота наблюдается снижение коэф.рециркуяции, т.е. сейчас из 100 гр возвращается 68, и С=68%, ранее эта цифра была 82%.

Круговорот азота представляет собой ряд замкнутых взаимосвязанных путей, по которым азот циркулирует в земной биосфере.

Процесс разложения органических веществ в почве. Азот высвобождается в виде аммиака (NH3) или ионов аммония (NH4+) - АММОНИФИКАЦИЯ – перевод азота из органической формы в аммоний (NH4+) или аммиак NH3 Реакцию осуществляют бактерии аммонификаторы (анаэробы и аэробы).

Затем другие микроорганизмы связывают этот азот, переводя его обычно в форму нитратов (NO3) - НИТРИФИКАЦИЯ – окисление аммония до нитрита (NO2), а потом до нитрата (NO3). 1 фазу (NH3+ в NO2 ) проводят бактерии рода Nitrosomonas , 2 фазу (NO2 в NO3 ) бактерии рода Nitrobacter.

Потери азота.

При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты Са(NОз)2азот включается в состав отложений.

Другой путь потерь азота – высвобождение в процессе жизнедеятельности некоторых бактерий (так называемых денитрифицирующих бактерий, попадая в атмосферу) - ДЕНИТРИФИКАЦИЯ, т.е. когда азот из растворенной формы переходит в атмосферную (из NO3- в N2.)

Для уравновешения процесса стока азота существует и компенсация этих потерь за счет извержения вулканов и других видов геологической активности.

Но больше всего связанного азота человек производит в виде минеральных удобрений.



Осадочный круговорот. Круговорот фосфора.

Фосфор поступает в атмосферу в единственной форме – в виде пыли. Поэтому в круговорот фосфора вовлечены только почва и вода.

Влияние экологических факторов на круговорот фосфора.


  1. Растворенный кислород - фосфор образует нерастворимые соединения, которые осаждаются, тем самым изымая фосфор из фонда доступных биогенных элементов. При длительном сохранении таких условий накапливается осадочный фосфор и в конечном счете образуются фосфатные породы.

  2. Кислотность среды:

в щелочной среде фосфат-ионы легко соединяются с натрием или кальцием, образуя нерастворимые соединения.

в кислой среде фосфат превращается в хорошо растворимую фосфорную кислоту и высокая кислотность снижает доступность фосфора в результате его реакций с другими минеральными веществами.

Фосфор наиболее легко доступен в узком диапазоне кислотности в слабокислой среде.

Коэффициент рециркуляции – от 85 % до 70%. Гипотеза об исчерпаемости запасов фосфора – отсутствие механизмов возврата из глубинных морских отложений.

В отличие, например, от углекислого газа, у фосфора нет газовой фазы и, следовательно, нет свободного возврата в атмосферу. Попадая в водоемы, фосфор насыщает, а иногда и перенасыщает экосистемы. Океанические отложения фосфата со временем поднимаются над поверхностью воды в результате геологических процессов, но это происходит в течение миллионов лет. Следовательно, фосфор и другие минеральные биогены почвы циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие их отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так и происходит. Когда же в их функционирование вмешивается человек, он нарушает естественный круговорот, перевозя, например, урожай вместе с накопленными из почвы биогенами на большие расстояния к потребителям.

Экологические проблемы газообразных круговоротов: Кислые дожди. Синергический эффект. Озоновый слой. Парниковый эффект – увеличение выбросов и уменьшение природных экосистем, связывающих углекислый газ.

Круговорот воды - испарение, конденсации и выпадение осадков.

Малый и большой круговороты.

Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот.

Когда водяной пар переносится воздушными течениями на сушу - часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот.



Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу.



База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал