Биология. Учебник для 11 классов средних общеобразовательных
 Скачать 5.71 Mb.
|
|
§ 28. БИОМАССА БИОСФЕРЫ Применение знаний.Вспомните, из курса географии, расположение географических зон Земли от полюсов к экватору. Повторите меха- низмы процесса фотосинтеза и космическую роль фотосинтеза. Ка- кие организмы являются фототрофами? Биомасса представляет собой общую массу животных, растений и микро- организмов, присутствующих в биосфере. Полная биологическая масса Земли оценивается приблизительно в 2 423 млрд тонн. Биомассы живого вещества (зеленых растений, животных и микроорганизмов) на суше материков и в Мировом океане существенно различаются (таблица 5). Таблица 5 Биомасса живого вещества планеты (в пересчете на сухое вещество) Организмы Биомасса живого вещества Материковая часть Мировой океан млрд. т. % млрд. т. % Зеленые растения 2400 99,2 0,2 6,3 Животные и микроорганизмы 20 0,8 3,0 93,7 Всего 2420 100 3,2 100 Как видно из таблицы, наибольшая масса живых организмов биос- феры сосредоточена на материках (более 98,7%). Вклад океанической части в общую биомассу невелик (около 0,13%). На суше значитель- но преобладает живое вещество растений (более 99%), в океане – 146 животных (более 93%). В то же время при сравнении их абсолютных значений: 2400 млрд т растений и 3 млрд т животных – видно, что живое вещество на планете в подавляющем большинстве представлено наземными зелеными растениями. Биомасса гетеротрофных организмов составляет всего около 1%. Биомасса суши увеличивается от полюсов к экватору. Вместе с тем возрастает и количество видов растений. Тундра с лишайниками и мхами (до 500 видов) сменяется хвойными и широколиственными лесами, затем степями (до 2000 видов) и субтропической растительностью (свыше 3000 видов). Наибольшая биомасса живого вещества суши сконцентри- рована в тропических лесах. Они являются наиболее продуктивными сообществами материковой части биосферы (свыше 8000 видов). Разнообразие и количество видов животных зависят от растительной массы и тоже увеличиваются к экватору. Наивысшей плотности жизнь достигает при различной приспособленности видов к условиям совмест- ного существования. Поэтому наибольшая плотность жизни наблюдается в биогеоценозах, где виды связаны цепями питания. Цепи питания, переплетаясь, образуют сложную сеть передачи химических элементов и энергии от одного звена к другому. Большое влияние на биомассу суши оказывает человек. Под его воздействием сокращаются площади, произ- водящие биомассу. Это требует рационального использования земель и водоемов для промышленных и сельскохозяйственных нужд. Биомасса Мирового океана. Мировой океан занимает более 2/3 поверхности планеты. Биомасса в нем распространена неравномерно и представлена преимущественно в верхней части планктоном. Хотя биомасса наземных растений во много раз превосходит общую массу океанических живых организмов, в то же время именно Мировой океан считается самой продуктивной средой по созданию биомассы. Это связа- но с интенсивными темпами размножения фитопланктона и зоопланкто- на, их быстрым ростом и короткой продолжительностью жизни. Фотосинтез водорослей происходит главным образом в верхнем слое воды – до 100 м. На океан приходится около 1/3 фотосинтеза, происходящего на всей планете. В питании животных океана преи- мущественное значение имеет планктон. Водорослями и простей- шими питаются веслоногие рачки. Рачков поедают сельди и другие рыбы. Сельди идут в пищу хищным рыбам и чайкам. Исключительно планктоном питаются усатые киты. 147 В океане, особенно на дне его, распространены бактерии, превра- щающие органические остатки в неорганические вещества. Отмершие организмы медленно оседают на дно океана. Многие из них покры- ты кремневыми или известковыми оболочками, а также известковыми раковинами. На дне океана они образуют осадочные породы. Так, на месте моря, покрывавшего 100 млн. лет назад Центральную Азию, находят в земле известняки, мел. В нем можно рассмотреть микро- скопические раковины древнейших животных (корненожки и др.). Добыча нефти в морях, ее перевозка в танкерах и другие виды деятельности человека приводят к загрязнению Мирового океана и сокращению его биомассы. Необходимо соблюдение мер охраны морских вод от загрязнений. Биомасса почвы. Почва не только среда, необходимая для жизни растений, но и биогеоценоз с разнообразными живыми организмами. Биомасса почвы составляют живые организмы, обитающие в почве, именно они играют ведущую роль в процессе ее формирования. В раз- ных почвах существуют своеобразные биоценозы. Их составляют кор- ни растений, микроорганизмы, черви, насекомые и их личинки, клещи, кроты, суслики. Все они ведут большую почвообразовательную работу, создавая плодородие почвы, а после гибели становятся источником ор- ганического вещества для бактерий. Например, дождевые черви, про- пуская почву через кишечник, выносят ее на поверхность, ежегодно образуя слой толщиной 0,5 см, массой 25 т на 1 га. В поверхностных слоях живут зеленые водоросли и цианобактерии, снабжающие почву кислородом в процессе фотосинтеза. Биомасса почвы, подобно растительной биомассе, имеет тенденцию к увеличению от полюсов к экватору. Вода от дождей, тающих сне- гов обогащает ее кислородом и растворяет минеральные соли. Часть растворов удерживается в почве, часть выносится в реки и океан. Почва испаряет поднимающуюся по капиллярам грунтовую воду. В почве происходит и газообмен. Ночью при охлаждении и сжатии газов в нее проникает некоторое количество воздуха. Проникший в почву с воздухом кислород поглощается животными и растениями, азот улавли- вается некоторыми бактериями. Днем при нагревании почвы выделяют- ся газы: углекислый, сероводород, аммиак. Все процессы, происходя- щие в почве, входят в круговорот веществ биосферы. 148 Такие виды хозяйственной деятельности человека, как использо- вание пестицидов (химические средства, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, с различными сорняками), вызыва- ют массовую гибель почвенных организмов, играющих важную роль в биосфере. Необходимо бережное отношение к почве, рациональное ее использование и защита от загрязнения. В развитии биосферы наступил такой период, когда человек должен планировать свою хозяйственную деятельность таким образом, чтобы она не нарушала сложившиеся в этой гигантской экосистеме законо- мерности, не способствовала сокращению биомассы. Ключевые слова: биомасса суши, биомасса Мирового океана, биомасса почвы, пестициды Вопросы и задания. 1. Охарактеризуйте биомассу суши. 2. Почему биомасса суши увеличивается от полюсов к экватору? 3. Что составляет биомассу почвы? 4. Как распределена биомасса в Мировом океане? 5. Какое влияние оказывает деятельность человечества на биомассу Земли? Выскажите свое мнение. Объясните следующие факты. Биомасса живого вещества Мирового океа- на, при его огромной площади почти в тысячу раз меньше, чем на суше. Причем основную часть ее составляют животные (93,7%), на растения приходится всего 6,3%. § 29. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В БИОСФЕРЕ Вспомните почему, круговорот веществ в экосистеме является ре- зультатом взаимодействия продуцентов, консументов и редуцентов. Объясните почему поддержание круговорота веществ и превращение энергии является основным условием существования экосистемы. Понятие о круговороте веществ. Круговорот веществ в биосфере – цикличный процесс совместного, взаимосвязанного превращения и перемещения веществ. Все составные компоненты биосферы – горные породы, природные воды, газы, почва, растения, животные, микро- организмы – связаны с беспрерывным процессом круговорота. 149 Наличие круговорота веществ является необходимым условием су- ществования биосферы. Чтобы биосфера не переставала существовать и чтобы не прекращалось ее развитие, на Земле постоянно должен осу- ществляться круговорот биологически важных веществ. Это значит, что после использования они должны снова переходить в форму, пригодную для усвоения другими организмами. Этот переход биологически важных элементов от звена к звену, который осуществляется в масштабах всей планеты при определенных затратах энергии, источником которой яв- ляется Солнце, называется геологическим круговоротом. Геологический круговорот веществ – процесс миграции веществ, осуществляемый под влиянием абиотических факторов. Горные породы подвергаются разру- шению, выветриванию и в конечном итоге смываются потоками воды в Мировой океан. Здесь они откладываются на дне, образуя осадочные породы. Благодаря движению материковых плит одни участки опуска- ются и оказываются под водами морей и океанов, а другие поднимают- ся. В результате те вещества, что накопились в океане, оказываются на суше, а те, что образовывали поверхность континентов – на дне моря. После появления живого вещества на основе геологического круго- ворота образовался круговорот органического вещества, который назы- вается биологическим круговоротом. По мере развития живых организ- мов из геологического круговорота изымалось все больше элементов, которые включались в непрекращающийся биологический круговорот, являющийся основой жизни. Для существования биосферы и для нор- мального протекания в ней процессов, должны постоянно функциони- ровать круговороты биогенных элементов. Одни элементы необходимы организмам в большом количестве, другие – в меньшем, а некоторых элементов требуется очень мало. Поэтому элементы, которые включа- ются в биологический круговорот, подразделяются на макро-, микро- элементы. Биогенными являются элементы, которые обязательно входят в состав живых организмов, это C, H, O, N, S, P, Ca, K, Cl, Fe, Mg, Cu, Mn, Zn, Mo, Br, B, I. Первые шесть элементов являются самыми важными биогенными элементами. Геологический круговорот отличается от биологического следующи- ми особенностями: движущей силой геологического – круговорот воды между океаном и сушей, а биологического круговорота является раз- личие в характере питания живых организмов. В геологическом кру- говороте участвуют все химические элементы, находящиеся в земной коре, в биологическом только биогенные элементы. Продолжительность 150 цикла в геологическом круговороте равна десяткам и сотням тысяч лет, продолжительность циклов химических элементов в биологическом кру- говороте кратковременна – год, несколько лет, десятки или сотни лет. Биологический круговорот в отличие от геологического, совершается в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из не- органических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении орга- нического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. В биологическом круговороте под влиянием редуцентов живое веще- ство превращается в неорганическое вещество, которое дальше может либо снова включаться в биологический круговорот, либо выходить из него и включаться в геологический круговорот. В свою очередь эле- менты из геологического круговорота могут поглощаться организмами и вовлекаться в биологический круговорот. Поскольку биологический круговорот связан с геологическим, то логично рассматривать их как единое целое, как биогеохимический круговорот элементов (рис.43). Компоненты биосферы – живое вещество, населенные жизнью части гидросферы, атмосферы и литосферы тесно связаны между собой единым круговоротом веществ и потоком энергии. Это возможно потому, что в экосистеме присутствуют не только автотрофы – производители органиче- ского вещества, но и гетеротрофы – потребители и разрушители органи- ческого вещества. Между процессами создания органического вещества и его преобразованием и разрушением устанавливается относительное рав- новесие, которое обеспечивает устойчивость экосистемы. Устойчивость – это свойство экосистемы, которое проявляется в поддержании своего сос- тава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены. Устойчивость биосферы определяется разнообразием живого вещества, взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем, жизненной активностью живого вещества. Механизмы, обеспечивающие устойчивость биосферы. Биологический круговорот веществ, создавший биосферу и определяющий ее устойчивость и целостность, связан с жизнедеятельностью всей биомассы планеты в целом. Основу биологического круговорота, обеспечивающего жизнь на Земле, составляют энергия Солнца и хлорофилл зеленых растений. Движу- щими силами круговорота служат потоки энергии Солнца и деятельность живого вещества. С их помощью идет концентрирование и перераспределе- ние химических элементов, вовлеченных зелеными растениями с помощью корневой системы и фотосинтеза в органические вещества. 151 Растения, поглощая световую энергию Солнца, потребляют из окру- жающей среды углекислый газ, воду, минеральные вещества, выделяют кислород и создают органические вещества – первичную продукцию для животных, грибов, бактерий. Животные поедают растения и в результате пищеварения усваивают образовавшиеся в процессе фотосинтеза органи- ческие вещества и превращают первичную растительную продукцию во вторичную. Используют кислород для дыхания, выделяют углекислый газ и непереваренные остатки пищи. После отмирания растения и животные образуют массу мертвого органического вещества (детрит). Детрит досту- пен для разложения (минерализации) грибами и бактериями. Бактерии и грибы разрушают первичную растительную и вторичную животную про- дукцию до минеральных веществ. В результате их жизнедеятельности в биосферу поступает дополнительное количество углекислого газа. Орга- нические вещества превращаются в исходные неорганические компоненты – биогены. Образовавшиеся минеральные соединения, попадая в почву и водоемы, снова становятся доступны растениям для фиксации посредст- вом фотосинтеза. Такой процесс повторяется бесконечно, обеспечивая устойчивость биосферы, носит замкнутый характер (круговорот). Рис.43. Биогеохимический круговорот элементов. Дыхание растений и животных Равновесие атмосфера – вода Известковые рифы Фотосинтез Вулканическая деятельность Известняк Известь Энергия ископаемого углерода Разложение Минерализация Восполнение ресурсов CO 2 в процессе человече- ской деятельности N 2 H 2 CO 3 Растворение 152 Ключевые слова: круговорот веществ, геологический круговорот, биоло- гический круговорот. Вопросы и задания. 1. Что представляет собой круговорот веществ в биосфере? 2. Назовите главное отличие геологического круговорота веществ от био- логического круговорота веществ в биосфере. 3. Опишите роль живых организмов в круговороте веществ в биосфере. 4. Перечислите механизмы, обеспечивающие устойчивость биосферы. Выскажите свое мнение. Проанализируйте, какие условия являются необходимыми для поддержа- ния непрерывности круговорота веществ. Задания для самостоятельной работы. Отразите в таблице сравнительную характеристику геологического и биологи- ческого круговоротов. Геологический круговорот Биологический круговорот § 30. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ Объясните взаимосвязь геологического и биологического кругово- ротов. Геологический и биологический круговороты в совокупности фор- мируют общий биогеохимический круговорот веществ, основу которого составляют циклы азота, воды, углерода и кислорода. Биогеохимические циклы – циркуляция в биосфере химических элементов и неорганических соединений по характерным путям из внеш- ней среды в организмы, и из организмов во внешнюю среду. Скорость круговорота биогенных элементов различны и зависят от роли, которую они играют в жизнедеятельности организмов, и от количества этих эле- ментов в земной коре. Например, углерод, содержащийся в углекислом газе атмосферы, совершает полный цикл за 300 лет, атмосферный кисло- род за 2 тыс. лет, а водороду воды для этого требуется более 2 млн лет. Отдельные биогеохимические циклы элементов сливаются в общий глобальный биологический круговорот биосферы. Нередко и органи- ческие вещества выходят из круговорота и остаются надолго в виде 153 залежей, не включенными в круговорот – осадочных пород биогенно- го происхождения (известняки, каменный уголь, торф, нефть и др.). Рассмотрим круговороты тех атомов, которые как универсальные свой- ственны всем без исключения живым организмам. Круговорот углерода. Углерод является важнейшим элементом, входя- щий в состав всех органических соединений, присутствует в атмосфере в составе углекислого газа. Основной путь, по которому углерод из не- органических соединений переходит в состав органических веществ – это процесс фотосинтеза. Часть углерода выделяется в атмосферу в составе углекислого газа при дыхании живых организмов и при разложе- нии бактериями мертвого органического вещества. Усвоенный растения- ми углерод потребляется животными. Кроме того, коралловые полипы, моллюски используют соединения углерода для построения скелетных образований и раковин. После их отмирания и оседания на дне формиру- ются отложения известняков. Таким образом, углерод может исключать- ся из круговорота. Выведение углерода из круговорота на длительный срок достигается путем формирования полезных ископаемых: каменного угля, нефти, торфа. В процессе жизнедеятельности растений, животных и человека углерод может быть освобожден и тогда вновь окажется в круговороте (рис. 44). Рис.44. Схема круговорота углерода в биосфере. CO 2 в атмосфере Фотосинтез Фотосинтез Планктон Морские водоросли Гибель Торф Уголь Нефть, газ Разложение Мертвые остатки Дыхание Сжигание топлива 154 На протяжении существования нашей планеты выведенный из кру- говорота углерод компенсировался углекислым газом, поступающим в атмосферу при вулканических извержениях и в ходе других естественных процессов. В настоящее время к природным процессам пополнения угле- рода в атмосфере добавилось значительное антропогенное воздействие. Например, при сжигании углеводородного топлива. Это нарушает отре- гулированный веками круговорот углерода на Земле. Круговорот азота. Азот – один из самых распространенных элемен- тов в биосфере. Азот входит в состав большинства биологически важных органических веществ всех живых организмов: белков, нуклеиновых кис- лот, липопротеидов, хлорофилла и др. Основная часть биосферного азота находится в атмосфере в молекулярном виде (N 2 ). Как известно из кур- са химии, химические связи между атомами в молекулярном азоте очень прочные. Большинство живых организмов не способны использовать молекулярный азот непосредственно. Поэтому важным этапом в кругово- роте азота является его фиксация и перевод в доступную для организмов форму (рис.45). Под воздействием атмосферных электрических разрядов (молний) азот может взаимодействовать с кислородом с образованием оксида (NO 2 ) азота. Оксид азота растворяется в парах воды и в виде азо- тистой (HNО 2 ) и азотной (HNО 3 ) кислот с осадками попадает в почву. В почве в результате диссоциации этих кислот образуются нитрит-ионы Рис.45. Схема круговорота азота. NO 3 Подземные воды Отходы животных и растений Клубеньковые бактерии Нит рофицир ую- щие бак терии Денитрифициру- ющие бактерии Аммонифи- цирующие бактерии Органи- ческие соединения азота Биологическая фиксация Атмосферный азот Атмосферная фиксация Промышленная фиксация Азотфиксирующие бактерии и синезе- леные водоросли N 2 N 2 NO 2 NH 4 Синтез белков 155 (NО 2 -) и нитрат-ионы (NО 3 -), которые усваиваются растениями. Важную роль в круговороте азота играют микроорганизмы. Биологическая фикса- ция азота в природе совершается только некоторыми видами прокариот: азотфиксирующими азотобактериями и клубеньковыми бактериями, на- ходящимися в симбиозе с корнями бобовых растений. Азотфиксирую- щие бактерии связывают (фиксируют) газообразный азот с образованием солей аммония. Соли аммония усваиваются растениями и превращаются в сложные белковые соединения и включаются в биологический круго- ворот. Животные поедают растения, в их организме растительные белки превращаются в животные белки. После отмирания животных и растений и разложения их остатков почва обогащается органическими и минераль- ными соединениями азота. Гнилостные бактерии расщепляют азотсодер- жащие вещества (белки, мочевину, нуклеиновые кислоты) растений и жи- вотных до аммиака. Этот процесс называется аммонификацией. Аммиак окисляется до нитратов и нитритов. В его окислении всегда участвуют две группы нитрифицирующих бактерий: одни окисляют аммиак, обра- зуя нитрит, а другие окисляют нитрит до нитрата. Эти процессы носят название нитрификации. Эти бактерии синтезируют органические вещест- ва из неорганических за счет энергии окисления аммиака. Нитриты и нитраты, образованные нитрифицирующими бактериями вновь исполь- зуются растениями. Возвращение азота в атмосферу – восстановление азотистых соединений до молекулярного азота, происходит путем денитри- фикации, которую осуществляет группа денитрифицирующих бактерий. Антропогенное воздействие на круговорот азота заключается в сле- дующем: большое количество азота ежегодно связывается промышлен- ным путем при производстве минеральных азотных удобрений. Широкое использование азотных удобрений, превышающее нормы потребности растений, приводит к загрязнению окружающей среды, при этом часть избыточного азота смывается в водоемы. Круговорот кислорода. Главной движущей силой кислородного цикла и основным источником атмосферного кислорода является фотосинтез, который отвечает за состав современной атмосферы Земли и жизни на земле (рис.46). Основными поставщиками кислорода в биосферу явля- ются зеленые растения и цианобактерии. В функционировании биосфе- ры кислород играет исключительно важную роль в процессе дыхания живых организмов. Основные процессы круговорота кислорода: обра- зование свободного кислорода при фотосинтезе и его использование в процессе дыхания живых организмов и процессах горения – окисление 156 химических веществ. Кислород входит в состав многих неорганических веществ: воды, углекислоты, карбоната кальция и органических соедине- ний живых организмов. Морские организмы образуют материал внешней оболочки (раковины) из карбоната кальция (СаСО 3 ), богатой кислородом вещества. В результате гибели этих организмов карбонат кальция оседает на морском дне и со временем превращается в известняк – осадочную породу литосферы. Свободный кислород появился в земной атмосфере в результате жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов. Под действием ультрафиолетовых лучей он превращался в озон. По мере на- копления озона произошло образование озонного слоя в верхних слоях атмосферы. Поддержание количества кислорода на постоянном уровне возможно только благодаря фотосинтезирующим организмам. В последние десятилетия деятельность человека, приводящая к вырубке лесов, эрозии почв, снижает интенсивность фотосинтеза. А это, в свою очередь, нарушает естественный ход круговорота кислорода. Круговорот кислорода взаимосвязан с круговоротом воды, так как вода является важным компонентом фотосинтеза и источником свобод- ного кислорода, образовавшегося в этом процессе. Круговорот воды. Круговорот воды в природе – это процесс цикли- ческого перемещения воды в биосфере. Круговорот воды включает сле- дующие процессы: испарение воды, перенос водяных паров воздушны- ми течениями, конденсация водяных паров (от лат. condense – накопляю, переход вещества в жидкое или твердое состояние из газообразного), Рис.46. Схема круговорота кислорода в биосфере. Человече ская деятельно сть Озоновый экран Ультрафиолетовая радиация Дыхание Фото синте з Фитопланктон Восстановление Окисление H, NH 2 , H 3 S, FeO 2СО+О 2 2СО 2 H 2 O, NO 3 , SO 2 4 , Fe 2 O 3 Зоопланктон Организмы почвы O 2 H 2 O О О 3 О 2 О 2 О 2 О 2 Ca 2+ CO 3 2- О 2 H 2 О H 2 О H 2 О ОH H H 2 СО 3 H 2 О+СО 2 { CaCO 3 157 атмосферные осадки и перенос воды в реки и другие водоемы. Большая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана. Моря и океаны теряют из-за испарения больше воды, чем получают с осадками, а суша – наоборот, получает с осадками больше воды, чем с нее испаряется. Дви- жущей силой круговорота является энергия Солнца (рис.47). Солнце нагревает воду в океанах и морях, и она испаряется, превра- щаясь в водяной пар. Вода испаряется с нагретой Солнцем поверхности Земли или испаряется растениями в результате транспирации. Воздуш- ными течениями вода переносится на большие расстояния, пока, в конце концов, не оказывается в зоне с низкой температурой. Это вызывает кон- денсацию влаги в облаках. Выпадая на поверхность суши в виде осад- ков, она способствует разрушению горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов, размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворенными в ней химическими соединениями в виде рек в моря и океаны. Часть воды впитывается в грунт, проникает глубоко в землю и пополняет источники грунтовых вод, которые также аккумулируют в себе пресную воду в течение длительного времени. Осадки выпадают в виде снега и могут накапливаться в ледниках, которые хранят замороженную воду в течение от нескольких месяцев до десятков тысяч лет. Вода играет важную роль в жизни нашей планеты с первых дней своего появления на Земле. Тело живых организмов больше чем наполо- вину состоит из воды. Поэтому все организмы, нуждаются в постоянном снабжении пресной водой для выживания. Растения извлекают воду из Рис.47. Схема круговорота воды. Океан Грунтовые воды Выпадение осадков в виде дождя, града или снега Испарение Озеро Река Испарение Конденсация Конденсация Транспирация и испарение Испарение 158 почвы и активно транспирируют ее в атмосферу. Часть воды в клет- ках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органических соединений, а кислород выделяется в атмосферу. Животные используют воду для поддержания осмотического и солевого равновесия в организме и выделяют ее во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ. Недостаток пресной воды может иметь самые серьезные последствия для различных экосистем нашей планеты. В результате деятельности человека сокращается пополнение фонда грунтовых вод – запаса прес- ной воды. Уже сейчас имеются территории, на которых используются грунтовые воды, накопившиеся в течении столетий. Круговорот фосфора. Фосфор – один из наиболее важных биоген- ных компонентов. Он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, АТФ, костной ткани и дентина. Круговорот фосфора всецело связан с деятельностью организмов (рис.48). Редуценты минерализуют органические соединения фосфора в фосфаты, которые вновь потребля- ются корнями растений. В отличие от азота и углерода, резервуаром фосфора служат не атмосфера, а горные породы и отложения, образо- вавшиеся в прошлые геологические эпохи. Круговорот серы. Сера необходима для построения белков и аминокислот. В природе сера существует в виде газообразных соеди- Рис.48. Схема круговорота фосфора в биосфере. PO 4 PO 4 Фосфор органических соединений Ру ды фо сфорных со единений Вынос со стоком в океан Минера- лизация Минера- лизация Минера лизация Отложение Фитопланктон Зоо- планктон Потери P на больших глубинах Применение фосфорных удобрений Опад, отходы животных, мертвые организмы PO 4 159 нений, таких, как H 2 S – сероводород, SO 2 – сернистый ангидрид, в свободном состоянии, а также в виде минералов – сульфидов (соли сероводорода) и сульфатов (соли серной кислоты). Хорошо растворимые в воде сульфаты являются основным источником серы для растений. Поглощая сульфаты, растения создают серосодержащие аминокисло- ты. Животные организмы усваивают и используют только серу, вклю- ченную в органические вещества. Возвращается сера в окружающую среду после отмирания растений и животных и переработки их тел редуцентами. При разложении белков после смерти животного или рас- тения, гнилостные бактерии отрывают серу из белков и выпускают ее в соединении с новым элементом водородом. В виде сероводорода сера попадает в почву. Затем хемосинтезирующие бактерии вновь окисляют сероводород до сульфатов, доступных продуцентам (рис.49). Деятельность человека, в особенности выбросы в атмосферу суль- фатов, образующихся в результате сжигания горючего материала с вы- соким содержанием серы для получения электроэнергии, приводит к перенасыщению атмосферного воздуха оксидами серы, которые обычно присутствуют в нем в незначительном количестве. В атмосфере окси- ды серы реагируют с водяным паром, образуя в конечном итоге сер- ную кислоту. В результате загрязняется атмосферный воздух, на землю выпадают осадки в виде «кислотных дождей», нарушается природный круговорот серы. Рис.49. Схема круговорота серы в биосфере. Серо- бактерии Окисление Удобрение Бактериа льно е Бактерии восст анов ление Окис- Остатки растений, животных ление H 2 S SO 2 H 2 S S SO 4 SO 4 SO 4 SH 2- 2- 2- 160 Круговороты веществ и биогенных элементов сильно отличаются друг от друга процессом движения элементов и скоростью, но облада- ют сходными чертами: 1) все круговороты связаны с потоком энергии, проходящим через экосистему и приводящим ее в движение; 2) хими- ческие элементы, входящие в состав питательных веществ, участвуя в биохимических процессах обмена веществ (синтеза и распада) организ- мов, попеременно переходят из косного вещества в живое и обратно. При этом сама биосфера как функциональная система глобального масштаба и как устойчивая биосистема в значительной степени является результатом этого процесса. Ключевые слова: биогеохимические циклы; круговороты углерода, азота, кислорода, воды, фосфора и серы; фиксация азота; аммонификация; нитрификация; денитрификация. Вопросы и задания. 1. По рисунку № 44 опишите биогеохимический цикл углерода. Где может накапливаться углерод в биосфере? Какое это имеет значение для живого вещества? 2. По рисунку № 45 опишите биогеохимический цикл азота. В каком виде азот могут использовать растения, животные и микроорганизмы? 3. По рисунку № 46 опишите биогеохимический цикл воды. Укажите зна- чение данного процесса для биосферы. 4. По рисунку № 47 опишите биогеохимический цикл кислорода. Какое значение имеет кислород для растений и животных. Укажите источники кислорода. 5. По рисунку № 48 опишите биогеохимический цикл фосфора. Где может накапливаться фосфор в биосфере? 6. По рисунку № 49 опишите биогеохимический цикл серы. Какое значе- ние имеет сера в процессе хемосинтеза? Выскажите свое мнение. 1. Укажите возможные последствия чрезмерного поступления углекислого газа в атмосферу, а также азота в почву и водные экосистемы. 2. Докажите, что биосфера является глобальной экосистемой. Какими осо- бенностями она характеризуется, как глобальная экосистема? Задания для самостоятельной работы. 1. Разработайте схемы круговорота кальция в биосфере. 2. Выполните рефераты на темы: «Сохранение грунтовых вод – актуальная проблема человечества», «Значение лесов для устойчивости биосферы». |