Реферат: Понятие биогенной миграции

При дыхании организмов СО₂ возвращается в атмосферу. Когда наступает смерть, то бактерии разлагают и минерализуют трупы, в результате «почвенного дыхания» углерод остатков окисляется до углекислого газа и поступает в атмосферу. Микроорганизмы, обитающие в почве, превращают накопившиеся в ней остатки в органический материал гумус. Естественными источниками СО₂ также являются извержения вулканов и лесные пожары. Из-за недостатка воздуха или высокой кислотности часть углерода покидает цикл, переходит в ископаемое состояние в виде торфа, залежей каменного угля, нефти (каустобиолиты ).

Каустобиолиты ( от греч. кaustos - горючий, bios - жизнь, lithos - камень) – твердые горючие ископаемые органического происхождения, представляющие собой продукты преобразования остатков растительных и животных организмов под воздействием физико-химических, биологических и геологических факторов. Термин «каустобиолиты» предложен Г. Потонье в 1888 г.

Поглощение СО₂ происходит Мировым океаном, откуда часть СО₂ покидает цикл в виде отложений известняка. Благодаря этому океан способен к дальнейшему поглощению СО₂ . При повышении температуры СО₂ вновь способен выделяться из океана в атмосферу.

Однако в настоящее время человек интенсивно замыкает на себя кругово­рот веществ, в том числе и углерода:

1. Суммарная биомасса всех домашних животных уже превышает биомассу всех диких наземных животных.

2. Пло­щади культурных растений приближаются к площади естественных био­геоценозов, многие культурные растения экосистемы по своей продук­тивности значительно превосходят природные.

3. Поступление диоксида углерода в атмосферу в ре­зультате сжигания энергоносителей ведет к глобальному нарушению теплового баланса, «парниковому эффекту». За последнее столетие содержа­ние СО₂ увеличилось на 10%, за 33 года содержание СО₂ возросло на 25% от первоначальной величины. По прогнозам, к середине XXI века содержание СО₂ в атмосфере удво­ится.

Круговорот азота

Для круговорота азота в элементарной наземной экосистеме характерны три основные «экологические проблемы»:

1) огромные запасы атмосферного азота (N₂ ) непосредственно не могут использоваться высшими растениями - высшие растения усваивают азот в нитратной (NО) или аммо­нийной (NH) форме;

2) неорганические соединения азота обладают высокой растворимостью, слабо удержи­ваются почвой и легко вымываются за пределы почвенного профиля;

3) материнские (почвообразующие) породы практически не содержат азота.

Процессы и механизмы круговорота азота

Основу круговорота азота в экосистеме составляют четыре типа процессов: азотфиксация, аммонификация, нитрификация и денитрификация .

1. Азотфиксация

Молекулярный азот атмосферного воздуха (N₂ ) может быть «зафиксирован», связан с другими химическими элементами и поступать в экосистему уже в доступной форме путем так называемой азотфиксации. Различают абиотическую и биотическую (биоло­гическую) азотфиксацию.

Азотфиксация биологическая - усвоение молекулярного азота воздуха (N₂ ) азотфиксирующими бактериями с образованием соединений азота, доступных для использования другими организмами.

Азотфиксация осуществляется как свободноживущими азотфиксирующими бактериями - азотобактером, цианобактериями и др. (несимбиотическая азотфиксация), так и симбиотическимы азотфиксаторами, живу­щими в симбиозе с высшими растениями (например, клубеньковыми бактериями). Происходит с участием фермента нитрогеназы, которая катализирует восстановление N₂ до NH₃ в присутствии АТФ (источника энергии) и восстановителя.

Один из характерных путей попадания связанного азота в экосистему - так называемая абиотическая азотфиксация: п ри грозах воздух под действием электрических разрядов локально разогревается до огромной температуры (до 2000 °С), что приводит к расщеплению части молекул азота и кислорода на ионизированные атомы, которые могут реагировать друг с другом, об­разуя оксиды азота NO_X . Взаимодействуя с водой, оксиды азота образуют соответст­вующие кислоты. Например NO₂ образует азотную кислоту по схеме:

Таким путем связанный в форме нитратов азот (вместе с атмосфер­ными осадками) попадает в экосистему. Диссоциируя в воде, азотная кислота подкис­ляет атмосферные осадки, а нитратный ион из почвенных растворов и водоемов легко усваивается растениями при любой реакции среды.

2. Аммонификация

Поглощенный из почвы (в нитратной и аммонийной форме) или полученный от симбиотрофов (в основном в аммонийной форме) мине­ральный азот, растения используют для синтеза аминокислот (белков), нуклеиновых кислот и других органических азотсодержащих соединений. Таким образом, азот из ми­неральной формы нахождения переходит в органическую. В составе органических со­единений азот пребывает в фитомассе растений до ее отмирания и/или поедания жи­вотными-фитофагами, а также передается по пастбищной пищевой цепи экосистемы. В конечном итоге, все азотсодержащие органические соединения попадают в детритную пищевую цепь, где и происходит их разложение до минеральных форм, начинающееся с процессов так называемой аммонификации.

Аммонификация - разложение микроорганизмами азотсодержащих органических со­единений (белков, мочевины, нуклеиновых кислот и др.) с образованием свободного аммиака :

3. Нитрификация

Нитрификация - процесс биологического превращения восстановленных соединений азота в окисленные неорганические по схеме :

4. Денитрификация