рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Следовательно, деятельность человека увеличивает при­ток углерода в атмосферу в виде С02.

Следовательно, деятельность человека увеличивает при­ток углерода в атмосферу в виде С02. - раздел Экология, Экология ■ Круговорот Азота.Воздух По Объему Почти На 80 % Сост...

■ Круговорот азота.Воздух по объему почти на 80 % состоит из молекулярного азота N2 и представляет собой крупней­ший резервуар этого элемента. Все живые организмы нуждаются в азоте, который используют в различных формах для образова­ния белков и нуклеиновых кислот. Но лишь немногие микроорга­низмы могут использовать газообразный N2 из атмосферы. К счастью, в процессе круговорота он преобразовывается в раствори­мые и усвояемые растениями ионы аммония NH4+, нитрит- и нитрат-ионы N02 и N03.

Потребление азотапроисходит:

1) в процессе биологической фиксации N2 из воздуха - азотфик-сации благодаря деятельности азотфиксирующих микроорганизмов;


Глава 4. Круговорот веществ

2) в результате естественных физических процессов фикса­ции N2 в атмосфере и превращения его в оксиды NOx и аммиак NH3, например, при грозовых электрических разрядах;

3) в процессе промышленного синтеза NH3;

4) при фотосинтезе минеральные соединения азота (NH4+, N02, N03) потребляются растениями.

Поступление азота в атмосферупроисходит:

1) в процессе минерализации азотсодержащих органических веществ до оксидов азота и последующей денитрификации, т. е. восстановления их до молекулярного газа N2;

2) с вулканическими газами;

3) с «индустриальными вулканами» (дымом, выхлопными газами).

В водоемы соединения азота поступают: с поверхностным и дренажным стоком с городских и сельских территорий; с город-скими, промышленными и сельскохозяйственными сточными вода-ми (рис. 4.5).

Биотический цикл азота включает ряд очень сложных про-цессов, основную роль в которых играют микроорганизмы.

Поступление азота в биотический круговоротможно про­иллюстрировать на примере минерализации наиболее сложных высокомолекулярных азотсодержащих органических веществ - бел­ков. Распад белков идет в несколько стадий.

На первой стадии происходит расщепление белков до амино­кислот микроорганизмами, вырабатывающими ферменты проте-азы:

БЕЛКИ -> ПЕПТОНЫ -> ПОЛИПЕПТИДЫ -> АМИНОКИСЛОТЫ.

Затем аминокислоты (RCHNH2COOH) разлагаются бактериями, актиномицетами, грибами как в аэробных, так и в анаэробных условиях: RCHNH2COOH + 02 -> RCOOH + NH3 +C02

RCHNH2COOH + Н20 -> RCHOHCOOH + NH3

В результате белкового обмена в животных организмах выде­ляется мочевина CO(NH2)2, которая тоже служит источником NH3: CO(NH2)2 + Н20 -> 2NH3 + С02


 


Глава 4. Круговорот веществ


Глава 4. Круговорот веществ

Поскольку продуктом разложения аминокислот является амми­ак NH3, эта стадия называется аммонификацией.

При аммонификации могут образовываться также сероводо­род H2S, индол C2H7N, скатол C9H9N, этилмеркаптан C2H5SH. Все эти вещества обладают неприятным резким запахом, поэто­му распад белков часто называют гниением.

На второй стадии выделившийся аммиак в природных услови­ях частично используется растениями, а частично окисляется, взаимодействуя с кислородом. Эта стадия превращений азота называется нитрификациейи протекает в процессе жизнедея­тельности нитрифицирующих бактерий в две фазы. В первой фазе аммиак окисляется до азотистой кислоты (или нитритов):

2NH3 + 302 -> 2HN02 + 2Н20 + Q1 во второй фазе азотистая кислота окисляется до азотной (или до нитратов):

2HN02 + 02 -> 2HN03 + Q2,

Нитрификация в первой фазе осуществляется в основном нитрификаторами из рода Nitrozomonas, а во второй - из рода Nitrobacter. В изучение этого процесса большой вклад внес русский микробиолог С. Н. Виноградский (1856 - 1932). Один из возбудителей нитрификации носит его имя - Nitrobacter Winogradsky. Реакции нитрификации идут с выделением энер­гии, которую бактерии используют для своей жизнедеятельности, т. е. они являются хемоавтотрофами.

На третьей стадии образовавшиеся при нитрификации нитри­ты и нитраты в анаэробных условиях служат источником кисло­рода для окисления безазотистых органических веществ. При этом нитриты и нитраты восстанавливаются до газообразного азота, который и поступает в атмосферу.

Этот процесс называется денитрификацией:

5Cорг + 4KN03 -> ЗС02 + 2KСO2 + 2N2 ^

Денитрификация протекает с потреблением энергии за счет жизнедеятельности бактерий, в основном, из рода Pseudomonas и Micrococcus.


Глава 4. Круговорот веществ

В сточных водах, особенно при биологической очистке, в процессе нитрификации часто образуются излишние количества нитритов и нитратов, которые при их сбросе в водоемы могут вызывать нежелательное «цветение» воды. Поэтому процессы денитрификации используются для глубокой доочистки сточных вод от минеральных соединений азота, которые восстанавлива­ются до газообразного азота N2 и отдуваются в воздух. В данном случае человек стремится возвратить в атмосферу излиш­ки азота, образующиеся при принудительном разложении орга­нических веществ на очистных сооружениях. Этот процесс назы­вается антропогенной денитрификацией.

Биотическое потреблениеазота происходит при азотфикса-ции его особыми микроорганизмами.

Азотфиксация (связывание молекулярного азота) - процесс, обратный денитрификации. Оба процесса требуют энергии, кото­рую микроорганизмы получают либо в виде солнечного света, либо в виде органического вещества.

Долгое время считалось, что фиксировать N2 атмосферы могут немногие, но широко распространенные в природе микроорганизмы: бактерии Azotobacter и Clostridium, клу­беньковые бактерии бобовых растений - Rhizobium, синезеленые водоросли АпаЬаепа, Nostoc и др. Затем было обнаружено, что многие водные и почвенные бактерии также обладают этой способностью. Кроме того, оказалось, что примитивные грибы (актиномицеты) в клубеньках ольхи и некоторых других деревьев (около 160 видов) фиксируют N2 не менее эффективно. В отличие от бобовых, эти фиксаторы приспособлены к бедным песчаным или болотистым почвам, где доступного для растений азота мало. Поэтому ольха, например, может увеличивать продукцию деловой древесины, если ее сажать вместе с ценными породами деревьев. Биологическая фиксация азота идет в автотрофном и гетеротрофном ярусах экосистем, в аэробных и анаэробных зонах.

Большинство наземных растений и высших водорослей, как ска­зано, несмотря на огромное количество азота в атмосфере, спо­собны усваивать его лишь в виде ионов NH4+, N02 или N03".

Итак, только примитивные микроорганизмы могут превращать биологически бесполезный газообразный азот в формы, усвояе­мые растениями. Они образуют взаимовыгодные ассоциации с высшими растениями. Растения предоставляют бактериям «кварти­ры» (корневые клубеньки), защищают от избытка кислорода и поставляют необходимую энергию (органические вещества). За


Глава 4. Круговорот веществ

это растения получают азот в доступной для них форме. Для расщепления N2 бактериям необходимо много энергии на разрыв тройной связи (N=N). Бактерии в клубеньках бобовых расходуют на фиксацию 1 г атмосферного азота около 10 г глюкозы (примерно 40 ккал), синтезируемой растением на свету. При промышленной фиксации N2 (получение NH3) для разрыва трой­ной связи также расходуется много энергии горючих ископае­мых, поэтому азотные удобрения стоят дороже любых других.

Таким образом, центральное место в биотической циркуляции азота занимает NH3. Азотфиксация и денитрификация - основ­ные процессы, определяющие потребление азота из атмосферы и поступление его в атмосферу (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Схема превращений азота в биотическом круговороте: -> - потребление азота; -> - поступление азота

Влияние человека на круговорот азотадостаточно велико. Он выращивает на обширных площадях бобовые растения, увеличивая азотфиксацию, а также промышленным способом связывает азот.

Подсчитано, что сельское хозяйство и промышленность потреб­ляют из атмосферы азота почти на 60 % больше, чем естествен­ные наземные экосистемы. Если бы специалистам по генной инже­нерии удалось индуцировать образование клубеньков у пшеницы, кукурузы, риса и других пищевых культур, это избавило бы от необходимости внесения азотных удобрений и помогло бы сэко­номить немало средств и энергии. Хороших результатов можно


Глава 4. Круговорот веществ

достигнуть и сейчас, если лучше использовать бобовые в сельском хозяйстве. Бобовые растения - природные фиксаторы азота -активнее работают в среде с малым количеством азота, поэтому внесение азотных удобрений под бобовые не имеет смысла, так как выключает естественную биофиксацию атмосферного N2. В то же время из азота, поступившего с минеральными удобрения­ми, очень небольшая часть вовлекается в круговорот повторно. Большая доля его теряется: выносится с водой, урожаем и в процессе денитрификации. В США, например, количество ис­пользуемых азотных удобрений с 1950 г. возросло в 12 раз, а урожай - не более чем в 2 раза. Кроме того, избыток нитратов в пище и воде может быть опасен для людей. Напрасной траты азота и энергии можно избежать, если рационально чередовать зерновые и бобовые культуры в севообороте.

Ежегодно в глобальном круговороте биотическим сообще­ством усваивается около 109 т азота. При этом 80 % его посту­пает из обменного фонда суши и воды, и лишь около 20 % добавляется «нового» азота из резервного фонда атмосферы.

В масштабе биосферы, благодаря механизмам обратной свя­зи и большому резервному фонду, круговорот азота относи­тельно совершенен. Хотя часть азота из густонаселенных облас­тей уходит в глубоководные океанические отложения и выключа­ется из круговорота, возможно, на миллионы лет, эта потеря в какой-то мере компенсируется поступлением его в воздух с вулканическими газами. Следовательно, извержения вулканов нельзя считать только вредными. Если бы удалось заблокировать все вулканы на Земле, то, возможно, от голода страдало бы не меньше людей, чем сейчас страдает от извержений.

Антропогенная денитрификация (превращение избыточных нит­ритов и нитратов в газообразный N2) и стремление к сокраще­нию производства нитратных удобрений соответствуют природ­ным процессам поступления потока N2 в атмосферу, компенси­руя тем самым его антропогенную фиксацию из атмосферы в сельском хозяйстве и промышленности.


Глава 4. Круговорот веществ

В последнее время содержание N2 в атмосфере не меня­лось. Можно думать, что поступление его в атмосферу (денитри-фикация) и отток из атмосферы (азотфиксация) уравновешены, хотя фиксация слегка преобладает вследствие деятельности чело­века.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Экология

Рецензенты кафедра экологических основ природопользования.. международный центр биоэкологический контроль ген директор д р биол наук проф э и слепян..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Следовательно, деятельность человека увеличивает при­ток углерода в атмосферу в виде С02.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Б. П. Усанов, Л. И. Жукова Э 40
ЭКОЛОГИЯ: Учебник для технических вузов / Л. И. Цветкова, М. И. Алек­сеев и др.; Под ред. Л. И. Цветковой. - М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 2001. - 552 с: ил. - ISBN 5 - 93093 - 096 - 1

Следовательно, предметом экологии являются системы надорганизмемного уровня - популяционные, экологи­ческие и биосфера.
Популяционные системы- это биосистемы, в которых био­тические компоненты представлены, как сказано выше, популяци­ями. Популяция- это совокупность разново

Экосистема - это надорганизменная система, в кото­рой биотический компонент представлен биоценозом, а абиотический - биотопом.
Часто экосистему выделяют внутри естественных границ. Напри­мер, границей озера служит береговая линия, а города - адми­нистративные границы. Как большие, так и малые экосистемы обычно не

Фотосинтез есть накопление части солнечной энергии путем превращения ее в потенциальную энергию хи­мических связей органических веществ.
Фотосинтез - необходимое связующее звено между живой и неживой природой. Нобелевский лауреат А. Сент-Дьердьи пи­сал: «Жизнью движет слабый непрекращающийся поток солнеч­ного света». Значен

Весие главным образом за счет отрицательных обратных связей.
Следовательно, экосистемы способны поддерживать относитель­ ную стабильность своего состояния. И Стабильность экосистемв экологии означает свойство лю­бой системы возв

Эволюция экосистем, в отличие от сукцессии, представ­ляет собой длительные процессы их исторического разви­тия, которые необратимы и ацикличны.
В основе эволюции лежит естественный отбор на видовом или более низком уровне. Эволюция экосистем в какой-то степе­ни повторяется в их сукцессионном развитии. Если сравнить состав и структ

Энергия - одно из основных свойств материи - способ­ность производить работу.
Все, что происходит внутри и вокруг нас, основано на рабо­те, в процессе которой одни виды энергии переходят в другие согласно фундаментальным законам физики. Законы термодинамики

Организмы, получающие энергию Солнца через одина­ковое число ступеней, принадлежат к одному трофичес­кому уровню.
Так, зеленые растения - продуценты- занимают первый тро­фический уровень; травоядные животные - первичные консу-менты- второй; хищники - вторичные консумен

Описание потоков энергии является фундаментом эколо­гического анализа для прогнозирования выхода полезных для человека продуктов.
Знание законов продуктивности экосистем, возможность коли­чественного учета потока энергии и ее распределения имеют чрезвычайное практическое значение. Первичная продукция аг-роценозов и природных

Показателем энергоэффективности является отношение количества полезной энергии на выходе системы ко всей полезной энергии на входе.
Энергоэффективность зависит также от соответствия каче­ства энергии качеству выполняемой работы. Для выполнения различных видов работы может применяться энергия разного качества. Чтобы гор

Деньги- это мера стоимости товаров, созданных трудом.
Они являются непосредственным представителем выполненной работы или затраченной полезной энергии. Приравненные к деньгам стоимости товаров приобретают одинаковое выражение и становятся сравнимы меж

Экологическая ниша - это совокупность территориаль­ных и функциональных характеристик среды обита­ния, соответствующих требованиям данного вида.
В зависимости от источников питания, размеров территории, температуры и других физико-химических факторов экологичес­кие ниши делят на специализированные и общие. Специализированны

Правило Гаузе формулируется так: два вида, обитаю­щие на одной и той же территории, не могут иметь совер­шенно одинаковую экологическую нишу.
Два близких вида избегают конкуренции каким-либо спосо­бом: имеют различия в суточной или сезонной активности, в пище и др. Так, большой и хохлатый бакланы кормятся в одних и тех же водах. Но больш

Свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора назы­ вается экологической пластичностью.
Чем шире диапазон экологического фактора, в пределах которого данный организм может жить, тем больше его экологи­ческая пластичность. По степени пластичности выделяют два типа организмов: стенобион

Эврибионты обычно широко распространены. Стеноби-онты имеют ограниченный ареал распространения.
Исторически, приспосабливаясь к экологическим факторам, животные, растения, микроорганизмы распределяются по раз­личным средам, формируя все многообразие экосистем, обра­зующих биосферу Земли.

Ценность концепции лимитирующих факторов состоит в том, что она позволяет разобраться в сложных взаимосвя­зях в экосистемах.
Глава 5. Экологические факторы К счастью, не все возможные экологические факторы регули­руют взаимоотношения между средой, организмами и челове­ком. Приоритетными в тот или иной отрез

Живое вещество может рассматриваться как одна из независимых переменных энергетического поля планеты.
Очень вероятно, что в живом веществе основную роль играют не только состав и форма, но и симметрия атомов и молекул. Поэто­му симметрия расположения атомов имеет для формирования обо-

Жизнь, создавая биохимическим путем свободный кислород, тем самым создает защитный экран озона, предо­храняющий ее от губительных излучений.
Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере   Как бы ни разрушался озон, он постоянно восстанавливается из кислорода, который поступает в нижние слои атмосферы в достаточном ко

Биосфера - это область не только вещества Земли, но и энергии, полученной из космоса, т. е. создание и Земли, и космоса.
В этом смысле представления о людях как о детях Солнца гораздо ближе к истине, чем гипотезы, объясняющие возникнове­ние жизни лишь случайными изменениями земного вещества. Появ­ление живой оболочки

Живые организмы - это трансформаторы лучистой энер­гии, особый механизм, строящий материю живой оболоч­ки земной коры - биосферы.
Энергия, выделяемая организмами, есть в основном, а может быть, и целиком, энергия Солнца. Итак, биосфера сочетает как сугубо земные, так и космичес­кие процессы, отражает их изменения в и

Превращение солнечной энергии в химическую в зеле­ных, хлорофиллоносных организмах - главное свойство живого вещества, его основная функция.
С зеленой частью биосферы неразрывно связан и весь осталь­ной живой мир. Дальнейшую переработку созданных растения­ми химических соединений осуществляет живое вещество второго порядка - животные. И

Размножение организмов - важнейшее проявление «механизма земной коры», и в нем главное отличие жи­вого от мертвого.
Область жизни - вся поверхность планеты. По выражению В. И. Вернадского, жизнь «всюдна» и стремится охватить все доступное пространство, расширяясь в геологическом времени. Растекание жизни есть пр

Системный анализ - это направление методологии науч­ного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы.
Важные положения системного подхода были сформулирова­ны учеными еще в XVIII - XIX веках. Так, Ю. Либих в 40-х годах прошлого столетия писал: «Мы рассматриваем природу как одно целое, и все явления

Модель - это имитация того или иного явления реаль­ного мира, позволяющая делать прогнозы.
В простейшей форме модель может быть вербальной (словес­ной) или графической, т. е. неформализованной. Если необхо­димы достаточно надежные количественные прогнозы, то модель должна быть формализов

Ответственность за экологические правонарушения
несут лица, не соблюдающие экологические законы и нанося­щие ущерб окружающей природной среде и человеку. Экологи­ческие нарушения отражают объективное противоречие в систе­ме «общество - природа»:

Мониторинг - это система контроля, оценки и прогно­за качества окружающей природной среды, включаю­щая наблюдения за воздействием на нее человека.
Первое Межправительственное совещание по мониторингу было созвано в Найроби (Кения) в 1974 г. На нем обсуждались цели программы глобальной системы мониторинга окружающей среды (ГСМОС). Большой вкла

Главным результатом экологического мониторинга долж­на быть оценка откликов экосистем на антропогенные воз­мущения.
Отклик, или реакция экосистемы - это изменение ее экологичес­кого состояния в ответ на внешние воздействия. Оценивать реак­цию системы лучше всего по интегральным функциональным показателям ее

Расходование средств экологических фондов на цели, не связанные с природоохранной деятельностью, запрещается.
  Глава 11. Экологические принципы охраны природы Глава 11. Экологические принципы охраны природы  

Стратегические мероприятия - это разработка ресурсо­сберегающих и малоотходных технологий, которые долж­ны стать инженерным идеалом.
Однако трудно представить, например, оборотное водоснабже­ние в коммунальном хозяйстве, особенно при сбросе огромных объемов бытовых сточных вод. Поэтому совершенствование техноло­гий очистки вредн

Повестка дня на XXI век, или Повестка 21.
Параллельно были подготовлены Рамочная конвенция об из­менении климата и Конвенция о биологическом разнообразии. Декларация и Заявление о принципах глобального кон­сенсуса

Мыслить - глобально, действовать - локально.
Проблемы окружающей среды обусловлены миллионами мелких необдуманных поступков миллиардов людей. Исправить ситуа­цию могут тоже миллионы незначительных поступков, направ­ленных на защиту Земли. Отд

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги