Круговорот азота. Запас азота (N2) в атмосфере огромен (78 % от ее объема). Однако растения поглощать свободный азот не могут, а только в связанной форме, в основном в виде NН4+ или NО3-. Свободный азот из атмосферы связывают азотфиксирующие бактерии и переводят его в доступные растениям формы. В растениях азот закрепляется в органическом веществе (в белках, нуклеиновых кислотах и пр.) и передается по цепям питания. После отмирания живых организмов, редуценты минерализуют органические вещества и превращают их в аммонийные соединения, нитраты, нитриты, а также в свободный азот, который возвращается в атмосферу.
Нитраты и нитриты хорошо растворимы в воде и могут мигрировать в подземные воды и растения и передаваться по пищевым цепям. Если их количество излишне велико, что часто наблюдается при неправильном применении азотных удобрений, то происходит загрязнение вод и продуктов питания, и вызывает заболевания человека[4].
Круговорот фосфора. Основная масса фосфора содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот фосфор включается в результате процессов выветривания горных пород.
В наземных экосистемах растения извлекают, фосфор из почвы (в основном в форме РО43-) и включают его в состав органических соединений (белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов и др.) или оставляют в неорганической форме. Далее фосфор передается по цепям питания. После отмирания живых организмов и с их выделениями фосфор возвращается в почву.
При неправильном применении фосфорных удобрений, водной и ветровой эрозии почв большие количества фосфора удаляются из почвы. С одной стороны, это приводят к перерасходу фосфорных удобрений и истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). С другой стороны, поступление из почвы в водоемы больших количеств таких биогенных элементов как фосфор, азот, сера и др. вызывает бурное развитие сине-зеленых водорослей и других; водных растений («цветение» воды) и эвтрофикацию водоемов. Но большая часть фосфора уносится в море.
В водных экосистемах фосфор усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до морских птиц. Их экскременты (гуано) либо сразу попадают назад в море, либо сначала накапливаются на берегу, а затем все равно смываются в море. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы, т.е. выключается из биогеохимического круговорота.
Круговорот серы. Основной резервный фонд серы находится в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеется резервный фонд и в атмосфере. Главная роль в вовлечении серы в биогеохимический круговорот принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие—окислители.
В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS2 и др.), в растворах - в форме иона (SО42-), в газообразной фазе в виде сероводорода (Н2S) или сернистого газа (SО2). В некоторых организмах сера накапливается в чистом виде (S) и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы.
По содержанию в морской среде сульфат-ион занимает второе место после хлора и является основной доступной формой серы, которая потребляется автотрофами и включается в состав белков.
В наземных экосистемах сера поступает в растения из почвы в основном в виде сульфатов. В живых организмах сера содержится в белках, в виде ионов и т.д. После гибели живых организмов часть серы восстанавливается в почве микроорганизмами до Н2S, другая часть окисляется до сульфатов и вновь включается в круговорот. Образовавшийся сероводород улетучивается в атмосферу, там окисляется и возвращается в почву с осадками.
Сжигание человеком ископаемого топлива (особенно угля), а также выбросы химической промышленности, приводят к накоплению в атмосфере сернистого газа (SО2), который, реагируя с парами воды, выпадает на землю в виде кислотных дождей.
Биогеохимические циклы, не столь масштабны как геологические и в значительно степени подвержены влиянию человека. Хозяйственная деятельность нарушает их замкнутость, они становятся ацикличными[5].
3. Изменение экосистем при стрессовых воздействиях. Экологические сукцессии
Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.
Циклические изменения — периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.
Суточные циклы связаны с изменением освещенности, температуры, влажности и других экологических факторов в течение суток и наиболее резко выражены в условиях континентального климата. Суточные ритмы проявляется в изменении состояния и активности живых организмов.
Сезонная цикличность связана с изменением экологических факторов в течение года и наиболее сильно выражена в высоких широтах, где велик контраст зимы и лета. Сезонная изменчивость проявляется не только в изменении состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов. На определенный период многие виды выключаются из жизни сообщества, впадая в спячку, оцепенение, перекочевывая или улетая в другие районы.
Многолетняя изменчивость связана с флуктуациями климата или другими внешними факторами (степень разлива рек), либо с внутренними причинами (особенности жизненного цикла растений - эдификаторов, повторения массового размножения животных).
Поступательные изменения — изменения в биоценозе, в конечном счете, приводящие к смене этого сообщества другим. Сукцессия — последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. К сукцессиям относятся опустынивание степей, зарастание озер и образование болот и др.
В зависимости от причин вызвавших смену биоценоза, сукцессии делят на природные и антропогенные, аутогенные и аллогенные.
Природные сукцессии происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека. Антропогенные сукцессии обусловлены деятельностью человека.
Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменения среды под действием сообщества). Аллогенные сукцессии (порожденные извне) вызваны внешними причинами (например, изменение климата).
В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия, различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, сыпучих песках, в новых водоемах и т.п.). Вторичные сукцессии происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана и т.п.).
В своем развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока. Сообщество, находящееся в равновесии с окружающей средой, называется климаксным.
Определить выброс загрязняющих веществ за год автомобильным транспортом. Принимается следующая схема работы автотранспорта в течение рабочего дня: запуск и прогрев двигателя → холостой ход → пробег → холостой ход при возвращении на стоянку.
Исходные данные: N — количество автомобилей, шт.; ТД — тип двигателей (К — карбюраторные, Д — дизельные); L, — суточный пробег автомобилей, км; Т1, Т2 — соответственно, продолжительность холодного и теплого периода года, да.; Т3, и Т4 — соответственно, время прогрева двигателя и работы автомобиля на холостом ходу, мин.
| N | 24 |
| ТД | Д |
| L | 115 |
| Т1 | 145 |
| Т2 | 220 |
| Т3 | 15 |
| Т4 | 10 |
Решение задачи:
Рассчитать выброс i-го вещества автомобилем за один рабочий день отдельно для теплого и холодного периода года, г/день:
Мi = m1Т3 + 2(m2Т4) + m3L = 14,89*15 + 2(3,24*10) +27,9*115 = 3496,65г
где m1, m2 и m3 – удельные выбросы загрязняющих веществ, г/мин. и г/км.
Выброс всеми автомобилями
М = N Мi = 25 * 3496,65 = 87416,25
Следовательно, для холодного периода:
Тi1 = М Т1 = 87,416 * 145 = 12675
для теплого периода:
Тi2 = М Т2 = 87,416 * 220 = 19231
За год выброс = М (год) = Т1 + Т2 = 12675+19231=31906
1. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
2. Колесников С.И. Экология. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.
3. Коробкин В. И., Передельский Л. В. Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.
4. Никаноров А.И., Хоружай Т.А. Глобальная экология: Учебное пособие. - М.: ПРИОР, 2000.
5. Общая экология: Учебник для вузов. / Автор-составитель А.С. Степановских. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000.
[1] Колесников С.И. Экология. – Ростов-на-Дону: Феникс, 2003. С. 111.
[2] АкимоваТ.А., Хаскин В.В.Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. С. 120-121.
[3] АкимоваТ.А., Хаскин В.В.Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001.
[4] Никаноров А.И., Хоружай Т.А.Глобальная экология: Учебное пособие. - М.: ПРИОР, 2000.
[5] Коробкин В. И., Передельский Л. В.Экология. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2003.