- •Д.И. Грицкевич экология
- •Введение
- •1. Экология в системе наук
- •1.1. Структура и методы экологии
- •1.1.1. Структура экологИи
- •1.1.2. Методы экологии
- •Всеобщие методы
- •Общенаучные методы
- •Частнонаучные методы
- •1.2. История развития экологии
- •1.3. Уровни организации материи, изучаемые в экологии
- •1.4. Понятие и свойства живого, классификация живых организмов
- •Контрольные вопросы
- •2. Организм и факторы среды
- •2.1. Понятие экологических факторов
- •2.2. Температура
- •2.3. Свет
- •Влияние солнечного излучения на живые системы
- •2.4. Влажность
- •Контрольные вопросы
- •3. Популяционная экология
- •3.1. Соотношение Основных понятий популяционной экологии
- •3.2. Статические показатели популяции
- •3.3. Динамические показатели популяций
- •4.1.2. Структура биоценоза Трофическая структура биоценоза (трофос – пища)
- •Видовая структура биоценоза
- •Пространственная структура биоценоза
- •Экологическая структура биоценоза
- •Важнейшие экосистемы
- •Э косистемы океана
- •Экосистемы пресных вод
- •Наземные экосистемы
- •Контрольные вопросы
- •5. Биосфера
- •5.1. Структура биосферы Биосфера
- •Гидробиосферу:
- •Аэробиосферу:
- •Литосфера
- •Гидросфера
- •Атмосфера
- •Газовый состав атмосферы
- •5.2. Круговорот биогенных элементов в биосфере
- •Биогенные элементы и их роль для живых организмов /6/
- •Круговорот углерода
- •Круговорот кислорода
- •Круговорот азота
- •Круговорот серы
- •Круговорот фосфора
- •Круговорот микроэлементов в биосфере
- •Характеристики изотопов
- •5.3. Учение в.И. Вернадского о биосфере
- •Контрольные вопросы
- •6. Взаимоотношения человека и окружающей среды на современном этапе
- •6.1. Человек как биологический вид
- •6.2. Человек как природопользователь
- •6.2.1. Понятие природопользования
- •6.2.2. Классификация природных ресурсов
- •6.3. Вода в биосфере, вода и человек
- •6.3.1. Вода в биосфере
- •Распределение водных масс и активность водообмена в гидросфере
- •6.3.2. Загрязнение водоемов и Качество питьевой воды
- •Приоритетный список химических веществ для контроля содержания в питьевой воде**
- •6.3.3 Водоподготовка хлорированием и диоксин
- •6.3.4. Обеспечения населения качественной питьевой водой
- •6.3.5. Концепция защиты
- •Контрольные вопросы
- •7. Экологическое сознание
- •Контрольные вопросы
- •Контрольное задание
- •1. Напишите определения следующих понятий:
- •3. Выполните тест:
- •Вопросы к экзамену
- •Приложение законы, правила и принципы экологии, рационального природопользования и охраны природы /6/
- •ЛитератуРа
- •Содержание
- •7. Экологическое сознание 70
- •Денис иванович грицкевич экология Учебное пособие
- •681013, Комсомольск-на-Амуре, пр. Ленина, 27.
Круговорот азота
Основные этапы круговорота азота:
растения и животные содержат азот в составе аминокислот и нуклеиновых кислот;
продукты жизнедеятельности организмов (аммиак, мочевина и пр.) и мертвые тела разлагаются с помощью бактерий, при этом азот аминокислот (NH2-) окисляется до нитритов (NO2-), а затем до нитратов (NO3-);
нитраты захватываются растениями и встраиваются в аминокислоты:
П ервая стадия реакций идет легко и активно. При внесении удобрений растения тратят на эту стадию все энергетические ресурсы. Вторая стадия реакции – перевод нитритов в аммиак, задерживается в силу её энергоемкости (надо разорвать тройную связь). Нитриты накапливаются в растениях, а в желудке человека образуют нитрозамины – активные канцерогены и мутагены;
мертвая органика разлагается с выделением аммиака (аммонификация). Часть его прочно связывается с гумусом, а избыток (например, при внесении в почву органических удобрений) усваивается растениями;
в океане бактерии группы Псевдомонас восстанавливают нитраты, смываемые с полей до газообразного азота, часть которого возвращается в атмосферу, где его очень много;
происходит биологическая фиксация газообразного азота из атмосферы прокариотами. Для этого безъядерные организмы имеют белок-нитрогеназу, переводящий N2 в NH3. Это очень энергоемкий процесс, все способные на азотфиксацию организмы связывают примерно 15 кг/га в год. Клубеньковые бактерии – симбионты бобовых растений связывают до 300 кг/га в год. В лесу такие клубеньки имеет ольха. Внесение азотных удобрений выключает биологическую фиксацию азота;
связанный азот восстанавливается до газообразного в анаэробных условиях с помощью бактерий (денитрификация, «нитратное дыхание»):
C6H12O6 + 24XNO3 = 30CO2 + 18H2O + 24XOH + 12N2 + Q (570 ккал/г-моль).
Иногда реакция идет не до конца, с выделением опасных парниковых газов NO и NO2. Так разлагается часть избытка удобрений.
Проблемы, связанные с азотом, заключаются в том, что в целях повышения продуктивности агроценозов, человек вносит в почву азотные удобрения. Они усваиваются не более чем на 50 % и выключают биологические механизмы усвоения азота. Смытые в реки нитраты вызывают эвтрофикацию, а накопленные в овощах – отравление. Оксиды азота, вдобавок, образуются в двигателях внутреннего сгорания, и вреда от них гораздо больше, чем от нитратов. Оксиды азота входят в состав фотохимического смога, на свету взаимодействуя с недогоревшими углеводородами топлива, образуют ядовитые озон и ПАН (пероксиацетилнитрат). Окислы азота в некоторых районах дают до 40 % кислотных дождей, под воздействием которых гибнет природное сообщество, разрушаются памятники архитектуры.
Круговорот серы
Сера – биогенный элемент, который почти не бывает в дефиците. В живых организмах сера – основной компонент некоторых аминокислот (цистеин, метионин). Основные звенья круговорота серы:
сера усваивается в виде сульфатов растениями и грибами. При этом сера переходит в двухвалентное состояние (S2-) и встраивается в белковые молекулы;
сера окисляется до сульфатов (SO32-) микроорганизмами при распаде мертвых тел. Меньшая часть сульфатов снова усваивается растениями, большая часть за счет подвижности сульфат-ионов вымывается в океан;
на дне океана бактерии из рода Десульфовибрио отбирают у сульфатов кислород и, тем самым, восстанавливают серу до сероводорода (H2S). Сероводород выносится к поверхности, а затем часть его выносится в воздух;
в воздухе сероводород (H2S) быстро окисляется до сернистого газа (SO2), а затем серного ангидрида (SO3), последний соединяется с парами воды и образует серную кислоту (H2SO4);
H2SO4 с дождями возвращается на сушу. Таким образом на сушу попадает две трети серы, смытой в океан;
происходит приток серы через извержение вулканов;
происходит приток сульфидов (S2-) через разрушение горных пород (пирит – серный колчедан FeS2, медный колчедан CuFeS2);
приток сероводорода происходит через аэробное разложение органики в болотах.
При сжигании топлива, выплавке металлов, при получение элементарной серы из сероводорода горючих газов в атмосферу в виде оксидов попадает ежегодно около 10 млн. т серы. Это превышает природный сток серы. Количество серной кислоты в атмосфере сейчас вдвое больше, чем 150 лет назад. Кислотность (рН) чистой воды равна 7, рН дождевой – 5,6 за счет растворенного в ней СО2 , рН кислотных дождей может достигать 2,5 (концентрация столового уксуса).
Последствиями кислотных дождей являются:
гибель фауны олиготрофных и мезотрофных озер;
усыхание хвойных лесов и гибель подроста, особенно в горах. На хвое разрушается восковой налет, и деревья, не в силах удержать влагу, усыхают, особенно зимой, когда влага из почвы недоступна;
переход алюминия почвы под действием серной кислоты в растворимое состояние, вследствие чего и гибнут корни растений.
В Европе кислотными дождями повреждено от 30 до 60 % хвойных лесов в зависимости от региона. Также страдают северные леса Канады, США и России. Большое количество кислотных дождей в России выпадает в зоне тундры, где чрезвычайно чувствительные к ним мхи и лишайники гибнут, открывая почвенный покров для термокарстовых процессов.
Основная причина образования кислотных осадков – сжигание ископаемого топлива (в угле и нефти в среднем 1 % серы), при их сгорании образуется SО2. Часть серы выбрасывается в виде сероводорода и метилмеркаптана – опасных ядов. Окислы серы (SО2 и SО3) загрязняют атмосферу в городах, так как входят в состав смога. В 1985 году в Хельсинки подписан международный Протокол о снижении эмиссии серы. На пути снижения количества кислотных осадков международным содружеством достигнуты определенные успехи.