Круговорот веществ в почве

Круговорот веществ в биосфере: вода, углерод, кислород, азот

Круговорот веществ в почве

Биосфера Земли – это подвижная динамическая система, которая постоянно обменивается с другими геологическими оболочками как химическими элементами, так и энергией. Круговорот веществ в биосфере носит непрерывный характер и происходит при участии живых организмов. Его еще называют биогеохимическим циклом.

История открытия

Изучение глобальных природных циклов началось в первой половине XIX века. В 1809 году знаменитый французский естествоиспытатель Ламарк кратко описал концепцию биосферы.

В середине XIX столетия известные химики Буссенго и Либих сформулировали основные принципы круговорота веществ. В 1875 году австрийский геолог Зюсс впервые ввел в научный обиход термин «биосфера».

Основоположником учения о биосфере и биогеохимических циклах считается выдающийся российский ученый Владимир Вернадский. Он первый указал на неразрывную связь между живой и неживой природой и оценил ключевую роль организмов в преобразовании облика планеты.

Ученый предположил, что биологический оборот вещества – это главный фактор миграции химических элементов.

Виды круговоротов

Химические вещества, которые доступны для живых организмов в биосфере, ограничены. Поэтому только цикличность процессов позволяет жизни непрерывно существовать и развиваться на протяжении миллиарда лет.

Различают три круговорота:

  • биологический;
  • геологический;
  • антропогенный.

После появления первых живых организмов на планете запустился биологический круговорот – его еще называют малым. Он представляет собой непрерывный процесс превращения элементов и веществ.

Совокупность биологических и геологических процессов составляет биогеохимический цикл.

Значение и суть циклов

Биогеохимический цикл – это сложный комплекс перемещения различных веществ в биосфере и других геологических оболочках. Такие циклы обеспечивают постоянство биосферы, дают возможность для ее саморегуляции.

Любой подобный цикл не замкнут полностью – обратимость основных химических элементов составляет примерно 95%. Несбалансированный круговорот веществ – одна основных особенностей подобных циклов, которая имеет планетарное значение.

Солнце – главный источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ. Это основная движущая сила биогеохимических циклов.

Большой круговорот перераспределяет элементы между биосферой и глубокими слоями планеты. Он связан с вулканической активностью, перемещением огромных воздушных и водных масс, процессами разрушения пород.

Важнейшим фактором, влияющим на перемещение веществ и превращение энергии, являются живые организмы.

Растения-автотрофы, используя энергию фотосинтеза, превращают неорганические соединения в органические, которые затем используют консументы и деструкторы. Биологический круговорот приводит к перемещению и перераспределению огромного количества химических веществ.

За миллиарды лет эволюции живые организмы существенно изменили облик планеты. Они насытили атмосферу кислородом и азотом, создали огромные осадочные отложения, изменили ландшафты, образовали почву.

Резервный и обменный фонды

В биологическом круговороте веществ участвуют 30-40 элементов периодической системы. Некоторые из них, включая углерод, азот, кислород, нужны организмам в значительных количествах, другие – в самых минимальных.

Необходимые вещества практически никогда не бывают распределены в природе равномерно, нередко они находятся в малопригодной форме. Элементы, участвующие в процессе круговорота веществ, могут быть в составе одного из двух фондов:

Первый обладает значительной массой, но практически не связан с биосферой. Второй – имеет меньший объем, но непосредственно связан с живыми организмами и энергично взаимодействует с ними. Газообразные вещества имеют резервный фонд в воде и атмосфере, а элементы осадочного цикла – в коре.

Редуценты и их функции

Редуценты – это организмы, которые разлагают биологические останки, превращая их в простейшие соединения. Тем самым они возвращают полезные элементы и воду в круговорот веществ и энергии. К этой группе в основном относятся грибы и бактерии.

Обменный фонд элементов, из которого обеспечивают свои потребности большинство организмов, может пополняться двумя путями:

  • при первичной экскреции;
  • при разложении останков редуцентами.

Второй путь пополнения обменного фонда особенно важен для биоценозов степей, лесов, пастбищ. Поэтому грибы и бактерии, включаясь в круговорот веществ, выполняют важнейшую работу.

Важнейшие циклы

В биогеохимическом цикле участвуют многие химические элементы. Самыми важными из них считаются: круговорот кислорода, азота, углерода, водорода, серы, фосфора, а также некоторых металлов.

Первые четыре элемента требуются в особенно больших количествах – из них строятся большинство биологических молекул.

Не менее важен круговорот серы и круговорот фосфора – эти элементы включены в состав белков, ДНК и АТФ.

Вода

Живые организмы активно участвуют в круговороте воды в природе. Растения используют ее в процессе фотосинтеза, а затем выделяют при дыхании. Вода нужна животным и другим гетеротрофам.

Ежегодно в цикл вовлекается около 500 тыс. куб. км воды. Схема ее круговорота замкнута, в ее состав входит нескольких этапов:

  • испарение воды;
  • выпадение в виде осадков;
  • перенос в реки и другие водоемы.

Вода не только необходима для метаболизма, с ее помощью осуществляется растворение и перенос элементов и соединений. Для круговорота воды характерна высокая скорость обновления.

Углерод

Углерод – настоящая основа жизни на планете. В схему его круговорота в природе вовлечены все биологические объекты.

Основным резервуаром этого элемента является углекислый газ воздуха. В процессе фотосинтеза автотрофы продуцируют из него углеводы, которыми питаются другие организмы. Можно сказать, что растения – это движущая сила данного цикла в биосфере. Автотрофы замыкают круг, возвращая в процессе дыхания CO2 в атмосферу.

Углекислый газ из атмосферы – это обменный фонд углерода для водорослей и наземных растений. Ученые подсчитали, что живые организмы за восемь лет прогоняют через себя весь углерод воздуха.

Значительный запас этого элемента скрыт в виде угля, нефти, газа, осадочных пород. В его круговороте велика роль антропогенного фактора.

За последние десятилетия благодаря нашей деятельности в атмосферу попали миллионы тонн углерода.

Азот

Этот элемент содержится в белках, АТФ, хлорофилле и ДНК, поэтому все организмы принимают активное участие в схеме круговорота азота.

Главным резервным фондом свободного азота в биосфере является атмосфера, где он содержится в газообразном состоянии. В таком виде он недоступен для растений, которые могут усваивать его только в виде ионов или сложных соединений. Ключевую роль в круговороте азота в природе играют микроорганизмы, которые улавливают этот элемент из воздуха, а затем нитрифицируют его.

Растения поглощают нитраты, превращая их в аминокислоты, затем они передаются по пищевой цепочке.

Без бактерий, улавливающих азот из воздуха, жизнь на планете практически прекратиться.

В последние время на круговорот азота все большее влияние оказывает человек.

Сера

Этот элемент находится в составе аминокислот и ряда других биологических молекул, поэтому круговорот серы так важен для живых организмов.

Резервуаром элемента являются сульфиды горных пород. Ключевую роль в схеме круговорота серы в природе играют микроорганизмы, которые превращают серные соединения в сульфаты. Это единственная форма, пригодная для усвоения растениями. В дальнейшем элемент следуют по пищевой цепи.

Сера скапливается в океанах, куда попадает с речными стоками.

В последние годы на круговорот серы все большее влияние оказывает деятельность человека. Это происходит потому, что выбросы предприятий принимают все более угрожающие масштабы.

Фосфор

Фосфор входит в состав многих органических соединений: аминокислот, АТФ, нуклеиновых кислот. Поэтому круговорот фосфора чрезвычайно важен для биосферы.

Резервуаром этого элемента служат отложения и горные породы. Он может усваиваться растениями исключительно в виде ионов PO34+. Дальше он потребляется животными.

Круговорот фосфора в природе имеет одну особенность. Соединения элемента, попав в океан, опускаются на дно и превращаются в осадочные породы. Следовательно, круговорот фосфора в биосфере постоянно уменьшается.

Кислород

Этот элемент играет ключевую роль в процессах клеточного дыхания, поэтому круговорот кислорода так важен для биосферы. Его главными продуцентами являются зеленые растения – кислород образуется в процессе фотосинтеза. Все остальные организмы на нашей планете потребляют данный элемент.

Круговорот кислорода в биосфере начинается с молекул хлорофилла, где он появляется в качестве побочного продукта реакции фотолиза. Затем растения выделяют газ в атмосферу, где он расходуется на процессы дыхания и окисления. Весь кислород воздуха имеет биогенное происхождение. Его природным резервуаром служит вода.

В последние столетия на круговорот кислорода в природе активно влияет человек. Он сжигает большое количество этого газа при использовании ископаемого топлива.

Свинец

Свинец – это тяжелый токсичный элемент, который появился в земной коре в результате подъема из мантии и радиоактивного распада урана и тория. Его основной природный резервуар – горные породы. При их разрушении происходит перенос свинца в почву и воду, а потом – в живые организмы.

Существуют строгие нормы содержания свинца в воде, пище и воздухе. Их превышение грозит серьезным отравлением, в том числе и с летальным исходом. Опасны и многочисленные сложные вещества, содержащие этот металл.

Ртуть

Это тяжелый и очень ядовитый металл, который не относится к биогенным элементам. В земной коре этот элемент встречается довольно редко, хотя и в очень концентрированной форме. В биосферу ртуть может попадать в газообразной форме или в виде растворов.

В небольших количествах этот металл входит в состав нефти.

Из-за высокой токсичности ртути за ее оборотом осуществляется жесткий контроль.

Железо

Железо является одним из самых распространенных химических элементов в природе. В чистом виде оно практически не встречается, чаще всего этот металл находят в виде сульфидов, оксидов или силикатов.

Железо – самый популярный и используемый металл, велико и его биологическое значение. Он входит в состав дыхательных ферментов, которые осуществляют перенос кислорода к тканям. У человека и других животных к ним относится гемоглобин. Он обладает способностью обратимо связываться с кислородом.

Происхождение железа – наглядный пример воздействия живых организмов на неорганическое вещество. Большинство существующих месторождений железа – продукт жизнедеятельности железобактерий. Эти организмы окисляют металл до гидроксида, получая при этом энергию.

Скорость биогеохимических процессов

В природе все круговороты веществ протекают с разной скоростью. На нее влияет множество факторов. Например, форма нахождения элемента, активность его взаимодействия, роль в метаболических процессах и многое другое.

Круговорот кислорода занимает примерно 2 тыс. лет. За этот срок весь газ из атмосферы проходит через живое вещество. Скорость круговорота воды может достигать 2 млн лет, причем время обновления сильно зависит от ее местонахождения (грунт, ледники или атмосфера). Еще больше времени занимают циклы более редких элементов. Например, круговорот фосфора занимает многие миллионы лет.

Круговорот веществ в природе

Круговорот веществ в почве

Со времени образования Земли на планете происходят процессы перехода химических соединений и элементов из одного состояния в другое. Это круговорот веществ в природе. Как он происходит и для чего нужен разберём в этой статье.

Они такие разные

Круговорот веществ на самом деле, по сути, является бесконечно повторяющимися циклами. Причём благодаря взаимодействию химических элементов и разнообразию химических соединений они никогда не повторяются в точности. Рассмотрим разные виды циклов, а также то, как замкнутый круговорот веществ влияет на развитие и существование нашей планеты.

Биогеохимический круговорот веществ

Какова роль энергии в круговороте? Первичный источник энергии для круговорота веществ в большинстве случаев — Солнце. Эта энергия вовлекается из космоса.

Круговорот веществ и энергии

Энергия, вырабатываемая организмами, преобразуется в тепло и утрачивается для экосистемы.

В отличие от неё движение веществ происходит с помощью саморегулирующихся процессов с участием всех составляющих различных экосистем.

Из более 95 элементов, встречающихся в природе, для жизни живых организмов нужны всего 40. В их числе самые важные и необходимые в огромных количествах четыре основных элемента:

  1. кислород;
  2. водород;
  3. углерод;
  4. азот.

Откуда же они берутся в необходимом размере? Например, азот забирается из атмосферы с помощью действующих азотфиксирующих бактерий, затем возвращается другими бактериями.

Кислород, используемый различными организмами для дыхания, приходит в атмосферу благодаря фотосинтезу. Растения усваивают углекислый газ, вовлекая его в круговорот веществ.

В важных процессах также участвуют углерод и водород.

В природе ничего не происходит просто так. Посмотрим на вулканы. Во время их извержения в атмосферу поступают различные газы, в том числе и азот. Это круговорот газообразных веществ.

В деятельности эволюции в биосфере с каждым циклом увеличивается число биологических компонентов. В последнее время немаловажную роль в этих процессах играет человек. Своей деятельностью он усиливает сложившийся тысячелетиями круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Это действует разрушающим образом на биосферу, сложившуюся на настоящий момент.

Раньше, когда на Земле только зарождалась жизнь, в атмосфере было больше углерода, кислорода же почти не было. Поэтому первые живые организмы были анаэробными.

С течением длительного промежутка времени накапливался кислород, уменьшался процент углерода. Сейчас количество углекислого газа увеличивается.

Этому способствует использование горючих ископаемых и уменьшение «лёгких планеты» — джунглей, лесов. Антропогенный круговорот веществ утрачивает свою замкнутость.

Исследуя, в каких поясах Земли наиболее активны круговороты веществ и энергии, учёные пришли к выводу, что более консервативны в этом плане тропические экосистемы. Изучая влияние человека на эти процессы, нужно говорить не о том, что люди своей деятельностью меняют то, что не должно меняться, а о том, что эта деятельность влияет на скорость изменений.

В описании круговорота веществ иногда выделяют восходящую часть и нисходящую. В процессе круговорота веществ содержащаяся в органических веществах энергия, переходя из одного состояние в другое, постепенно теряется. Это нисходящая часть. Когда вещества уже не могут служить источником энергии, они становятся материалом для новых клеток. Это восходящая часть кругооборота.

Большой и маленький

Есть два основных кругооборота. Большой геологический круговорот веществ начался с момента образования планеты. Цикл в нём может длится тысячи лет.

Под воздействием внешних факторов разрушаются горные породы, их мельчайшие частицы остаются на суше, некоторая их доля с водой попадает в Мировой океан, где, в свою очередь, образуются новые напластования.

Благодаря геотектоническим процессам, движению и изменению рельефа дна эти напластования опять оказываются на суше и всё начинается сначала. Геологический круговорот веществ обусловлен взаимодействием двух энергий: Земли и Солнца. Он возможен только при присутствии всех составляющих.

Геологический круговорот веществ

Малый круговорот веществ в природе — это всегда часть большого. Он называется биогеохимический круговорот веществ и проявляется только в границах биосферы, присутствуя во всех экосистемах.

Во время него питательные вещества, углерод и вода накапливаются в растениях, затем расходуются на рост не только самих растений, но и на жизнедеятельность других организмов. Как правило, это животные, которые съедают растения — консументы.

Продукты жизнедеятельности и распада этих животных под действием микроорганизмов опять разлагаются на минеральные компоненты и с помощью растений снова вовлекаются в оборот. В таких циклах участвуют все химические элементы, в первую очередь нужные для построения живых клеток.

Самый подвижный

Вода никогда не стоит на месте. Испаряясь с разных поверхностей, она накапливается в атмосфере для того, что бы выпасть на землю в виде осадков. При этом она постоянно меняет свою форму. Поэтому количество воды не меняется — идёт её постоянное обновление. Это кругооборот воды в природе. Он связывает между собой геологический и биотический круговорот веществ.

Круговорот воды в природе

В биосфере вода, меняя своё состояние, проходит малый и большой кругообороты. Испарение с поверхности океана, конденсация в атмосфере и выпадение в виде осадков обратно в океан — это малый оборот.

Когда часть водяного пара воздушными потоками переносится с океана на сушу, то эта вода участвует в большом кругообороте. Какая-то её часть испаряется и остаётся в атмосфере, остальная с ручьями, речками и грунтовыми водами попадает обратно в океан.

На этом большой цикл завершается и начинается с начала.

Самый активный

В границах биосферы непрерывно происходит мгновенный обмен кислорода из воздуха с живыми организмами, что служит главным источником жизни. Он очень сложный, вступающий в различные комбинации минеральных и органических веществ.

В настоящий момент развития биосферы наступил период, когда количество выделяемого кислорода практически равно поглощаемому количеству. Углерод в круговорот веществ включается благодаря, в том числе, и фотосинтезу.

Синтез и его составляющие — основа обновления воздуха в биосфере.

Круговорот кислорода в природе

Необходимый азот

Во время загнивания органических веществ часть находящегося в них азота преобразуется в аммониак, перерабатываемый обитающими в почве растениями обратно в азотную кислоту. Она вступает в микрореакцию с заключающимися в земле организмами и преобразуется в нитраты. Это — доступная для растений форма. Так образуется малый кругооборот азота.

Круговорот азота

Однако некоторое количество азота при гниении выделяется в атмосферу и образует свободный азот. Кроме этого такая форма появляется вследствие горения органических веществ, сжигания угля, дров.

Не дают нарушиться природному балансу азотобактерии. Некоторые из них живут на корнях растений семейства бобовых, образуя небольшие клубни. Выделяя из воздуха атмосферный азот, они преобразуют его в азотные соединения, которые переходят в растения. Позже растения трансформируют их в белки, жиры, углеводы и другие вещества. Так происходит кругооборот азота.

Используя растения, не давая им пройти стадию гниения, люди создают дефицит азота. Чтобы избежать этого человек научился вносить в почву азотные удобрения, тем самым возмещая природе утраченный баланс.

Незаменимая сера

Её значение в круговороте неоценимо. Сера служит источником энергии для серобактерий, без которых невозможна очистка вод. В природе эти бактерии широко распространены. Это важный компонент строительства многих видов белков. Круговорот веществ в земной коре также не обходится без серы.

Вкладом серы в большой круговорот веществ являются питающиеся ею микроорганизмы, преобразующие аминокислоты. Основными антропогенными поставщиками серы в большой круговорот веществ выступают разлагающиеся растения и животные организмы. Они выделяют серный газ.

Тем самым совершается кругооборот серы.

Кругооборот серы

Биосфера

Все представители живой природы, в том числе и человек, образуют биомассу. Она постоянно меняется, участвуя в процессах, происходящих в окружающей среде.

Растения называют продуцентами, животных — консументами. Простейшие и другие микроорганизмы, разлагающие органику в неорганику, называются редуценты. Их ещё называют разрушителями.

Процесс разлагания — это деструкция органического вещества.

Разберём, какую роль играют в круговороте веществ представители разных групп и какова роль продуцентов:

  • сине-зелёные бактерии и растения преобразуют солнечный свет в энергию химических связей. Таким образом происходит рождение органического вещества из неорганических элементов;
  • всеядные существа, способные питаться растениями. К ним относится и человек. Они потребляют растения (органику), перерабатывая внутри себя, на выходе давая неорганику;
  • плотоядные животные поедают растительноядных, органика также попадает в них, но не растениями, а в другой форме;
  • высшие хищники, способные питаться плотоядными животными. Это последнее перемещение органики внутри живых организмов;
  • простейшие, грибки и микроорганизмы, разлагающие останки живых существ. В ходе этого процесса они перерабатывают органику в неорганический вид — соли, воду, минералы и углекислый газ;
  • все эти элементы снова используются растениями.

В круговороте веществ наибольшую роль играют микроорганизмы, разрушителей считают начальным звеном явления.

Как видно из этой схемы, консументы в процессе круговорота веществ в биосфере используют пищевые связи, важный компонент цепочки. Однако всё начинается с растений и заканчивается ими же.

Разнообразие растений в природе

Помимо замкнутого существует и и незамкнутый круговорот веществ.

Экосистемы

Кратко, экосистемы — это природные комплексы, образованные средой обитания и совокупностью организмов (биоценозов), живущих в ней. Они являются компонентом, обеспечивающим круговорот веществ в биосфере. Их изучением занимается наука, получившая название экология.

В этой сфере работают люди разных профессий. В настоящее время глобальный круговорот веществ нарушается действиями человека, за счёт разрушающей деятельности антропогенного воздействия.

Экосистемы в процессе своего развития проходят множество биохимических циклов. Причём, если цикл не замкнутый, то одна экосистема со временем может преобразоваться в другую. На эту ситуацию влияет кругооборот веществ в биоценозе.

Рассмотрим, как основан круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах различного вида.

Луг

Различная растительность: трава, цветы, растения небольшого размера являются продуцентами. Летающие и ползающие насекомые питаются травой, пыльцой. Этими насекомыми питаются птицы.

После их смерти останками занимаются редуценты, и продукты деятельности последних становятся составляющими элементами новых продуцентов, растений.

Получается, консументы в экосистеме луга участвуют в круговороте веществ и превращениях органики в неорганическое вещество.

Озеро

Каждое озеро имеет свою экосистему. Продуцентом тут выступает планктон и ряска, которые помимо функции переработки органики наполняют воду кислородом. Консументов или потребителей очень много. Это рыбы, питающиеся растениями, ракообразные, головастики и личинки. За ними идут хищные рыбы и водоплавающие птицы.

Рано или поздно часть из них оказываются на дне в виде останков и тут за них берутся мелкие беспозвоночные и бактерии, редуценты. Так как консументов в озерах значительно больше редуцентов, они не могут переработать все останки, оказывающиеся на дне. Получается незамкнутый круговорот веществ и поток энергии в экосистеме.

Если кругооборот замкнут не полностью, то условия в экосистеме постепенно меняются. Именно поэтому небольшие озёра со временем превращаются в болота.

Круговорот веществ в экосистеме озера

Круговорот веществ в аквариуме характерен такой же схемой.

Болото

Когда озеро начинает зарастать, у берегов появляется мох — сфагнум. С его появлением начинается круговорот веществ в болоте. Так как сфагнум плавает на поверхности, под ним образуется очень холодный слой воды без кислорода, в котором не могут существовать микроорганизмы. Веточки мха, отмирая, опускаются на дно, образуя торф.

Толщина торфяной подушки достигает 5 метров – именно на ней живут обитатели болот. Так как круговорот веществ в болоте также не является замкнутым, через много-много лет болото превращается в лес, чем и объясняется постоянное образование, а затем зарастание болотин.

Но пока этого не произошло, болото поддерживает уровень грунтовых вод и является необходимым компонентом в кругообороте веществ в биосфере.

Техногенный круговорот веществ

Отличие техногенного круговорота от биотического в том, что он всегда незамкнутый. Это, скорее, ресурсный цикл.

На уровне жизни различных организмов в пределах биосферы это сказывается не лучшим образом. Например, скорость уменьшения объёма воды в таком цикле намного больше, чем в биотическом.

То же можно сказать и о других расходуемых в процессе элементах. Эти данные зависят от уровня организации.

Заключение

Солнце — источник энергии, обеспечивающий круговорот веществ. Оно снабжает планету возобновляемой энергией, которая, в свою очередь, постоянно преобразуется. Есть множество циклов, которые изучаются учёными впервые. Даже зная принципы циклов кругооборотов, специалисты приходят к всё новым выводам и открытиям.

Складывается впечатление что человек, не знает и десятой доли тех тайн природы, которые скрыты от его взгляда. От того, насколько быстро мы сможем эти тайны разгадать, зависит качество жизни будущих поколений. Главный вывод один: круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме является залогом жизни на планете.

Жизнь на Земле невозможна без круговорота.

Без круговорота, жизнь на земле невозможна

Из статьи видно, какую роль выполняют круговороты веществ и энергии в географической оболочке и в биосфере. Поэтому, думаем, понятно, что организации живой природы нуждаются в защите человека.

Охрана почв

Круговорот веществ в почве

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Cыктывкарский государственный университет

Финансово-экономический   факультет

(Заочное отделение)

Контрольная        работа

По дисциплине «Экология»

На тему «Охрана почв»

Исполнитель: студент  группы 4270

                                                                                                    Огибина Т. А.

                                                                             Преподаватель: Корабельников И. В.

Дата отправки работы в университет_____________________________________

Дата регистрации работы факультетом___________________________

Введение

Глава 1. Понятие почвы

1.1. Почва, её состав и строение

1.2. Роль почвы в круговороте веществ

Глава 2. Негативные воздействия на почву

2.1. Эрозия почв

2.2. Антропогенные воздействия на  почву

Глава 3. Охрана почв

3.1. Борьба с эрозией почв

3.2. Защита почв от загрязнения, засоления, заболачивания и прямого уничтожения

3.3. Правовая охрана почв

Заключение

Список литературы

Введение

Площадь суши составляет 15 млрд. га, т. е. около трети поверхности земного шара.

Из них леса занимают 28%, пустыни, ледники, населенные пункты и другие участки со слабо выраженным почвенным по­кровом – 45, пастбища – 17, обрабатываемые земли – 10%, при­мерно столько же земли пригодно для обработки, но использование ее в земледелии экономически невыгодно. Таким образом, питание людей обеспечивает в основном 1450 млн. га возделываемых почв, и в силу этого они заслуживают бережного использования и тща­тельной охраны.

Человек существует в определенном пространстве, и основной составляющей этого пространства служит земная поверхность – поверхность земли. В процессе эволюции человек начал изменять земную поверхность, но особо крупных  масштабов эти изменения достигли в последние сорок лет.

Экологические проблемы возникают не сами по себе.

Это результат естественного развития цивилизации, в которой сформулированные ранее правила поведения людей в их взаимоотношениях с окружающей природой и внутри человеческого общества, поддерживавшие устойчивое существование, пришли в противоречие с новыми условиями, созданными научно-техническим прогрессом.

В новых условиях необходимо формирование и новых правил поведения, и новой морали с учетом всех естественнонаучных знаний. Наибольшая трудность, которая определяет многое в решении экологических проблем – все же недостаточная озабоченность человеческого общества в целом и многих его лидеров проблемами сохранения окружающей среды.

Цель данной работы – рассмотреть основные воздействия на почву и способы её защиты.

Задачи данной работы – раскрыть сущность самого понятия «почва», выявить её значимость в природной экологической системе, рассмотреть основные негативные воздействия на почву и предоставить способы охраны почв от этих воздействий.
Глава 1. Понятие почвы

1.1. Почва, её состав и строение

Почва – рыхлый поверхностный слой земной коры, образовав­шийся в результате длительного воздействия на литосферу атмо­сферы, воды, животных и растений. Почва состоит из хорошо выраженных слоев, почвенных горизонтов, различающихся по струк­туре, составу и цвету.

Верхний горизонт А, гумусовый, населенный многочисленными видами растений, животных, микроорганизмов, содержит отмершие части растений, остатки животных.

За счет процессов гумификации – разложения органических остатков и образования высокомолекулярных гуминовых соединений – они превращаются в мелкодисперсный органический материал. Гуми­фикация протекает с разной интенсивностью, что отражается на структуре гумусового горизонта.

Следующий горизонт В состоит в основном из минеральной части почвы. Органические вещества переработаны здесь редуцентами и равномерно перемешаны с мелкозернистой материнской породой. Горизонт С представляет собой слабо измененную материнскую породу.

Последовательность почвенных горизонтов называют почвен­ным профилем. Для каждой природно-климатической зоны и оп­ределенного рельефа местности характерны свой почвенный про­филь и толщина горизонтов. Так, равнинные степные почвы уме­ренного климата содержат в среднем 12 тыс. т/га гумуса, лесные – около 100 т/га.

Свойства почвы зависят от состава и характера твердой, жид­кой, газообразной и живой ее частей.

Так как почва является продуктом жизнедеятельности многих растений, животных, микроор­ганизмов, то их обилие, соотношение групп определяют свойства почвы.

Самым важным свойством почвы является ее плодородие – способность обеспечить урожай растений. Почва сохраняет плодородие до тех пор, пока населена многочисленными живыми ор­ганизмами, участвующими в сложных процессах гумификации.

Основу почвенной биоты составляют микроорганизмы. Они представлены синезелеными и зелеными водорослями, бактерия­ми, грибами и простейшими.

Важную роль в почвообразовательных процессах играют ор­ганизмы, разлагающие органические вещества. Они подразделяются на следующие группы:

1) спорообразующие и неспорообразующие гетеротрофные бактерии;

2) актиномицеты;

3) различные грибы, в том числе плесени;

4) почвенные простей­шие, в том числе амебы, инфузории, жгутиковые.

Они встреча­ются в наземных биоценозах повсюду, но особенно их много в самых верхних слоях почвы. От обилия органических веществ, их разрушения микроорганизмами и обра­зования гумусовых соединений зависят структура и плодородие почвы.

К макрофауне почвы принадлежат крупные насекомые и их личин­ки, дождевые черви. Плотность населения дождевых червей на известково-глинистых почвах умеренного климата достигает 300 особей/м2. К макрофауне относятся роющие позвоночные: кроты, суслики, мыши, полевки и др. Наибольшими по биомассе компонентами почвы являются корни растений.

Среди почвенных есть болезнетворные организмы, вызывающие заболевания сельскохозяйственных животных и человека. Многие из них связаны с определенными типами почв.

Так, гистоплазмоз вызывается паразитическим грибком Histoplasma capsulatum, поражающим соединительные ткани и эндотелий человека и не­которых млекопитающих. При этом заболевании увеличиваются печень, селезенка, лимфатические узлы.

В почве могут на­ходиться возбудители брюшного тифа, дизентерии, бруцеллеза, многих глистных заболеваний и т.д. Наибольшая смертность от холеры связана с заболоченными почвами пойм рек Западной Индии.

Химический состав почвы оказывает влияние на состояние здоровья человека через воду, растения и животных.

Недостаток или избыток определенных химических элементов в почве бывает столь велик, что приводит к нарушению обмена веществ, вызыва­ет или способствует развитию серьезных заболеваний.

Так, широ­ко распространенное заболевание эндемический (местный) зоб связано с недостатком йода в почве. Не­достаток фтора приводит к кариесу зубов. При высоком содержа­нии фтора (свыше 1,2 мг/л) нередко возникают заболевания кост­ной системы (флюароз).

1.2. Роль почвы в круговороте веществ

Почва представляет собой сложную природную систему, где под влиянием живых организмов и других факторов происходят образо­вание и разрушение сложных органических соединений.

Минеральные вещества извлекаются растениями из почвы, входят в состав их собственных органических соединений, затем включаются в органические вещества тела сначала растительноядных, затем насекомо­ядных, хищных животных. После гибели растений и животных их органические соединения поступают в почву.

Под воздействием микроорганизмов в результате сложных многоступенчатых процес­сов разложения эти соединения переходят в формы, доступные для усвоения растениями. Они частично входят в состав органических веществ, задерживаются в почве или удаляются с фильтрующимися и сточными водами.

В результате происходит закономерный круговорот химических элементов в системе «почва – растения – (живот­ные – микроорганизмы) – почва». Этот круговорот называется малым, или биологическим. Благодаря малому круговороту веществ в почве постоянно поддерживается плодородие.

Растворение и вынос сточными водами питательных веществ из почвы сопровождаются обеднением и снижением ее плодоро­дия. Поэтому для его поддержания необходимо создавать такие условия, когда вымывание и потеря почвой питательных веществ были бы минимальными.

Самое большое значение почвы в том, что люди берут из нее почти все необходимое для своей жизни. В настоящее время обра­батываемые земли дают 88% энергии, получаемой человечеством с пищей, около 10% ее люди получают от естественных лугов, пастбищ, лесов и 2% дают ресурсы Мирового океана.

От почвы и ее плодородия зависит жизнь людей. Почву счита­ют великой лабораторией, арсеналом, доставляющим средства производства, предмет труда, место для поселения людей. Поэто­му о почве необходимо заботиться всегда, чтобы выполнить свой долг – оставить ее улучшенной последующим поколениям.

Наиболее ценные в сельскохозяйственном отношении земли включают пашню, залежи и многолетние насаждения. Из всех воз­делываемых земель 590 млн. га приходится на долю зерновых, даю­щих в год 1197, 5 млн. т зерна.

Сельскохозяйственные земли расположены мозаично. Они за­нимают обширные территории в лесостепных и степных районах Северного полушария. На Евразию, включая Россию, приходится 841 млн.

га, или 60% всех возделываемых земель. Обрабатываемые земли мира в середине 1980-х гг.

составили в среднем около 0,5 га на каждого человека: в СССР – 0,9 га; США -0,91; Канаде – 2,05; Великобритании – 0,13; ФРГ – 0,13; Японии – 0,05 га.

Обрабатываемые земли – результат сложных естественных про­цессов и труда многих поколений людей. Поэтому качество почв во многом зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия. Вместе с урожаем человек изымает из почвы значи­тельное количество минеральных и органических веществ, тем са­мым обедняя ее.

Так, при урожае картофеля в 136 ц/га почва теряет 48,4 кг азота, 19 кг фосфора и 86 кг калия. Поэтому необходимо систематически пополнять запасы этих элементов в почве внесе­нием удобрений.

Применяя необходимые севообороты, тщательно обрабатывая и удобряя почву, человек повышает ее плодородие столь значительно, что большинство современных обрабатываемых почв следует считать искусственными, созданными при участии человека.

Таким образом, в одних случаях воздействие человека на поч­вы приводит к повышению их плодородия, в других – к ухудше­нию, деградации и гибели.

К особо опасным последствиям влияния человека на почвы следует отнести ускоренную эрозию, за­грязнение чужеродными химическими веществами, засоление, заболачивание, изъятие почв под различные сооружения (транс­портные магистрали, водохранилища и др.).

Ущерб, наносимый почвам в результате нерационального использования земель, принял угрожающий характер. Уменьшение площадей плодород­ных почв происходит во много раз быстрее, чем их образование. Особенно опасна для них ускоренная эрозия.

2.1. Эрозия почв

Под эрозией (от лат. erodere – разъедать) почвы понимают многообразные процессы разрушения и выноса почвенного покрова потоками воды и ветра.

Эрозия – естественный процесс, существующий в природе, ко­торый протекает очень медленно, а поэтому разрушение и потери почвы от выдувания и смыва уравновешиваются процессами поч­вообразования. Эта естественная, или геологическая, эрозия явля­ется частью эволюции Земли.

Наряду с этим нормальным геоло­гическим процессом существует ускоренная, или разрушительная, эрозия, возникающая под влиянием деятельности людей. При этом процессы разрушения и сноса почвы происходят во много раз бы­стрее, чем при естественной эрозии.

Потери почвы не компенси­руются естественными почвообразовательными процессами, и почва частично или даже полностью теряет плодородие.

Образование плодородного гумусового горизонта мощностью 20-25 см происходит в течении 2-7 тысячелетий. При ускоренной эрозии разрушение этого слоя может произойти за 10-30 лет. При катастрофических ураганах, ливнях нарушенные хозяйственной деятельностью почвы могут быть уничтожены в течение несколь­ких дней или даже часов.

Различают несколько типов ускоренной эрозии почв. Ветровая, или эоловая, эрозия (дефляция) связана с перемещением мелких (d = до 1 мм) частиц почвы под действием ветра.

Сухие песчаные почвы, содержащие большое количество мелких пыле­видных частиц, бедны гумусом и мелкоземом, их плодородие рез­ко снижено. Ветер выдувает почву из-под посевов, обнажает кор­ни растений, вызывая их гибель.

Почва приносится ветром на территории поселков, наметается в виде холмов и препятствий. Ветровая эрозия может происходить в разное время года, при лю­бой силе ветра.

Существует местная, или повседневная, ветровая эрозия (по­земка) и пыльные, или черные, бури. Повседневная эрозия носит локальный характер, особенно активно она проявляется на ветроударных склонах, бывает низовой и верховой.

При низовой поземке частицы почвы поднимаются ветром до полутора метров от по­верхности земли. Поземка опасна для молодых побегов: твердые частицы рассекают листья растений, нарушая покровные ткани.

Местная ветровая эрозия может быть верховой, когда при силь­ных ветрах образуются смерчи, столбы пыли, поднимаемые вет­ром на большую высоту.

Биогенные элементы

Часть земной оболочки, занятая растительными и животными организмами образует биосферу. В процессе деятельности живых организмов в биосфере образуются минералы и различные природные вещества.

Для полноценного функционирования биосферы и поддержания непрерывности ее процессов, внутри нее должны постоянно осуществляться обмены биогенных веществ, все элементы которых важны для жизни как таковой. В организмы живых существ входят те же составляющие, что и в воздух, воду, почву и минералы.

Известно около 90 химических элементов в составе земной коры. В составе живых организмов обнаружено около 70 химических элементов периодической системы. Отличие только в том, что молекулы неживой природы просты и однотипны, а живые организмы состоят из множества атомов разных типов.

Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью – называются биогенными элементами.

Биогенные элементы — это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности. В живых клетках обычно обнаруживаются следы почти всех химич. элементов, присутствующих в окружающей среде, однако для жизни необходимы около 20.

Важнейшие биогенные элементы — кислород (составляет ок. 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий.

Возникновение круговоротов

Биологическая активность живого вещества и энергия излучения Солнца выступают движущими силами этого процесса. Они перераспределяют, концентрируют и перемещают огромное количество жизненно необходимых веществ между растениями, их корневыми системами и всеми существами на планете.

Движение вещества происходит во внутренних оболочках земли, их подъём в результате восходящих тектонических движений и вулканизма, перенос веществ по горизонтали во внешних оболочках и аккумуляция, погружение в результате нисходящих тектонических движений. На большой глубине происходит метаморфизм, плавление вещества с образованием магмы и метаморфических горных пород.

Структура природного цикла

Вся жизнь на нашей планете следует законам глобального круговорота веществ, который можно разделить на две основные составляющие. Они отличаются характером и механизмом происходящих в них процессах. Различают два основных цикла:

  1. Большой (геологический)
  2. Малый (биогеохимический)

Рассмотрим их подробнее:

Геологический круговорот

Этот вид также называют круговоротом воды в природе, где жидкость постоянно циркулирует между сушей и океаном. Основополагающую роль в создании географической оболочки нашей планеты играет круговорот воды.

Вода является наиболее распространенным и очень важным химическим соединением, поэтому круговорот веществ в природе мы самым подробным образом рассмотрим на примере круговорота воды.

Дополнительно отметим, что вода фактически формирует все биогеохимические циклы в природе, она содержится во всех компонентах биосферы — в атмосфере, гидросфере, литосфере и в составе всех организмов. При потере организмом 10% воды наступает его самоотравление.

Нагревание воды, ее испарение и конденсация представляют собой вторую после фотосинтеза форму накопления и перераспределения солнечной энергии на Земле и в биосфере.

Круговорот воды условно начинается с поступления ее на поверхность Земли в виде осадков (дождя или снега), которые образуются в результате конденсации паров воды, возникших за счет испарения воды растениями, животными, а также поверхностью водоемов.

«Осадочная» вода пополняет воды водоемов, попадает в растения и в организмы животных, вновь подвергается испарению. Другая часть осадков проникает в подземные воды за счет процессов фильтрации, со стоками рек вода поступает в Мировой океан.

Количество испаряемой воды зависит от местных условий. Так, с единицы поверхности Земли, занятой лесом, испаряется больше воды, чем с такой же поверхности океана. Количество осадков зависит от географической зоны, от широты и долготы местности, от высоты над уровнем моря и времени года.

Ветрами облака, представляющие собой водный туман, переносятся с одного участка планеты на другой.

Уменьшение площади растительного покрова приводит к уменьшению процессов транспирации (испарения) воды на участках суши, что в свою очередь снижает количество осадков на данной территории.

Вода участвует в круговороте веществ и через ее вхождение в состав организмов, и через выделение в окружающую среду после гибели этих организмов.

Попадая в состав осадочных пород в составе неразложившегося вещества, вода удаляется из круговорота на длительное геологическое время, когда эти вещества могут оказаться на поверхности и за счет горообразовательных процессов подвергнуться превращениям.

Благодаря круговороту воды реализуется частично круговорот двух важнейших химических элементов — водорода и кислорода. Велика роль воды и как реагента в процессах фотосинтеза, что является одной из составных частей процессов круговорота воды.

Мировой баланс воды в историко-геологическом масштабе достаточно постоянен, а отдельно взятые локальные водные балансы (для конкретного региона) могут значительно колебаться. В геологическом масштабе времени обнаружены частые нарушения равновесия баланса океанических и континентальных вод, с чем связаны значительные изменения климата планеты.

В режиме континентального увлажнения существует цикл 1800-2000 лет. В настоящее время (по мнению ряда ученых) планета находится в переходном состоянии от очень влажной континентальной фазы к более сухой, что предполагает тенденцию передачи воды от континентов океану.

Наблюдения последних 80 лет показывают, что уровень океанических вод ежегодно увеличивается на 1,2 мм.

Велика роль воды в жизнедеятельности человека, который является и водопользователем, и водопотребителем.

Водопользование — это такое использование воды, при котором она остается в водоемах (например, как транспортное средство — речной и морской транспорт, лесосплав; как механический источник энергии — гидроэнергетика).

Водопотребление — использование воды, при котором она извлекается из водоемов. Им является применение воды в сельском и жилищно-коммунальном хозяйстве, различных отраслях промышленности, атомной и теплоэнергетике.

В процессе водопотребления образуются сточные воды, которые без должной очистки загрязняют природные воды.

Водопользование также сопровождается загрязнением природных вод за счет попадания в них разных соединений, используемых в водном транспорте, и отходов транспорта и гидроэнергетики.

Водопотребление требует пресной воды определенного качества.

Большую роль для человека играет питьевая вода, к свойствам которой предъявляются особые требования, поэтому природные воды подвергаются специальной водоподготовке.

На Земле пресные воды составляют 2% от общих запасов воды (1,5 х 109 км3 — общий запас воды), а в доступной для использования человеком форме — только 0,01% от общих запасов воды на планете.

Нерациональное использование воды, ее загрязнение за счет неправильного водопользования и нарушение круговорота воды грозит человечеству экологической катастрофой.

Нарушение человеком естественных процессов круговорота воды связано с уничтожением лесов, ростом городов, интенсивной ирригацией и мелиорацией, увеличением пыли и газов, загрязняющих воздух и вызывающих различные эффекты (тепличный, похолодания и др.), тепловое и другие виды физических загрязнений.

Малый круговорот

Он представляет собой обмен полезными веществами в пределах всей биосферы Земли с компонентами веществ из литосферы, атмосферы и гидросферы. Малый круговорот — биотический, часть большого круговорота, происходит на уровне биоценоза (неорганические вещества участвуют в образовании органических), представляет собой перенос вещества по трофическим (пищевым) цепочкам. В нем участвуют:

  • Продуценты
  • Консументы
  • Редуценты

Продуценты преобразуют простые неорганические вещества в сложные органические соединения. Консументы модифицируют или производят еще более более сложные соединения. Редуценты выделяют биологические вещества, которые разлагают сложную органику и освобожденные вещества опять включаются в оборот.

Круговорот кислорода. Этот необходимый для жизни газ содержится в атмосфере, вырабатывается растениями в результате фотосинтеза. Из воздуха кислород поступает через дыхательные пути в организм живых существ, освобождается и снова поступает в атмосферу.

Круговорот азота. Азотные соединения выделяются при распаде веществ, впитываются в почву, поступают в растения, а затем выделяются из них в виде аммиака или ионов аммония.

Рассмотрим более подробно малый круговорот на примере углерода.

Продуценты улавливают углекислый газ из атмосферы и переводят его в органические вещества, консументы поглощают углерод в виде органических веществ с телами продуцентов и консументов низших порядков, редуценты минерализуют органические вещества и возвращают углерод в атмосферу в виде углекислого газа.

В Мировом океане круговорот углерода усложнен тем, что часть углерода, содержащегося в мертвых организмах, опускается на дно и накапливается в осадочных породах. Эта часть углерода выключается из биологического круговорота и поступает в геологический круговорот веществ.

Основные отличия круговоротов

Большой круговорот — это круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока.

Большой круговорот обусловлен солнечной энергией, он обеспечивает перераспределение вещества между биосферой и глубокими горизонтами Земли. Горные породы, неорганические вещества, все переносится водой, но процессы длятся миллионы лет.

 Горные породы подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания, в том числе растворимые в воде питательные вещества, сносятся потоками воды в Мировой океан. Границы геологического круговорота значительно шире границ биосферы и в его процессах живые организмы играют второстепенную роль.

Тепло земли и радиация солнца — основные двигатели геологического круговорота.

Малый круговорот веществ в биосфере, в отличие от большого, совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения. Этот круговорот для жизни биосферы — главный, и он сам является порождением жизни.

Круговорот того или иного химического вещества из неорганической среды через растительные и животные организмы и обратно в неорганическую среду с использованием энергии Солнца и химических реакций называется биогеохимическим циклом. Биохимический цикл является частью биологического круговорота.

Изменяясь, рождаясь и умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ. Главным источником энергии малого круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез.

Влияние человека

Человек, как часть биосистемы, непосредственно втянут в круговорот веществ. Однако нам все труднее соблюдать баланс и обеспечивать невмешательство в основные природные процессы. Бесконтрольно тратя ресурсы планеты, заполняя трудноразлагаемыми отходами ее атмосферу и биосферу, человек неблагоприятно влияет на естественный круговорот.

В первую очередь, таким отношением, человечество наносит вред самому себе. Так, излишки азотных удобрений, которыми люди щедро удобряют почву для повышения урожайности, впитываются в глубокие слои почвы и смываются дождями с полей, попадая в реки и озера и далее в Мировой океан.

Так или иначе, нитраты попадают в организм человека через пищу и воду, вызывая рак и другие нарушения в процессах жизнедеятельности.

Важно осознавать, что все процессы на Земле взаимосвязаны. Для гармоничного и непрерывного развития нужно поддерживать баланс веществ в природе, своевременно решать возникающие экологические проблемы, учитывать особенности естественного круговорота.

Советы цветочнику
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: