4.4 Возврат веществ в кругооборот
Рециркуляция веществ в природных экосистемах должна служить моделью для решения одной из главных природоохранных задач - возвращения различных использованных веществ в естественные циклы.
Основные пути возвращения веществ в круговорот показаны на рис. 4.6.
Рисунок 4.6- Пять основных путей возврата веществ в круговорот
1. Непосредственные выделения животных и человека без предварительного разложения бактериями. В состав выделений входят СО2, растворимые органические и неорганические соединения фосфора и азота, которые могут непосредственно усваиваться растениями. Например, в толще морской воды мелкий фитопланктон активно и быстро поедается животными, особенно микрозоопланктоном. Поэтому азот и фосфор в этих условиях регенерируются в основном из экскрементов животных. Исследования показывают, что зоопланктон (дафнии, коловратки, простейшие и др.) выделяет в воду в несколько раз больше минеральных элементов питания, чем освобождается после микробного разложения отмерших растительных организмов.
2. Микробное разложение органических остатков – детрита (лат. detritus - истертый) - редуцентами. Бактерии и грибы – основные агенты регенерации элементов этим путем, который преобладает в наземных экосистемах, особенно умеренной зоны. Гетеротрофный процесс разложения, происходящий благодаря жизнедеятельности микроорганизмов, приводит не только к освобождению потенциальной энергии органических веществ, но и к регенерации химических элементов, вступающих в новый цикл обращения.
3. Возвращение веществ в круговорот благодаря жизнедеятельности организмов, живущих в симбиозе с растениями. Эго могут быть бактерии, микроскопические грибы, водоросли, лишайники, другие растения. Они передают элементы питания непосредственно растениям, как, например, клубеньковые бактерии. Этот путь особенно важен в экосистемах с низким содержанием питательных веществ.
4. Поступление в круговорот элементов и веществ в результате физических процессов, движимых солнечной энергией, т. е. в результате выветривания, эрозии, с потоками воды и т. д. Вода также возвращается в круговорот благодаря энергии Солнца. Таким путем элементы из осадочных пород выносятся из абиотического резервуара и попадают в биотические циклы.
5. Поступление элементов в биогеохимические циклы, связанные с деятельностью человека и затратами энергии ископаемого топлива. Таким путем возвращаются в круговорот опресненная морская вода, биогенные элементы в виде удобрений, металлы, другие ценные вещества, извлекаемые из отходов, и т. д.
На возврат веществ в круговорот всегда затрачивается энергия. Для первых трех путей энергия поступает из органических веществ, для четвертого - от Солнца, для пятого - от топлива. В четырех случаях из пяти людям не приходится затрачивать дорогостоящее топливо. Если не нарушать природные механизмы рециркуляции, то они способны возвращать в круговорот и воду, и питательные вещества. Повторное же использование промышленных материалов, например металлов (когда их запасы ограничены), требует затрат топлива и денежных средств.
Вопросы для самоконтроля:
1. Чем различаются большой и малый круговороты веществ?
2. Какой процесс лежит в основе большого круговорота веществ?
3. Какова основная особенность круговорота воды?
4. Какие процессы лежат в основе малого круговорота веществ?
5. В чем различие газообразных и осадочных биогеохимических циклов?
6. Как влияет человек на содержание СО2 в атмосфере?
7. Какие ядовитые соединения углерода могут накапливаться в воздухе, как они влияют на человека?
8. Какие процессы лежат в основе круговорота азота?
9. Какой процесс называтеся денитрификацией?
10. Какой процесс называется нитрификацией?
11. Какие организмы могут усваивать газообразный азот из атмосферы?
12. Почему азотные удобрения более дорогие, чем другие виды удобрений?
13. Как влияет человек на круговорот азота?
14. В чем особенности круговорота фосфора?
15. Как влияет человек на биогеохимический цикл фосфора?
16. К каким последствиям приводит избыточный сток фосфора в реки, озера, моря?
Вопросы для самостоятельного изучения темы:
1. Круговороты второстепенных элементов. [3, с. 127-130]
2. Рециркуляцию веществ в антропогенной системе промышленного города [3, с. 133-135]
Литература к теме 4: [1,2, 4-6]