III процесс, проходящий в экосистемах: Биологическое накопление.

Биологическое накопление (биоаккумуляция) — процесс возможен при двух условиях:

1условие: при добавлении в круговорот веществ в экосистемах различных соединений извне (например, поллютантов-загрязнителей).

2условие: при избирательном концентрировании тех или иных химических элементов, неорганических и органических соединений, необходимых для осуществления обмена веществ.

Такое явление часто наблюдается в морских и пресноводных экосистемах.

Явление биологического накопления известно для радионуклеидов, пестицидов, тяжелых металлов (в том числе особо опасных: ртути, свинца, кадмия).

Показателем биологического накопления является отношение концентрации определенного вещества в организме и его содержание в окружающей среде.

Установлено, что подавляющее большинство видов, включая почвенных беспозвоночных, способны концентрировать один или несколько химических элементов из среды. Идея, высказанная Вернадским, получила экспериментальное обоснование в работах геохимиков.

В условиях Белоруссии:

	Зола %	Элементы мг/кг
		Ca	Mg	K	Ba	Sr(стронций)
Почва под ельником	-	17	2,3	16,72	0,62	0,053
Древесина ели	-	91,7	10,4	39	0,94	0,85
Луговая почва	-	16,3	2,3	15,75	0,5	0,05
Древесина березы	-	155,6	13,6	43,5	0,94	0,38
Крот европейский	19,2	55,6	1,1	7,13	0,063	0,037
Травяные лягушки	20	71	1,4	6,6	0,058	0,048
Серые жабы	18,3	56,2	1,4	8,53	0,08	0,063
Моллюски	50	169,2	1,8	4,8	0,26	0,22
Слизни	13,3	7,6	2,3	10,92	0,08	0,14
Дождевые черви	10	4,6	1,6	3,33	0,2	0,03

Существуют 2 гипотезы о накоплении тех или иных элементов в живых организмах. Согласно экологической гипотезе, уровень аккумуляции химических элементов у растений и животных должен быть связан с их уровнем в окружающей среде, то есть, чем больше элемента содержится в воде или почвах, тем больше его должно быть в организме. Судя по таблице, это оправдывается не всегда.

Согласно физиологической гипотезе, уровень биоаккумуляции (бионакопления) соответствует потребностям самого организма. Это явление наблюдается гораздо чаще. Далеко не все элементы живые организмы извлекают из среды и используют в своем обмене веществ.

IV процесс, проходящий в экосистемах: Самоочищение в опс. Трансформация загрязняющих веществ.

Самоочищение ОПС является одним из механизмов стабильности биосферы и проявлением ее ассимиляционного потенциала — способностью самостоятельно принимать и перерабатывать некоторую часть отходов и загрязнений, поступающих в среду.

В процессе самоочищения происходит трансформация поступающих поллютантов, разложение и перевод их в неактивное состояние или приемлемое для использования живыми организмами. Самоочищение представляет собой сочетание различных процессов — разложения и биологического накопления. Способностью к нему обладают все элементы биосферы, трансформация элементов происходит в результате совместной деятельности живых организмов и неживой природы. В атмосфере, гидросфере, поверхностном слое литосферы все факторы самоочищения можно разделить на химические, физические, биологические, действия которых достаточно разнообразно и роль в компонентах биосферы различается. Например, в почвах наибольшее значение имеют биологические факторы, в атмосфере — их действие почти не проявляется. В атмосфере самоочищение может идти за счет:

Физические факторы	Рассеивания частиц и последующего осаждения. Воздействие солнечного и других излучений. Выпадение осадков и промывки приземных слоев Осаждение загрязнителей на частицах пыли, капельках водяного пара, растениях.
Химические факторы	5) Нейтрализация одних поллютантов другими в химических реакциях.
Биологические факторы	6) уничтожение патогенных микроорганизмов за счет фитонцидов, выделяемых растениями в воздух.

В почве гораздо сильнее роль химических и биологических факторов.

Кроме перечисленных, к факторам самоочищения добавляются:

1. Механическое поглощение поллютантов в результате абсорбции на частицах почвы.

2. Комплексообразование и образование нерастворимых или малорастворимых соединений.

3. Активная деятельность микроорганизмов, осуществляющих разложение, биосорбцию и использование поллютантов в своем обмене веществ.

Лучше всего процессы самоочищения изучены в водной среде. Загрязнители, попадающие в воду:

1. Разбавляются

   • При перемешивании водных масс;

   • При движении вод.

2. Переносятся

   • Океаническими и речными течениями;

   • Живыми организмами.

3. Концентрируются

   • В живых организмах;

   • В осадках, взвесях, донных отложениях.

4) Усваиваются и используются в обмене веществ

• Фитопланктоном;

• Водной растительностью;

• Живыми организмами.

Поллютанты могут подвергаться разнообразным превращениям, в результате чего их эффект может ослабевать или усиливаться. Способность к трансформации каждого конкретного вещества зависит от стабильности его соединений в водной среде и от свойств самой водной среды.

К факторам, способным вызвать трансформацию химических веществ относят:

• Температуру воды;

• рН;

• инсоляцию;

• количество растворенного кислорода;

• водную микрофлору.

Процессы трансформации химических веществ в воде приводят:

1. К снижению концентрации загрязнителя вследствие разбавления и переноса.

2. К образованию новых веществ, отличающихся от исходных:

   • По химическому составу и физико-химическим свойствам.

   • По характеру и степени влияния на органолептические свойства воды (вкус, цвет, запах).

   • По способности к аккумуляции в живых организмах и переносу по пищевым цепям.

   • По направлению отдаленных и специфических эффектов воздействия патогенного, мутагенного, канцерогенного характера.

К примеру, трансформация приводит к образованию менее токсичных продуктов. Есть исключения, например, при хлорировании воды может образоваться ряд токсичных хлорорганических соединений — хлороформ.

Стабильность того или иного вещества в водной среде определяет возможности водоема к самоочищению.

В водной среде особенно велика роль гидробионтов в самоочищении. Это особенно заметно при загрязнении стоками с большим количеством органики. В процессах переработки таких стоков принимают участие почти все группы водных организмов, но основную работу выполняют микробы.

Скорость распада органики — минерализация зависит от температуры воды, содержания кислорода, условий перемешивания воды и концентрации органических веществ.

В процессах самоочищения энергично участвуют простейшие беспозвоночные, которые:

1. Окисляют большое количество органического вещества.

2. Потребляют бактерии, водоросли, органические взвеси, тем самым обеззараживают воду.

3. Отфильтровывают взвешенные частицы.

4. Переводят взвеси и растительные соединения в донные отложения.

Пример: в Волгоградском водохранилище двустворчатые моллюски изымают из воды до 44 млн.т. взвешенных частиц, используя и усваивая при этом 2 млн.т., остальное переводят в грунт.

Активно участвуют в процессах самоочищения водоросли и высшие растения, осуществляя процессы фотосинтеза, они выделяют большое количество кислорода и способствуют ускорению процесса минерализации. Многие сине-зеленые и зеленые водоросли усваивают растворенные органические вещества, заросли высшей водной растительности очищают воду от биогенных соединений и взвесей. Кроме того, они способны аккумулировать нефтяную пленку, выделяемые растениями и водорослями бактерицидные вещества, подавляют развитие патогенных микроорганизмов в воде. Большая группа микроорганизмов разрушает нефть и продукты ее переработки до углекислого газа и воды, причем такое биологическое окисление превышает химическое в 5-10 раз. Микроорганизмы, разрушающие нефть, присутствуют как в воде, так и в осадках пресных и морских водоемов.