Круговорот азота.

Несмотря на большое содержание азота в атмосфе­ре (78%), его количество в доступной для растений форме, в виде соедине­ний с водородом и кислородом (глав­ным образом, нитратов и нитритов) в природе довольно ограниченно (рис. 20.5). Аммиак и ионы аммония образуются, в основном, в результате жизнедеятельности бактерий, назы­ваемых азотофиксаторами. К ним относятся клубеньковые бактерии, живущие в симбиозе с некоторыми высшими растениями, например с бобовыми, и свободноживущие азотофиксирующие бактерии (азотобак­тер и др.), а также сине-зеленые водо­росли (цианобактерии). Кроме того, азот в доступной для растений форме образуется при разложении отмер­ших организмов особой группой бак­терий — аммонификаторов. Образу­ющийся при этом аммиак в результате деятельности бактерий — нитрификаторов — преобразуется в нитри­ты (NO₂^-), а затем — в нитраты (NO₃^-). Часть атмосферного азота превращается в нитраты под воздействием атмосферного электричества во время грозовых разрядов и при фотохимических реакциях в атмосфере. Возвращение азота в атмосферу происходит в результате деятельности почвенных бактерий — денитрификаторов, восстанавливающих ни­траты до свободного азота. В природный круговорот азота в настоящее время включены получаемые промышленным способом аммиак, нитриты и нитраты, которые в виде удобрений ши­роко применяются в сельском хозяйстве, а также в бытовой химии.

Круговорот фосфора.

В кругово­роте фосфора отсутствует газообразная фаза, так как его соединения не летучи. Круговорот фосфора со­вершается в почвенно-наземном слое (рис. 20.6). В почвах, особенно щелочных и хорошо аэрированных, большая часть фосфора находится в виде нерастворимых соединений с кальцием и железом. Растения же усваивают его из водных растворов в виде неорганических фосфат-ионов (РО₄^-3) преимущественно в кислой, бедной кислородом среде. Поэтому фосфора в доступной для растений растворимой форме в почвах почти всегда не хватает. Ассимилированный растениями фосфор распространяется по всем консументам экосистемы и возвращается в почву с их экскрементами или в процессе раз­ложения редуцентами отмершей ор­ганической массы. Часть фосфора выносится поверхностными и грун­товыми водами в водные бассейны. Здесь совершается второй круг циркуляции фосфорных соединений сре­ди водных сообществ, в процессе которого, часть фосфора уходит в состав донных отложений. Верти­кальными подводными течениями они могут выноситься на поверхность и вновь вступать в круговорот. Большая же часть фосфора все же остается на дне. Поэтому его количество в круговороте веществ постоян­но убывает. Пополнение фосфора происходит за счет выветривания горных пород, а также при поднятии участков морского дна на поверх­ность во время геологических процессов. Дефицит фосфора в почве в значительной мере восполняется человеком путем внесения минеральных удобрений, которые являются, в основном, продуктами переработки морских осадочных пород.

Воздействие человека на биосферу

Антропогенные воздействия как фактор нарушения устойчивости экосистем

На ранних этапах развития человечества, взаимоотношения популяций людей с окружающей средой были такими же, как и у других всеядных консументов. Человек испытывал мощное давление факторов есте­ственного отбора и не оказывал негативного влияния на равновесие природных экосистем. Используя лишь ресурсы дикой природы, люди могли поддерживать свое существование при плотности населения, соответст­вующей емкости естественных экоси­стем. Развитие цивилизации и научно-техническая революция радикаль­ным образом изменили отношения человека с природой. Благодаря техническому прогрессу, человек прео­долел свою прямую зависимость от ес­тественных экологических связей и сам стал важнейшим антропогенным экологическим фактором, сознатель­но изменяющим окружающую среду.

Масштабы воздействия человека на природу приняли глобальный характер и по ряду параметров уже сопо­ставимы с изменениями, возникаю­щими в ходе биосферных процессов. Ежегодно из недр Земли извлекается более 100 млрд т разных горных по­род, сжигается около 1 млрд т услов­ного топлива, выбрасывается в атмо­сферу примерно 20 млрд т СО₂. В настоящее время, наряду с положительными для человека резуль­татами преобразования природы, все большее значение приобретают отрицательные экологические послед­ствия научно-технического прогресса. Они усугубляются неконтроли­руемым ростом численности населе­ния Земли, которая уже превысила 6 млрд человек и продолжает уве­личиваться на 90 млн в год. Осо­бую угрозу благополучию биосферы представляет постоянное усиление антропогенных воздействий, при­водящих к снижению устойчивости экологических систем.

Наиболее мощным фактором дестабилизации экосистем служит дея­тельность человека, связанная с по­лучением и использованием энергии. В качестве основных источников энергии человек использует камен­ный уголь, нефть и продукты ее пере­работки, относящиеся к одним из са­мых «грязных» в экологическом от­ношении энергоносителей. Это при­водит к интенсивному загрязнению окружающей среды, нарушает опти­мальный режим функционирования экосистем и снижает их устойчивость.

Негативные воздействия челове­ка на окружающую среду и устойчивость экосистем обусловлены также возрастанием масштабов про­мышленного производства. Притом большинство применяемых в настоящее время производственных технологических циклов являются незамкнутыми. Несовершенство со­временных технологий приводит к тому, что значительная часть отхо­дов производства выводится в окру­жающую среду в таких количествах, которые естественные экологиче­ские системы не в состоянии перера­ботать. Кроме того, промышлен­ность производит многие материалы и вещества, например пластмассы, детергенты, пестициды, которые чрезвычайно медленно утилизиру­ются естественными экосистемами. Вследствие этого нарушается зам­кнутый круговорот веществ в экоси­стемах — одно из основных условий их устойчивости. Большой ущерб устойчивому состоянию биосферы наносит человек, заменяя стабиль­ные, коренные, природные экоси­стемы, отличающиеся большим ви­довым разнообразием, вторичными, упрощенными по структуре, однооб­разными по видовому составу, весь­ма неустойчивыми антропоэкосистемами.

Одна из основных причин создав­шегося к настоящему времени эко­логического неблагополучия коренится в том, что человек в течение всей своей истории воздействовал на природу, руководствуясь лишь целью максимального удовлетворе­ния своих постоянно растущих по­требностей, без всеобъемлющего учета возможных негативных эколо­гических последствий. В на­стоящее время проводится ряд мер по охране природы, их объем еще далеко не достаточен.