- •Омск – 2003
- •Рекомендации к тестовым заданиям
- •1. Экология
- •2. Определение экологии
- •Понятие биоценоза
- •Видовое разнообразие биоценоза
- •Пространственная структура биоценоза
- •Отношения организмов в биоценозах
- •Трофическая структура биоценоза
- •Понятие о популяции
- •Свойства популяционной группы
- •Рождаемость популяции и смертность
- •Вариант 2
- •1. Предмет и основные задачи экологии
- •2. Экосистемы
- •3. Биогеоценоз
- •4. Биомы. Основные типы сухопутных биомов
- •5. Экологические пирамиды
- •6. Экологические факторы
- •7. Основные экологические факторы. Температура
- •8. Типы экологических взаимодействий
- •9. Развитие и эволюция экосистемы
- •Общие закономерности сукцессии
- •Вариант 3
- •1. Биосфера Земли
- •2. Биосфера как внешний уровень организации живых систем. Совершенный дизайн не может быть продуктом случая
- •3. Границы биосферы
- •4. Неоднородность, мозаичность биосферы
- •Организованность биосферы
- •Компоненты биосферы
- •Живое вещество планеты
- •8. Средообразующая роль живого вещества
- •9. Средообразующая роль живого вещества. Состав атмосферы
- •10. Функции живого вещества в биосфере
- •Вариант 4
- •1. Биологическое разнообразие как основа стабильности биосферы
- •2. Биологическая продуктивность экосистем
- •3. Уровни биологической организации и экология
- •4. Развитие организма как живой целостной системы
- •5. Органические соединения в живом веществе
- •6. Фотосинтез – основной процесс в экосистеме
- •7. Хемосинтез
- •8. Саморегуляция и устойчивость экосистем
- •9. Экологическая ниша
- •10. Биологические ритмы
- •Вариант 5
- •1. Баланс энергии и круговорот вещества в биосфере
- •2. Круговорот воды
- •3. Биогеохимические циклы
- •4. Круговорот углерода
- •Биогеохимический круговорот азота
- •7. Биохимические циклы кислорода
- •Биохимический цикл водорода
- •8. Биохимический цикл серы
- •Биохимический цикл фосфора
- •Мировая суша
- •Земная кора
- •Отличительные признаки ноосферы. Техногенез
-
Биогеохимический круговорот азота
Азот – один из элементов, отделившихся в газовой фазе уже на этапе формирования Земли в процессе ударной дегазации [12, с. 425]. В дальнейшем выделение газообразных соединений азота из недр Земли продолжалось при извержении вулканов, выносе гидротерм и газовых струй. Газообразный молекулярный азот благодаря химической инертности является наиболее устойчивой формой нахождения этого элемента. По этой причине N2 изначально аккумулировался в атмосфере, а не концентрировался в форме растворенных соединений в воде океана, как хлор, или в форме нерастворимых соединений в осадках океана, как углерод в составе карбонатных толщ. В настоящее время годовое поступление газообразных соединений азота из недр Земли в атмосферу 1,0106 т. В океане азот присутствует в виде растворенных ионов, в составе растворенного и дисперсно-взвешенного органического вещества. Масса азота, находящаяся в форме растворенных ионов NH4+, NO2-, NO3-, составляет 685109 т. В гранитном слое земной коры концентрация азота 0,002 %, а общая масса элемента 1651012 т. В осадочной оболочке азот фиксирован в органическом веществе. Масса азота в осадочной оболочке составляет примерно 0,61015 т, т. е. в осадочной оболочке азота больше в три, а в атмосфере - в 23 раза, чем в гранитном слое Земли.
Итак, главным поставщиком азота в биосферу являются недра Земли, основным накопителем – атмосфера, точнее, тропосфера. Состав атмосферного газа непрерывно обновляется благодаря циклическим процессам массообмена, связывающим атмосферу с Мировой сушей, педосферой, океаном и его осадками.
Современная структура глобального цикла массобмена азота весьма сложная и состоит из нескольких взаимосвязанных круговоротов (рис. 32).
Замечательное свойство азота – его сильно выраженная поливалентность. Организмы получают энергию для своей жизнедеятельности, переводя азот из одной формы в другую, изменяя в разных условиях его валентность. Возможно, что не без влияния этого обстоятельства азот является необходимой составной частью белков.
Существуют некоторые виды бактерий, способные активизировать химически неактивный молекулярный азот и связывать его в химические соединения. Этот процесс получил название фиксации азота.
Фиксацию азота осуществляют отдельные специализированные бактерии семейства Azotobacteracea и в определенных условиях – сине-зеленые водоросли. Наиболее продуктивны азотофиксирующие клубеньковые бактерии, образующие симбиозы с бобовыми растениями.
Рис. 32. Принципиальная схема круговорота азота
Масса азота, фиксируемая из воздуха почвенными бактериями, до начала хозяйственной деятельности человека в год составляет от (30-40)∙106 до 200106 т. В настоящее время к этому добавляется искусственная биологическая фиксация, получаемая при помощи бобовых сельскохозяйственных растений (около 20109 т), а также промышленная фиксация азота из воздуха, которая превысила 60106 т.
Первым взаимосвязанным бактериальным процессом, происходящим в почве, является аммонификация – микробиологическая трансформация азота органических соединений (главным образом аминокислот) в ион аммония или аммиак. Процесс разложения органического вещества протекает в аэробных условиях и сопровождается активным образованием СО2. Аммоний подвергается следующему процессу трансформации. В аэробных условиях происходит нитрификация: преобразование аммиака в нитритный ион одними бактериями, а затем в нитратный - другими. В анаэробных условиях развиваются процессы денитрификации, в результате которых нитраты и нитриты восстанавливаются до закиси азота или до газообразного молекулярного азота. Количество закиси азота в несколько раз меньше массы N2, фиксируемой бактериями. В итоге молекулярный азот после разнообразных биохимических превращений вновь возвращается в атмосферу. Круговорот азота, обусловленный его бактериальной фиксацией и дальнейшей трансформацией, тесно связан с другим мощным круговоротом этого элемента. Крупные массы нитратного и аммонийного азота захватываются из педосферы в биологический круговорот, происходящий благодаря деятельности фотосинтезирующих растений и микроорганизмов, разрушающих растительные остатки. Часть азота выводится из биологического круговорота и аккумулируется в мертвом органическом веществе. Этот своеобразный запас азота в лесных подстилках, торфе и почвенном гумусе постоянно поддерживается в педосфере и свидетельствует о некоторой заторможенности биологического круговорота на суше. Существенный вклад в поступление в атмосферу в год оксидов азота вносят лесные пожары, благодаря которым в атмосферу поступает от 10106 до 200106 т азота.
В океане происходят те же процессы трансформации и миграции соединений азота, что и на суше, но соотношение этих процессов иное. Жизненные циклы фотосинтезирующих организмов океана протекают значительно быстрее, чем на суше.
В малых количествах атмосферный азот связывается с кислородом в процессе грозовых разрядов в атмосфере, а затем с дождями выпадает на поверхность почв.
Проанализировав рисунок 32, выделите стадии азотной функции живых организмов…
[1] 1) биологическая азотофиксация; 2) аммонификация; 3) нитрификация; 4) денитрификация;
[2] 1) нитрификация; 2) аммонификация; 3) синтез протеинов; 4) фотохимическое связывание;
[3] 1) фотосинтез; 2) разложение бактериями; 3) азотофиксация; 4) аммонификация;
[4] 1) аммонификация; 2) нитрификация; 3) денитрификация; 4) электрохимическое связывание.