- •1. Цель курса.
- •2. История экологии.
- •3. Современные экологические проблемы, роль экологии в их решении.
- •4. Структура экологии.
- •5. Значение экологии.
- •1. Международная биологическая программа (1964-1974) (мбп).
- •2. Программа «Человек и биосфера» (маб).
- •1. Основные определения.
- •2. «Закон» минимума Либиха.
- •3. «Закон» толерантности Шелфорда.
- •4. Обобщенная концепция лимитирующих факторов.
- •1. Диапазон активности организмов в зависимости от температурных условий.
- •2. Периодичность температурного фактора.
- •3. Зональность распределения организмов.
- •1. Солнечный свет и его составляющие.
- •2. Световой режим в различных географических зонах.
- •3. Экологические характеристики света.
- •1. Общая характеристика гидросферы.
- •2.Потеря воды и пополнение её запасов организмами.
- •3. Классификация организмов в зависимости от их потребности в воде.
- •1. Состав воздуха и его значение в жизни организмов.
- •2. Радиоактивность и ионизация в атмосфере.
- •3. Почвенный покров Земли.
- •4. Физические свойства почвы и их экологическое значение.
- •1. Термодинамические законы в экосистеме.
- •2. Энергетические характеристики среды.
- •3. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни.
- •4. Трофическая структура и экологические пирамиды.
- •5. Продуктивность экосистемы.
- •6. Измерение первичной продуктивности.
- •7. Продуктивность экосистемы.
- •1. Понятия местообитания и экологической ниши.
- •2. Экологические эквиваленты.
- •3. Смещение признаков: симпатрия и аллопатрия.
- •1. Естественный отбор: аллопатрическое и симпатрическое видообразование.
- •2. Искусственный отбор. Одомашнивание.
- •1. Определения.
- •2. Внутрипопуляционные процессы.
- •4. Возрастная структура популяций.
- •3. Типы роста популяций.
- •4. Пространственная структура популяций.
- •5. Этологическая структура популяций.
- •1. Разнообразие биологических сообществ.
- •2. Структурные системы классификации.
- •1. Экологические принципы жизни сообщества.
- •2. Открытые и замкнутые сообщества.
- •3. Сукцессии.
- •4. Консортивные связи в биоценозе.
- •5. Модель экологической сукцессии. Тенденции, которых следует ожидать в развитии экосистем.
- •1. Научная деятельность в.И. Вернадского, приведшая к возникновению теории о биосфере.
- •2. Характеристика биосферы по Вернадскому.
- •3. Геологический круговорот веществ. Единство малого и большого круговоротов веществ.
- •1. Понятие о техносфере и антропогенном обмене веществ.
- •2. Понятие «ноосфера».
- •1. Понятие о биогеохимических круговоротах.
- •2. Блочная модель круговорота биогенных элементов.
- •1. Круговорот углерода.
- •2. Круговорот воды.
- •3. Круговорот кислорода.
- •4. Круговорот азота.
- •5. Круговорот фосфора.
- •Глава 1. Экология мегаполиса
- •1.1. Статистика городского населения на 2000 г.
- •1.2. Вступительное слово о проблемах города.
- •1.3. История возникновения города.
- •1.4. Отличия города от деревни.
- •1.6. Стадии урбанизации.
- •1.7. Рост конурбаций или мегаполисов.
- •1.8. Возникновение пригородов.
- •1. 9. Кризис городов.
- •Глава 2. Антропогенное воздействие на биосферу
- •2.1. Основные экологические проблемы современности и пути их решения.
- •2.2.Экологические принципы рационального природопользования.
- •2.5. Экозащитная техника и технологии.
- •2.6. Экологическое управление.
- •2.7.Профессиональная ответственность.
3. Круговорот кислорода.
Вторым по содержанию в атмосфере после азота является кислород (21%). Однако, именно потому, что кислород содержится в наземной среде повсеместно и в больших количествах, экологи уделяют его круговороту меньше внимания, чем круговоротам таких элементов, как С, N, Р и др. Круговорот кислорода относительно прост, но не обладает всеми основными чертами, присущими круговоротам биогенных элементов в экосистеме.
Рис.17.3. Схема круговорота углерода, водорода и кислорода в процессах фотосинтеза и дыхания.
Стрелками показаны пути отдельных атомов. В круговороте кислорода приведены структурные формулы двуокиси углерода и воды (НОН и ОСО соответственно), чтобы яснее показать пути отдельных атомов кислорода.
В атмосфере содержится примерно 1,1 * 1021 г кислорода. Гораздо большее его количество находится в связанном состоянии в молекулах воды, в солях, а также в окислах и других твёрдых породах земной коры, однако, к этому огромному фонду кислорода экосистема не имеет непосредственного доступа. В общей продукции наземных растений содержится примерно 1017 г ассимилированного ими углерода. При фотосинтезе на каждый атом фиксированного углерода высвобождается по два атома кислорода. Поскольку кислород весит в 32/12 = 2,(6) раз больше, чем углерод, то в расчёте «молекула на молекулу» зелёные растения высвобождают ежегодно около 2,7 * 1017 г кислорода. Это количество соответствует примерно 1/4000 содержания кислорода в атмосфере, а поэтому время круговорота (время переноса) кислорода в атмосфере составляет около 4000 лет, если пренебречь обменом кислорода между атмосферой и поверхностными водами.
На самом деле круговорот кислорода несколько сложнее, чем можно было бы считать на основании уравнений, описывающих комплементарные процессы фотосинтеза и дыхания. Вода вступает в сложные биохимические процессы, происходящие при фотосинтезе, и, хотя такое же количество воды, выделяется в процессе дыхания, молекулы воды, проходя через все эти процессы, не остаются совершенно неизменными. Молекула кислорода (О2), образующаяся при фотосинтезе, получает один свой атом от двуокиси углерода, а другой от воды; молекула кислорода, потребляемая при дыхании, отдаёт один свой атом двуокиси углерода, а другой воде.
4. Круговорот азота.
Путь прохождения азота через экосистему отличается от пути углерода в нескольких важных отношениях.
Большинство организмов не могут ассимилировать азот из огромного его фонда (3,85 * 1021 г N2), имеющегося в атмосфере.
Азот не принимает непосредственного участия в высвобождении химической энергии при дыхании; главная его роль сводится к тому, что он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, которые создают структуру биологических систем и регулируют их функционирование.
Биологическое разложение азотсодержащих органических соединений до неорганических форм слагается из нескольких стадий, и некоторые из этих стадий могут осуществляться только специализированными бактериями.
Большая часть биохимических превращений, участвующих в разложении азотсодержащих соединений, происходит в почве, где доступность азота растениям облегчается растворимостью его неорганических соединений.
Содержание азота в живых тканях составляет чуть больше 3% содержания его в активных фондах экосистемы. Остальной азот распределён между детритом и нитратами, содержащимися в почве и океане. Кроме того, относительно небольшие количества азота находятся на промежуточных стадиях разложения белка – в виде аммиака и нитратов. Растения ежегодно ассимилируют 8,6 * 1014 г азота – менее 1% активного фонда; поэтому общее время круговорота азота не превышает 100 лет.
NO3¯ NO2¯ N2O N2
ДЕНИТРИФИКАЦИЯ
ФИКСАЦИЯ N2
НИТРИФИКАЦИЯ
N H4+ NO2- NO3- N2 NO3- NH4OH орг.соед.
АММОНИФИКАЦИЯ
орг.соед. CO(NH2)2 NH3 NH4+
Рис.17.4. Упрощённая схема биологического круговорота азота.
При круговороте азота происходит поэтапный распад органических соединений, в котором участвует много разных организмов и в результате которого азот, в конечном счете, переходит в нитратную форму. Из всех доступных растениям форм, в каких азот содержится в почве, наиболее желательной является аммиак (NН3) или ион аммония (NН4+), потому что их превращение в органические соединения требует минимальных химических перестроек. Аммиак, однако, не может служить источником азота в почве потому, что в высоких концентрациях он токсичен для растительных тканей, и также потому, что не удерживается в почве. Тот аммиак, который избежал вымывания из почвы, подвергается действию специализированных бактерий, извлекающих энергию путём окисления азота аммиака до нитратов (NО3-) и нитритов (NО2-). В подземных экосистемах главные запасы азота представляет азот, входящий в состав органического детрита. В водных экосистемах азот содержится главным образом в виде растворённых нитратов.
Биохимические превращения азотсодержащих соединений чрезвычайно разнообразны, потому что азот может соединяться с другими элементами несколькими различными способами. Наиболее важные процессы в круговороте азота – это распад органических азотсодержащих соединений в результате аммонификации и нитрификации, восстановление нитратов и нитритов до молекулярного азота (N2) в результате денитрификации и его высвобождения в атмосферу, а также процесс биологической ассимиляции атмосферного азота путём его фиксации.