Биологический и геологический круговороты веществ

РЕФЕРАТ

 

Курсовая работа состоит из 38 листов. Работа включает в себя введение, три  главы, заключение библиографический  список и 4 приложения. В тексте работы использованы 2 рисунка и 6 таблиц.

Ключевые слова: КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ, БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ, ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ, КРУГОВОРОТ АЗОТА, КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА, КРУГОВОРОТ ФОСФОРА, КРУГОВОРОТ СЕРЫ, КРУГОВОРОТ ВОДЫ, СТАБИЛЬНОСТЬ БИОСФЕРЫ, ИЗМЕРЕНИЕ ФИТОМАССЫ, ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ БАЛАНС.

Актуальность: Для более глубокого понимания законов, управляющих процессами в биосфере, необходимо знать не только количественные и качественные показатели, характеризующие процессы создания живого вещества, но и пути его трансформации, превращения вещества и энергии в экосистемах, процессы обмена, как между компонентами, так и экосистемами в целом. Изучение этапов биологического и геологического круговорота позволяет ответить на эти вопросы.

Цель исследования: изучение этапов биологического и экологического круговорота.

Задачи исследования:

1. Произвести обзор литературы  по теме исследования;

2. Рассмотреть методику исследования  биологического круговорота веществ;

3. Проанализировать ососбенности  биологического круговорота веществ.

Методы исследования: работа с литературой, анализ и синтез, индукция и дедукция, эксперимент, биологические и статистические методы.

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ....................6

1.1 Понятие о биогеохимических циклах.........................................................6

1.2. Геологический (большой) и биологический (малый) круговороты веществ.....................................................................................................................7

1.2.1. Круговорот углерода...........................................................................10

1.2.2. Круговорот азота.................................................................................11

1.2.3. Круговорот воды................................................................................13

1.2.4. Круговорот фосфора...........................................................................14

1.2.5. Круговорот серы..................................................................................15

1.3. Стабильность биосферы............................................................................16

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................21

2.1. Методика учёта динамики фитомассы.....................................................21

2.2. Методика построения баланса биологического круговорота................26

2.3. Количественная оценка биохимических циклов.....................................27

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ...................................................31

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.....................................................................................................37

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..................................................................38

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Учение о биологическом круговороте  элементов развивается на стыке  нескольких дисциплин и неразрывно связано с почвоведением. Основы этого учения заложены в трудах Н.П.Ремезова, В.В.Вернадского, Б.Б.Полынова, В.В.Сукачева и других. Под биологическим круговоротом понимается совокупность следующих взаимосвязанных явлений: биохимический синтез и закрепление химических элементов в органическом веществе растений, превращение химических соединений в цепях питания микроорганизмов и животных, возврат элементов в атмосферу и почву в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах разложения органических остатков, новообразование почвенного органического вещества и его распад.

В последние годы концепция биологического круговорота как сложного полициклического процесса приобрела особую значимость. Это объясняется тем, что многие проблемы охраны окружающей среды, рационального использования агросистем, так или иначе, оказываются связанными с необходимостью изучения циклов важнейших биофильных элементов. Таким образом, динамика органического вещества наземных растительных сообществ, биологический круговорот зольных элементов и азота и поток энергии - важнейшие вопросы проблемы взаимоотношений между растительностью и почвой. Создание живого вещества (биологическая продуктивность) - важнейшая функция биосферы и составляющих ее экосистем. Количество органического вещества, создаваемое продуцентами на единицу площади за единицу времени является фундаментальной характеристикой экосистемы. Для более глубокого понимания законов, управляющих процессами в биосфере, необходимо знать не только количественные и качественные показатели, характеризующие процессы создания живого вещества, но и пути его трансформации, превращения вещества и энергии в экосистемах, процессы обмена, как между компонентами, так и экосистемами в целом.

Понять законы, управляющие биосферой, возможно лишь с помощью количественной и качественной оценки массы органического  вещества, синтезируемого в биосфере. Без представления о величине биомассы и круговороте веществ в экосистеме невозможна классификация биогеоценотического покрова. Эти показатели помогают решить проблему устойчивости природных, природно-антропогенных и антропогенных экосистем и их адаптации к условиям существования.

Интенсивное антропогенное использование  естественных экосистем, многообразие необратимых губительных последствий  этих преобразований вызывает необходимость  иметь представление о естественном ходе круговорота веществ, протекающих в экосистемах для более достоверного прогнозирования последствий антропогенных воздействий.

Необходимость представления о  величине биомассы продукции, круговорота  веществ в экосистемах для  познания процессов, проходящих в биосфере и научного обоснования охраны и рационального использования ее ресурсов является, таким образом, общепринятым положением.

Цель исследования: изучение этапов биологического и экологического круговорота.

Задачи исследования:

1. Произвести обзор литературы  по теме исследования;

2. Рассмотреть методику исследования  биологического круговорота веществ;

3. Проанализировать ососбенности  биологического круговорота веществ.

Методы исследования: работа с литературой, анализ и синтез, индукция и дедукция, эксперимент, биологические и статистические методы.

 

 

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Понятие  о биогеохимических циклах

 

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся  в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, биологический (биотический), развивающийся на основе большого и состоящий в непрерывном, циклическом, но неравномерном во времени и пространстве, и сопровождающийся более или менее значительными потерями закономерного перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного уровня организации [15, c. 112].

Оба круговорота взаимно связаны  и представляют как бы единый процесс. Подсчитано, что весь кислород, содержащийся в атмосфере, оборачивается через организмы (связывается при дыхании и высвобождается при фотосинтезе) за 2000 лет, углекислота атмосферы совершает круговорот в обратном направлении за 300 лет, а все воды на Земле разлагаются и воссоздаются путем фотосинтеза и дыхания за 2 000 000 лет.

Взаимодействие абиотических факторов и живых организмов экосистемы сопровождается непрерывным круговоротом вещества между биотопом и биоценозом в  виде чередующихся то органических, то минеральных соединений. Обмен химических элементов между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы, называют биогеохимическим круговоротом, или биогеохимическим циклом [15, c. 112].

Существование подобных круговоротов создает возможность для саморегуляции (гомеостаза) системы, что придает экосистеме устойчивость: удивительное постоянство процентного содержания различных элементов. Здесь действует принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов. Рассмотрим более подробно основные биохимические круговороты.

1.2. Геологический  (большой) и биологический (малый) круговороты веществ

 

Геологический кругооборот (большой) веществ имеет наибольшую скорость в горизонтальном направлении между сушей и морем. Смысл большого кругооборота в том, что горные породы подвергаются разрушению, выветриванию, а продукты выветривания, в том числе растворимые в воде питательные вещества, сносятся потоками воды в Мировой океан с образованием морских напластований и возвращаются на сушу лишь частично, например, с осадками или с извлеченными человеком из воды организмами. Далее в течение длительного временного отрезка протекают медленные геотектонические изменения – движение материков, поднятие и опускание морского дна, вулканические извержения и т.д., в результате которых образовавшиеся напластования возвращаются на сушу и процесс начинается вновь.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. –  Геологический (большой) круговорот веществ [14, c. 78].

 

Малый кругооборот (биологический), являясь частью большого, происходит на уровне биогеоценоза. Он состоит в том, что питательные вещества почвы, вода, CO2  и другие вещества из атмосферы за счет фотосинтеза аккумулируются в веществе продуцентов (растений и некоторых бактерий), расходуются на построение тел и жизненные (обменные) процессы продуцентов и консументов. Затем в основном за счет редуцентов органические вещества разлагаются и частью минерализуются, вновь становятся доступными растениям и снова ими вовлекаются в поток вещества (кругооборот).

Рисунок 2. –  Биологический (малый) круговорот веществ [14, c. 80].

 

Скорость перемещения веществ  при  биологическом кругообороте значительно выше, чем при геологическом. Кругооборот (перемещение) химических веществ из неорганической среды  через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии с протеканием биохимических превращений (реакций) носит название биогеохимического цикла. Годичные биогеохимические циклы приводят в движение примерно 480 млрд т веществ, в основном биофильных элементов – углерода, азота, водорода, кислорода и др.

В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты  можно разделить на два типа:

1. Круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота);

2. круговороты осадочного типа  с резервным фондом в земной  коре (круговороты фосфора, кальция,  железа и д.р.).

Круговороты газового типа совершенны, т.к. обладают большим обменным фондом, а значит способы к быстрой саморегуляции. Круговороты осадочного типа менее совершенны, они более инертны, т.к. основная масса вещества содержится в резервном фонде земной коре в «недоступном» живым организмам виде. Такие круговороты легко нарушаются от различного рода воздействий, и часть обмениваемого материала выходит из круговорота. Возвратиться опять круговорот она может лишь в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом. Однако извлечь нужные живым организмам вещества из земной коры гораздо сложнее, чем из атмосферы.

Интенсивность биологического круговорота  в первую очередь определяется температурой окружающей среды и количеством  воды. Так, например, биологический  круговорот интенсивнее протекает  во влажных тропических лесах, чем  в тундре. Кроме того, в тундре биологические процессы протекают только в теплое время года [14, c. 83].

Продуценты, консументы, детритофаги  и редуценты экосистемы, поглощая и выделяя различные вещества, взаимодействуют между собой  четко и согласованно. Органические вещества и кислород, образуемые фотосинтезирующими растениями, - важнейшие продукты питания и дыхания консументов. В то же время выделяемые консументами диоксид углерода и минеральные вещества навоза и мочи являются биогенами, столь необходимыми продуцентами. Поэтому вещества в экосистемах совершают практически полный круговорот, попадая сначала в живые организмы, затем в абиотическую среду и вновь возвращаясь в живое. Вот один из основных принципов функционирования экосистем: получение ресурсов и переработка отходов происходят в процессе круговорота всех элементов.

 

1.2.1. Круговорот углерода

 

Углерод существует в природе во многих формах, в том числе в  составе органических соединений. Неорганическое вещество, лежащее в основе биогенного круговорота этого элемента, - диоксид углерода (СО₂). В природе СО₂ входит в состав атмосферы, а также находится в растворенном состоянии в гидросфере. Включение углерода в состав органических веществ происходит в процессе фотосинтеза, в результате которого на основе СО₂ и Н₂О образуются сахара. В дальнейшем другие процессы биосинтеза преобразуют эти углероды в более сложные, а также в протеиды, липиды. Все эти соединения не только формируют ткани фотосинтезирующих организмов, но и служат источником органических веществ для животных и незеленных растений (Приложение А).