Отличие большого и малого круговорота веществ

Почва – важнейший компонент  всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом, через почвенный  покров Земли идут многочисленные экологические  связи всех живущих на земле и  в земле организмов (в том числе  и человека) с литосферой, гидросферой  и атмосферой. Почвой  называют

слой вещества, лежащий  поверх горных пород  земной  коры.  В  состав почвы  входят  четыре  важных  структурных  компонента:  минеральная основа (обычно 50-60% общего состава почвы),  органическое  вещество (до 10%), воздух (15-20%) и вода (25-35%).

Почвенные животные по их размерам обычно подразделяются на 5 групп: нано-, микро-, мезо-, макрофауну и мегафауну. В  группу нанофауны объединяют самые  мелкие животные организмы, размер которых  менее 0,16 мм. Это одноклеточные простейшие, живущие в воде, заполняющей почвенные  поры. Микрофауна представлена мельчайшими  многоклеточными организмами, преимущественно  также живущими в почвенной воде (ногохвостки, клещи, нематоды, тихоходки, коловратки). Их размер от 0,16 до 1,28 мм. Мезофауна самая многочисленная часть почвенных животных. Их размер от 1,28 до 10,2 мм. Мезофауна представлена мокрицами, энхитреидами, насекомыми, многоножками, пауками, моллюсками и др. Несколько менее разнообразен состав макрофауны (размер животных от 10,2 до 81,6 мм). В этой группе наиболее распространены крупные личинки насекомых и дождевые черви. К мегафауне (размер более 81,6 мм) относят роющих позвоночных животных (змеи, ящерицы, кроты, слепыши, слепушонки, цокоры, мыши и проч). Почвенные животные заселяют, в основном, верхние (глубиной до 20–40 см) горизонты почвы, в сухих местностях лишь отдельные виды проникают на глубину нескольких метров.

Чем меньше размеры организмов, тем  больше их содержится в почве. Простейшие содержатся в количестве более миллиона экземпляров в 1 г почвы. Насекомые  и их личинки исчисляются тысячами экземпляров на 1 м², ногохвостки и клещи – десятками тысяч, нематоды – миллионами. Число позвоночных в некоторых почвах достигает нескольких тысяч на 1 га.

Какие же группы животных определяют суммарную почвенную зоомасссу? Самые мелкие почвенные животные – простейшие, у них, несмотря на их многочисленность, небольшая зоомасса. Представители мегафауны составляют менее 1% суммарной зоомассы в силу своей малочисленности. В основном, почвенная зоомасса определяется почвенной  мезо- и макрофауной, т.е. беспозвоночными: членистоногими, нематодами, дождевыми  червями и др.

Почвенная фауна – важный фактор почвообразования, влияющий на все  свойства почвы, включая ее плодородие. Деятельность почвенной фауны ускоряет гумификацию и минерализацию  растительных остатков, изменяет солевой  режим и реакцию почвы, повышает её пористость, водо- и воздухопроницаемость. Огромное значение для почвообразования имеет деятельность роющих почвенных  животных, которая способствует углублению гумусового горизонта и перемешиванию  слоев почвы, а также создаёт  водопрочную зернистую структуру  почвы.В почвах тайги, лиственных лесов  и лесостепи умеренного пояса  главными роющими почвенными животными  являются земляные (дождевые) черви. Они  содержатся в почве в огромных количества – от многих тысяч до миллиона особей на 1 га и составляют 90% и более всей зоомассы этих лесов. Установлено, что черви на протяжении одного года могут переработать до 50–380 т почвы на 1 га. Пронизывая почву  ходами, глубина которых достигает 8 м, земляные черви рыхлят ее, способствуя  этим лучшей аэрации и увлажнению почвы на глубине. Они перемешивают почвенные слои, ускоряют разложение растительных остатков, создают мелкокомковатую  структуру почвы и, таким образом, повышают ее плодородие. В течение  нескольких лет почвенная масса  полностью проходит через организмы  червей.

В почвах пустынь и сухих степей наибольшую роль в перерывании и  перемешивании почвы играют муравьи  и термиты. В степных почвах такую  работу производят и грызуны-землерои (суслики, сурки, слепушонки, слепыши, мыши, полевки, тушканчики).

Деятельность термитов приобретает  особенно большой размах в тропиках, где колонии этих животных строят сооружения высотой до 3 м и выше, с диаметром основания в несколько  метров. Ежегодно термиты выносят  на поверхность до 10 ц/га почвенной  массы.

Почвенные микроорганизмы разнообразны по составу и биологической деятельности. Это бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли и простейшие. Суммарная  масса микроорганизмов только в  поверхностном горизонте достигает  нескольких тонн на гектар. Численность  микроорганизмов измеряется сотнями  тысяч и миллионами в 1 г почвы. В целом, для планеты масса  почвенных микроорганизмов составляет 0,01–0,1% от всей биомассы суши.

Бактерии – это одноклеточные  организмы размерами в несколько  сот мкм (1 мкм = 0,001 мм). Роль бактерий разнообразна. Одна из функций бактерий – усвоение ими легкоподвижных соединений, что способствует закреплению этих соединений в почве. Особенно следует  отметить способность некоторых  групп бактерий поглощать из воздуха  питательные вещества (например азот).

Еще одна не менее важная роль бактерий – разложение колоссального количества мертвого органического вещества, поступающего в почву, и освобождение химических элементов, прочно связанных в составе  органических остатков. В результате деятельности бактерий эти химические элементы снова становятся доступными для усвоения их растениями.

Содержание бактерий в почве  неравномерно: в самом верхнем  горизонте содержится наибольшее их количество, ниже содержание бактерий резко уменьшается. Численность  бактерий резко возрастает в непосредственной близости к корням высших растений. Эти своеобразные бактериальные  чехлы вокруг корней называются ризосферой. Бактерии ризосферы играют важную роль в питании высших растений.

Среди почвенных микроорганизмов  важны грибы. Большая часть грибов состоит из ветвящихся нитей (гиф), образующих тело гриба (мицелий). Содержание грибов в почве измеряется десятками  тысяч в 1 г почвы. Наиболее распространены плесневые грибы, а в лесных почвах – гриб мукор. Грибы разрушают  различные органические вещества, повышают почвенную кислотность. Мицелий  грибов часто развивается на корнях и даже в клетках высших растений. Подобный симбиоз высших растений с  грибами называется микоризой. Микориза выполняет функции всасывающего аппарата корневой системы, обеспечивая  растения водой и пищей. Т.к. грибы  усваивают питательные вещества непосредственно из органических соединений, микориза обеспечивает развитие растений в почвах, богатых слаборазложившимися  растительными остатками.

Водоросли являются существенным биологическим  компонентом почвы, количество их достигает  многих сотен тысяч в 1 г почвенной  массы. В почве содержатся сине-зеленые, желто-зеленые и диатомовые водоросли. Водоросли развиваются на поверхности почвы, причем наибольшее их количество наблюдается во влажные сезоны.

Помимо растительных микроорганизмов  в почве широко распространены простейшие животные микроорганизмы. Это преимущественно  корненожки, жгутиковые и реснитчатые  инфузории. Их роль в почвообразовании еще не достаточно выяснена.

В почве есть и некоторые болезнетворные микробы, водные микроорганизмы и др., которые случайно попадают в почву (при разложении трупов, из желудочно-кишечного  тракта животных и человека, с поливной водой или другими путями) и, как  правило, быстро в ней погибают. Однако некоторые из них сохраняются  в почве длительное время (например, сибиреязвенные бациллы, возбудители  столбняка) и могут быть источником инфекции для человека, животных и  растений.

По общей массе почвенные  микроорганизмы составляют большую  часть микроорганизмов нашей  планеты: в 1 г чернозема содержится до 10 млрд. особей (иногда и более), что  составляет до 10 т/га живых микроорганизмов.

Изменение числа почвенных микроорганизмов  зависит от времени года: весной и осенью их больше, зимой и летом  меньше. Верхние слои почвы богаче почвенными микроорганизмами, чем нижележащие, особенно много их в прикорневой  зоне растений – ризосфере.

В целом почвенные микроорганизмы выполняют важную роль в очистке  биосферы от загрязнений (разложением  пестицидов, окислением угарного газа и т. д.). Особенности почв разных типов и различия в их плодородии во многом определяются спецификой почвенных  микроорганизмов и микробиологических процессов в почве. Некоторые  виды почвенных микроорганизмов  используются в микробиологическом синтезе антибиотиков, витаминов, ферментов  (например, большинство антибиотиков получают при культивировании почвенных  актиномицетов).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отличие большого и малого круговорота веществ

 

Все вещества на нашей планете находятся  в процессе круговорота. Солнечная  энергия вызывает на Земле два  круговорота веществ:

• Большой (геологический или абиотический);
• Малый (биотический, биогенный или биологический).

Круговороты веществ и потоки космической  энергии создают устойчивость биосферы. Круговорот твердого вещества и воды, происходящий в результате действия абиотических факторов (неживой природы), называют большим геологическим  круговоротом. При большом геологическом  круговороте (протекает миллионы лет) горные породы разрушаются, выветриваются, вещества растворяются и попадают в  Мировой океан; протекают геотектонические изменения, опускание материков, поднятие морского дна. Время круговорота  воды в ледниках 8 000 лет, в реках - 11 дней. Именно большой круговорот поставляет живым организмам элементы питания  и во многом определяет условия их существования.

Большой, геологический круговорот в биосфере характеризуется двумя  важными моментами:

а) осуществляется на протяжении всего  геологического развития Земли;

б) представляет собой современный  планетарный процесс, принимающий  ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

Геологический круговорот наиболее четко  проявляется в круговороте воды и циркуляции воздушной массы  в атмосфере. Круговорот воды  играет главную роль в связывании геологического и биотического круговорота. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния  в другое, совершает малый и  большой круговороты. Испарение  воды с поверхности океана, конденсация  водяного пара в атмосфере и выпадение  осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной  пар переносится воздушными течениями  на сушу, круговорот становится значительно  сложнее. В этом случае часть осадков  испаряется и поступает обратно  в атмосферу, другая - питает реки и  водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным  стоком, завершая тем самым большой  круговорот. Важное свойство круговорота  воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает  воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные  воды и атмосферную влагу. Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани  растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые  для жизнедеятельности самих  растений.  Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс. Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

 

Малый, биогенный или биологический  круговорот веществ происходит в  твердой, жидкой и газообразных фазах  при участии живых организмов. Биологический круговорот в противоположность  геологическому требует меньших  затрат энергии. Малый круговорот является частью большого, происходит на уровне биогеоценозов (внутри экосистем) и  заключается в том, что питательные  вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются  на построение тела. Продукты распада органического вещества разлагаются до минеральных компонентов. Малый круговорот незамкнут, что связано с поступлением веществ и энергии в экосистему извне и с выходом части их в биосферный круговорот.

Суть биологического круговорота  заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - созидания  органического вещества и его  разрушения живым веществом.

В отличие от большого круговорота  малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние  и вековые малые круговороты. Круговорот химических веществ из неорганической среды через растительность и  животных обратно в неорганическую среду с использованием солнечной  энергии химических реакций называется биогеохимическим циклом.

Биологический круговорот происходит при участии живых организмов и заключается в воспроизводстве  органического вещества из неорганического  и разложении этого органического  до неорганического посредством  пищевой трофической цепи. Интенсивность  продукционных и деструкционных процессов в биологическом круговороте  зависит от количества тепла и  влаги. Например, низкая скорость разложения органического вещества полярных районов  зависит от дефицита тепла.

В большом и малом круговоротах участвует множество химических элементов и их соединений, но важнейшими из них являются те, которые определяют современный этап развития биосферы, связанный с хозяйственной деятельностью  человека. К ним относятся круговороты  углерода, серы и азота (их оксиды - главнейшие загрязнители атмосферы), а также  фосфора (фосфаты -главный загрязнитель материковых вод). Практически все  загрязняющие вещества выступают как  вредные, и их относят к группе ксенобиотиков. В настоящее время  большое значение имеют круговороты  ксенобиотиков - токсичных элементов - ртути (загрязнитель пищевых продуктов) и свинца (компонент бензина). Кроме  того, из большого круговорота в  малый поступают многие вещества антропогенного происхождения (ДДТ, пестициды, радионуклиды и др.), которые причиняют  вред биоте и здоровью человека.

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

 

1. Булыгин Н.Е., Ярмишко В. Т. Дендрология. – М.: МГУЛ, 2003.

 

2. Любавская А. Я. Практикум по дендрологии. – М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2006.

 

3. Громадин А. В. Дендрология. – М.: «Академия», 2007

 

4. Мильков Ф.Н. Природные зоны СССР / Ф.Н. Мильков. - М. : Мысль, 1977