Тема №1 Схеми кругообігу поживних речовин. Методики визначення у воді розчиненого кисню, амонійного азоту, азоту нітриту І нітратів



Сторінка1/3
Дата конвертації11.04.2017
Розмір0.54 Mb.
  1   2   3
ТЕМА №1

Схеми кругообігу поживних речовин. Методики визначення у воді розчиненого кисню, амонійного азоту, азоту нітриту і нітратів.

1. Учбова мета.

1.1. Закріпити і доповнити знання студентів про роль кругообігу речовин в природі.

1.2. Засвоїти роль і значення процесу самоочищення водойм.

1.3. Опанувати методики визначення у воді розчиненого кисню і азотовмісних з'єднань.



2.Початкові знання і уміння.

2.1.Знати:

2.1.1. Поняття про кругообіг речовин.

2.1.2. Значення кругообігу речовин в життєдіяльності людини.

2.1.3. Вплив на здоров'ї людини аміаку, азоту нітриту і азоту нітратів.

2.2. Вміти:

2.2.1. Визначати у воді наявність і концентрацію розчиненого кисню, аміаку, азоту нітриту і азоту нітратів.

2.2.2. Аналізувати результати показників самоочищення водойм.



3. Питання для самопідготовки.

3.1. Поняття про гетеротрофи і автотрофи.

3.2. Поняття, види, роль кругообігу речовин.

3.3. Кругообіг вуглецю. Його значення.

3.4. Кругообіг кисню. Його значення.

3.5. Кругообіг азоту. Його значення.

3.6. Кругообіг фосфору. Його значення.

3.7. Кругообіг водню. Його значення.

3.8. Кругообіг сірки. Його значення.

3.9. Кругообіг калію. Його значення.

3.10. Кругообіг кальцію. Його значення.

3.11. Кругообіг йоду. Його значення.

3.12. Кругообіг селену. Його значення.

3.13. Кругообіг фтору. Його значення.

3.14. Загальна схема кругообігу важких металів.

3.15. Кругообіг свинцю. Його значення.

3.16. Кругообіг ртуті. Його значення.

3.17. Кругообіг кадмію. Його значення.

3.18. Кругообіг води.

3.19. Процес самоочищення води.

3.20. Значення розчиненого кисню у воді, аміаку, азоту нітриту і азоту нітратів.

3.21. Методика визначення концентрації розчиненого кисню у воді.

3.22. Методика визначення аміаку у воді.

3.23. Методика визначення азоту нітриту у воді.

3.24. Методика визначення азоту нітратів у воді.

4. Завдання для самопідготовки

4.1. Дайте оцінку якості процесів самоочищення річки, якщо при взятті проби води, були отримані наступні результати: концентрація розчиненого кисню - 4мг/л; кількість колоній бактерій в 1мл води - 15, переважають сіркозалізобактерії.



5. Структура та зміст заняття

Заняття лабораторне. Після організаційної частини проводиться контроль знань студентів шляхом опитування або письмової роботи з вище приведених питань.

Самостійна робота студентів включає: визначення наявності і концентрації розчиненого у воді кисню, аміаку, нітриту і нітратів. Результати вимірів заносять у протокол, порівнюють з приведеними в додатках гігієнічними нормативами, формулюють висновок про показники самоочищення водойми.

6. Література:

6.1. Основна:

6.1.1. Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй Р. С. Основи загальної екології. Підручник. - До.: Либідь, 1993.-304с.

6.1.2. Білявський Г. О., Падун М. М., Фурдуй Р. С. Основи загальної екології. Підручник. - До.: Либідь, 2004.-408с.

6.1.3. Білявський Г. О., Фурдуй Р. С. Практикум із загальної екології. До.: Либідь, 1997.-304с.

6.1.4. Джигирей В. С., Сторожук В. М., Яцюк Р. А. Основи екології та охорони навколишнього середовища. - Львів: Афіша, 2000. - 210 с.

6.1.5. Джигирей В. С. Екологія та охорона навколишнього середовища. До.:Знання, 2000. - 203 с.

6.1.6. Чайка В. Є. Екологія.-Вінниця: « Книга - Вега», 2002. - 408 с.

64.1.7. Основи екології та охорона навколишнього середовища: Навчальний посібник для вузів / Я.І. Бедрій, В. С. Джигирей, А.І. Сидисюк та ін. - Львів, 2000. - 238 с.

6.1.8. Нейко Є.М., Глушко Л.В., Мізюк М. І. Основи екології. Київ: Здоров'я, - 2006.

6.1.9. Нейко Є.М., Глушко Л.В., Мізюк М. І. Основи екології. Посібник для практичних зайняти. До.: Здоров'я, - 2006.

6.1.10. Лекція.

6.2. Додаткова:

6.2.1. Загальна гігієна. Пропедевтика гігієни. /Є.Г. Гончарук, Ю.І.Кундієв, В. Г. Бардів та ін./ За ред. Є.Г. Гончарука. - До., Вища школа, 1995. - 552 с.

6.2.2. Загальна гігієна. Пропедевтика гігієни. /Е.І.Гончарук, Ю.И.Кундіев, В. Г. Бардів та ін./ - До.: Вища школа, 2000. - 652.

7. Оснащення заняття

7.1. Для визначення концентрації розчиненого кисню у воді: барометр; груша гумова або медичний шприц; колба конічна місткістю 250-300мл; склянка киснева калібрується (100-200мл) з пробкою; мішалка (скляні кулька, паличка і тому подібне) відомого об'єму; піпетки мірні на 1мл і 10мл; термометр з ціною ділення не більше 0,5°С; піддон; розчин солі марганцю; розчин сірчаної кислоти (1:2); розчин тіосульфату натрію (0,02 моль/л экв.); розчин крохмалю (0,5%); розчин йодиду калію лужний.

7.2. Для визначення аміаку : 50% розчину сегнетової солі, реактив Несслера.

7.3. Для визначення нітриту : реактиву Грісса, електрична плитка.

7.4. Для визначення концентрації нітратів : стандартний розчин нітрату калію, що містить 45 міліграм/л КNO3, реактив дифеніламіну, розчин сірчаної кислоти.

Додаток 1

Гетеротрофи (від гетеро і грецького trophe — їжа) використовують для свого живлення готові органічні речовини, синтезовані іншими організмами. До гетеротрофів відносяться рослиноїдні і м'ясоїдні тварини, людина, гриби, а також рослини і мікроорганізми, що не мають здатності до фотосинтезу і хемосинтезу — утворення органічних речовин за рахунок енергії хімічних реакцій. У співтовариствах гетеротрофи— це консументи різних порядків і редуценти.

Рослини-гетеротрофи повністю (вовчок, раффлезія) або майже повністю (повитиця) позбавлені хлорофілу і живляться проростаючи в тіло рослини-хазяїна. До тварин-гетеротрофів відносяться усі прості не здатні синтезувати органічні речовини фото- чи хемосинтезом. Але є тварини здатні в різних умовах живитися різними способами (евглена зелена).

Межа між автотрофами і гетеротрофами досить умовна, оскільки існує безліч видів що мають перехідну форму живлення— міксотрофією, або що використовують найбільш зручний в цих умовах тип живлення. Так, деякі прості, в темряві що живляться як гетеротрофи, на світлі перетворюються на автотрофи.

Консументи (від лат. consumе — вживати) — гетеротрофи, організми, споживаючі готові органічні речовини, створювані автотрофами (продуцентами). На відміну від редуцентів, консументи не здатні розкладати органічні речовини до неорганічних.

До консументів відносяться тварини, деякі мікроорганізми, а також паразитичні і комахоїдні рослини. Виділяються консументи першого, другого та інших порядків. Оскільки на кожному етапі передачі речовини і енергії в трофічному ланцюзі втрати становлять до 90%, то екологічні піраміди рідко складаються із більш ніж чотирьох порядків консументів.



Консументи першого порядку— рослиноїдні гетеротрофи (травоїдні тваринні, паразитичні рослини), що живляться безпосередньо продуцентами біомаси.

Консументы другого порядку— хижі гетеротрофи (хижаки, паразити хижаків),що живляться консументами першого порядку.

Окремо взятий організм може являтися в різних трофічних ланцюгах консументом різних порядків, наприклад, сова, що поїдає мишу являється одночасно консументом другого і третього порядку, а миша— першого і другого, оскільки миша живиться і рослинами і рослиноїдними комахами.

Будь-який консумент є гетеротрофом, оскільки не здатний синтезувати органічні речовини з неорганічних. Термін «консумент (першого, другого і так далі) порядку» дозволяє точніше вказати місце організму в ланцюзі живлення.

Редуценти (також деструктори, сапротрофи, сапрофіти, сапрофаги) - гетеротрофи, здатні повністю розкладати органічні речовини (білки, вуглеводи, ліпіди і інші) до неорганічних (вуглекислий газ, аміак, сечовина, сірководень), завершуючи кругообіг речовин в природі, створюючи субстрат для діяльності продуцентів (автотрофів).

Редуценти (також деструкції, сапротрофи, сапрофіти, сапрофаги) — мікроорганізми (бактерії і гриби), що руйнують відмерлі залишки мертвих істот, що перетворюють їх на неорганічні з'єднання і прості органічні сполуки.

До редуцентів відносять головним чином бактерії і гриби.



Автотрофи (грец. αuτός— сам і τροφή— їжа) — живі організми, що синтезують органічні сполуки з неорганічних.

Автотрофи складають перший ярус в харчовій піраміді (перші ланки харчових ланцюгів). Саме вони є первинними продуцентами органічної речовини у біосфері, забезпечуючи їжею гетеротрофів.

Автотрофних організмів класифікують на фотоавтотрофи і хемоавтотрофи.

Організми, для яких джерелом енергії служить сонячне світло (фотони, завдяки яким з'являються донори, або джерела електронів), називаються фототрофами. Такий тип живлення носить назву фотосинтезу.

Інші організми в якості зовнішнього джерела енергії (донорів, або джерел електронів) використовують енергію хімічних зв'язків їжі або відновлених неорганічних з'єднань— таких, як сірководень, метан, сірка, двовалентне залізо та ін. Такі організми називаються хемотрофами.

Утворення живої речовини і його розпад - це дві сторони єдиного процесу, який називається біологічним кругообігом хімічних елементів. Життя - це кругообіг елементів між організмами і середовищем. Причина кругообігу - обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів.

Вивченням кругообігу речовин займалися багато російських вчених. В. І. Вернадський виділив геохімічну групу так званих циклічних хімічних елементів; до них відносять практично усі широко поширені і багато рідкісних хімічних елементів, такі як вуглець, кисень, азот, фосфор, сірку, кальцій, хлор, мідь, залізо, йод. В. Р. Вільямс і багато інших розглядали біологічні цикли азоту, вуглекислоти, фосфору у зв'язку з вивченням родючості ґрунтів.

Біогеохімічний кругообіг.

На відміну від енергії, яка одного разу використана організмом, перетворюється на тепло і втрачається для екосистеми, речовини циркулюють у біосфері, що і називається біогеохімічним кругообігом. З 90 з гаком елементів, що зустрічаються в природі, близько 40 потрібні живим організмам.

Найбільш важливі для них і такі, які потрібні у великих кількостях: вуглець, водень, кисень, азот. Кисень поступає в атмосферу в результаті фотосинтезу і витрачається організмами при диханні. Азот витягається з атмосфери завдяки діяльності азотофіксуючих бактерій і повертається в неї іншими бактеріями.

Кругообіг елементів і речовин здійснюється за рахунок саморегулюючих процесів, в яких беруть участь усі складові частини екосистем. Ці процеси є безвідходними. У природі немає нічого даремного або шкідливого, навіть від вулканічних вивержень є користь, оскільки з вулканічними газами в повітря поступають потрібні елементи, наприклад, азот.



Кругообіг речовин у біосфері.

Процеси фотосинтезу органічної речовини з неорганічних компонентів триває мільйони років, і за такий час хімічні елементи повинні були перейти з однієї форми в іншу. Проте цього не відбувається завдяки їх кругообігу у біосфері (рис.1).


Рис.1. Кругообіг речовин у біосфері


Щорічно фотосинтезуючі організми засвоюють біля 350млрд т вуглекислого газу, виділяють в атмосферу біля 250млрд т кисню і розщеплюють 140млрд т води, утворюючи більше 230млрд т органічної речовини (у перерахунку на суху вагу).

Величезні кількості води проходять через рослини і водорості в процесі забезпечення транспортної функції і випару. Це призводить до того, що вода поверхневого шару океану фільтрується планктоном за 40 днів, а усю іншу воду океану - приблизно за рік. Увесь вуглекислий газ атмосфери оновлюється за декілька сотень років, а кисень за декілька тисяч років. Щорічно фотосинтезом в кругообіг включається велика кількість таких елементів як: калій, натрій, кальцій, магній, сірка, залізо та ін. Існування цього кругообігу надає екосистемі певну стійкість.

Розрізняють два основних кругообігу: великий (геологічний) і малий (біотичний).

Великий кругообіг, що триває мільйони років, полягає в тому, що гірські породи піддаються руйнуванню, а продукти вивітрювання (у тому числі розчинні у воді поживні речовини) зносяться потоками води у Світовий океан, де вони утворюють морські нашарування і лише частково повертаються на сушу з осіданнями. Геотектонічні зміни, процеси опускання материків і підняття морського дна, переміщення морів і океанів впродовж тривалого часу призводять до того, що ці нашарування повертаються на сушу і процес починається знову.

Малий кругообіг (частина великого) відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, що поживні речовини, вода і вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і на життєві процеси, як самих цих рослин, так і інших організмів (як правило, тварин), які поїдають ці рослини (консументи). Продукти розпаду органічної речовини під дією деструкцій і мікроорганізмів (бактерії, гриби, черв'яки) знову розкладаються до мінеральних компонентів, доступних рослинам і що залучаються ними в потоки речовини.

Кругообіг хімічних речовин з неорганічного середовища через рослинні і тваринні організми назад в неорганічне середовище з використанням сонячної енергії і енергії хімічних реакцій називається біогеохімічним циклом. У такі цикли залучені практично усі хімічні елементи і передусім ті, які беруть участь в побудові живої клітини. Так, тіло людини складається з кисню (62,8%), вуглецю (19,37%), водню (9,31%), азоту (5,14%), кальцію (1,38%), фосфору (0,64%) і ще приблизно з 30 елементів.

Тривалість того або іншого циклу можна умовно оцінити по тому часу, який був би потрібний, щоб уся маса цієї речовини могла обернутися один раз на Землі в тому або іншому процесі (див. таблицю. 1).

Таблиця. 1.

Час, достатній для повного оберту речовини


Речовина

Час (роки)

Вуглекислий газ атмосфери (через фотосинтез)

≈ 300

Кисень атмосфери (через фотосинтез)

≈ 2000

Вода океану (шляхом випару)

≈ 106

Азот атмосфери (шляхом окислення електричними розрядами, фотохімічним шляхом і біологічною фіксацією)

≈ 108

Речовина континентів (шляхом денудації — вивітрювання)

≈ 108

Кругообіг вуглецю

Великий (геологічний) кругообіг вуглецю можна представити у вигляді схеми (мал. 2).


Мал. 2. Трансформація і використання СО2 в природі

Біотичний кругообіг вуглецю є складовою частиною великого кругообігу у зв'язку з життєдіяльністю організмів. Вуглекислота, або СО2, що знаходиться в атмосфері (23,5·1011 т) або в розчиненому стані у воді, служить сировиною для фотосинтезу рослин і переробки вуглецю в органічну речовину живих істот, тобто в процесі фотосинтезу вона перетворюється на сахара, потім перетвориться на протеїни, ліпіди і так далі. Ці речовини служать вуглеводним живленням тваринним і наземним рослинам, тобто надходять в розпорядження консументів різних рівнів, а далі - редуцентів.

При диханні організмів СО2 повертається в атмосферу. Певна частина вуглецю накопичується у вигляді мертвої органіки і переходить у викопний стан. Коли настає смерть, то сапрофаги і біоредуценти двох типів розкладають і мінералізують трупи, утворюючи ланцюги живлення, у кінці яких вуглець нерідко поступає в кругообіг у формі вуглекислоти («ґрунтове дихання»).

Тварини-сапрофаги і сапрофатичні мікроорганізми, що мешкають в ґрунті, перетворюють залишки, що накопичилися в ній, на нове утворення органічної матерії, більш менш потужний шар коричневої або чорної маси - гумус.

Іноді через нестачу повітря або високої кислотності ланцюг буває неповним або коротким, тобто органічні залишки накопичуються у вигляді торфу, утворюючи торф'яні болота. У деяких болотах шар торфу досягає потужності 20 м і більше. Тут і припиняється природний (біологічний) кругообіг. Поклади кам'яного вугілля або торфу - продукт процесів фотосинтезу рослин минулих геологічних епох.

Проте сонячну енергію, акумульовану у викопному паливі, людина інтенсивно вивільняє при спалюванні палива, при цьому СО2 поступає в атмосферу.

Основна маса вуглецю біосфери акумульована в карбонатних відкладеннях дна океану (вапняки і корали) : 1,3·1016 т, кристалічних породах - 1,0·1016 т. В кам'яному вугіллі і нафті - 3,4·1015 т. Саме цей вуглець бере участь в повільному геологічному кругообігу. Життя на Землі і газовий баланс атмосфери підтримується кількістю вуглецю, що міститься в рослинних (5·1011т) і тваринних (5·109 т) тканинах (таблиця.2).

Таблиця.2.

Вміст вуглецю на поверхні Землі і в земній корі





У т

У г/см2 поверхні Землі

Тварини

5×109

0,0015

Рослини

5×1011

0,1

Атмосфера

6,4×1011

0,125

Океан

3,8×1013

7,5

Масивні кристалічні породи: базальти та ін. основні породи

1,7×1014

33,0

граніти, гранодіорити

2,9×1015

567

Вугілля, нафти і інші каустобіоліти

6,4×1015

663

Кристалічні сланці

1×1016

2000

Карбонати

1,3×1016

2500

Всього

3,2×1016

5770

Проте нині людина інтенсивно замикає на себе кругообіг речовин, у тому числі і вуглецю. Так, наприклад, підраховано, що сумарна біомаса усіх домашніх тварин вже перевищує біомасу усіх диких наземних тварин. Площі культурних рослин наближаються до площі природних біогеоценозів, і багато культурних рослин екосистеми по своїй продуктивності значно перевершують природні.

З іншого боку, потрапляння діоксиду вуглецю в атмосферу в результаті спалювання енергоносіїв веде до глобальних порушень у біосфері - порушенню теплового балансу. За останнє століття зміст СО2 збільшився на 10%, причому основний приріст стався в останні десятиліття.

У атмосфері затримується близько половини усього «антропогенного» СО2, решта поглинається Світовим океаном. Вважається, що екосистеми (наземні) асимілюють близько 12% СО2, загальний час його перенесення - 8 років.

Ще в 1962 році кліматолог і метеоролог М. І. Будико застерігав, що спалювання величезної кількості палива неминуче приведе до зростання в атмосфері СО2. Так, в 1956 р. зміст СО2 був 0,028%, в 1985 р. - 0,034%, а в 1989 р. склало 0,035%. Отже, за 33 року зміст СО2 зріс на 25% від первинної величини. За прогнозами, до середини XXI століття зміст СО2 в атмосфері подвоїться.

Накопичення СО2 в атмосфері у всьому світі зв'язується зараз з так званим «парниковим ефектом» (цьому сприяє також накопичення СН4, СFCl2 , N2О). Діоксид вуглецю не поглинає видиму і ближню УФ-область сонячної радіації, а з іншого боку, інфрачервоне випромінювання Землі поглинається СО2 в атмосфері, не пропускається в космос.

Затримання тепла поблизу поверхні Землі - процес дуже важливий для підтримки життя на Землі, інакше середня температура була б на 33оС нижче за існуючу. Але перспективи швидкого підвищення tоС Землі дуже небезпечні, оскільки приведуть до підвищення рівня Світового океану. Багато хто з кліматології розглядає тривалу жару 1988 р. в Північній півкулі наслідками «парникового ефекту».



Кругообіг кисню

Кисень є найбільш поширеним елементом на Землі. У морській воді міститься 85,82% кисню, в атмосферному повітрі 23,15% по вазі або 20,93% за об'ємом, а в земній корі 47,2% по вазі. Така концентрація кисню в атмосфері підтримується постійною завдяки процесу фотосинтезу. У цьому процесі зелені рослини під дією сонячного світла перетворюють діоксид вуглецю і воду на вуглеводи і кисень.

Головна маса кисню знаходиться в зв'язаному стані; кількість молекулярного кисню в атмосфері складає усього лише 0,01% від загального вмісту кисню в земній корі. У житті природи кисень має виняткове значення. Кисень і його з'єднання незамінні для підтримки життя. Вони грають найважливішу роль в процесах обміну речовин і диханні. Кисень входить до складу білків, жирів, вуглеводів, з яких «побудовані» організми. У людському організмі, наприклад, міститься близько 65% кисню.

Більшість організмів отримують енергію, необхідну для виконання їх життєвих функцій, за рахунок окислення тих або інших речовин за допомогою кисню. Спад кисню в атмосфері в результаті процесів дихання, гниття і горіння відшкодовується киснем, що виділяється при фотосинтезі. Вирубування лісів, ерозія ґрунтів, різні гірські вироблення на поверхні зменшують загальну частку фотосинтезу і знижують кругообіг на значних територіях. Разом з цим, потужним джерелом отримання кисню являється, мабуть, фотохімічне розкладання водяної пари у верхніх шарах атмосфери під впливом ультрафіолетових променів сонця. Таким чином, в природі безперервно здійснюється кругообіг кисню, що підтримує постійність складу атмосферного повітря (рис.3).

Окрім описаного вище кругообігу кисню в незв'язаному виді, цей елемент здійснює ще і найважливіший кругообіг, входячи до складу води. Кругообіг води (Н2О) полягає у випарі води з поверхні суші і моря, перенесенні її повітряними масами і вітрами, конденсації пари з наступним випаданням опадів у вигляді дощу, снігу, граду, туману.

Мал. 3. Кругообіг кисню


Кругообіг азоту

Азот є елементом, необхідним для існування тварин і рослин, він входить до складу білків, амінокислот, нуклеїнових кислот, хлорофілу, гемів та ін. У зв'язку з цим значна кількість пов'язаного азоту міститься в живих організмах, «мертвій органіці» і дисперсній речовині морів і океанів.

Незважаючи на найбільшу складність, кругообіг азоту здійснюється швидко і безперешкодно. Повітря, що містить 78% азоту, одночасно служить і величезним вмістищем і запобіжним клапаном системи. Він безперервно і в різних формах живить кругообіг азоту.

Цикл азоту полягає в наступному. Його головна роль полягає в тому, що він входить до складу життєво важливих структур організму - амінокислот білку, а також нуклеїнових кислот. У живих організмах міститься приблизно 3% усього активного фонду азоту. Рослини споживають приблизно 1% азоту; час його кругообігу складає 100 років.

Від рослин-продуцентів азотовмісні з'єднання переходять до консументів, від яких після відщеплення амінів від органічних сполук азот виділяється у вигляді аміаку або сечовини, а сечовина потім також перетворюється на аміак (внаслідок гідролізу).

Надалі в процесах окислення азоту аміаку (нітрифікації) утворюються нітрати, здатні асимілюватися коренями рослин. Частина нітриту і нітратів в процесі денітрифікації відновлюється до молекулярного азоту, що поступає в атмосферу. Усі ці хімічні перетворення можливі в результаті життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів. Ці дивні бактерії - фіксатори азоту - здатні використовувати енергію свого дихання для прямого засвоєння атмосферного азоту і синтезування протеїнів. Таким шляхом в ґрунт щорічно вноситься близько 25 кг азоту на 1 га.

Але найефективніші бактерії живуть в симбіозі з бобовими рослинами у бульбах, що розвиваються на коренях рослин. У присутності молібдену, який служить каталізатором, і особливої форми гемоглобіну (унікальний випадок у рослин) ці бактерії (Rhizobium) асимілюють величезні кількості азоту. Азот, що утворюється (пов'язаний), постійно дифундує в різосфері (частина ґрунту), коли бульби розпадаються. Але ще азот поступає в наземну частину рослин. Завдяки цьому бобові виключно багаті протеїнами і дуже поживні для рослиноїдних. Річний запас, що таким чином накопичується в культурах конюшини і люцерни, складає 150-140 кг/га.

Окрім бобових такі бактерії живуть на листі рослин (у тропіках) з сімейства Rublaceae, а також актиноміцети - на коренях вільхи, фіксуючі азот. У водному середовищі - це сині водорості.

Отже, азот з різноманітних джерел поступає до коренів у вигляді нітратів, абсорбується коренями і трансформується в листя для синтезу протеїнів. Протеїни служать основою азотного харчування тварин, а також їжею деяких бактерій (паразитів). Організми, розкладаючі органічну речовину після смерті, переводять азот з органічних сполук в мінеральні. Кожна група біоредуцентів спеціалізується на якій-небудь одній ланці цього процесу. Ланцюг закінчується діяльністю організмів, що утворюють аміак (NН3), який далі входить в цикл нітрификации : Nitrosomonas окислює його до нітриту, а Nitrobarter окислює нітрит в нітрати.

З іншого боку, бактерії-денітрифікатори розкладають нітрати, звільняють N2, який випаровується в атмосферу. Але цей процес не дуже небезпечний, оскільки розкладає приблизно 20% загального азоту, і то лише в ґрунтах, дуже удобрених гноєм (приблизно 50-60 кг азоту 1 га). Загальна схема кругообігу азоту представлена на рисунке4.

Рис.4. Схема кругообігу азоту.
Дуже важливо вивчати і контролювати кругообіг азоту, особливо в антропогенних біоценозах, тому що невеликий збій в якій-небудь частині циклу може привести до серйозних наслідків: сильним хімічним забрудненням ґрунтів, заростанню водойм і забрудненню їх продуктами розкладання відмерлої органіки (аміак, аміни та ін.), високому вмісту розчинних з'єднань азоту в питній воді.

Кругообіг азоту нині піддається сильній дії з боку людини.

По-перше, вступ оксидів азоту в атмосферу при спалюванні палива на ТЕЦ, транспорті, заводах («лисячий хвіст»). У промислових районах їх концентрація в повітрі стає дуже небезпечною. Під впливом випромінювання відбуваються реакції органіки (вуглеводнів) з оксидами азоту з утворенням високотоксичних і канцерогенних з'єднань. А також виникають кислотні дощі — явище, при якому спостерігається пониження pH дощових опадів і снігу із-за забруднень повітря кислотними оксидами (наприклад, оксидами азоту). Хімізм цього явища полягає в наступному. Для спалювання органічного палива в двигуни внутрішнього згорання і котли подається повітря або суміш палива з повітрям. Майже на 4/5 повітря складається з газу азоту і на 1/5 — з кисню. При високих температурах, що створюються усередині установок, неминуче відбувається реакція азоту з киснем і утворюється оксид азоту :

N2+ O2 = 2NO — Q

Ця реакція ендотермічна і в природних умовах відбувається при грозових розрядах, а також супроводить інші подібні магнітним явищах в атмосфері. В наші дні людина в результаті своєї діяльності сильно збільшує накопичення оксиду азоту (II) на планеті. Оксид азоту (II) легко окислюється до оксиду азоту (IV) вже за нормальних умов:

2NO + O2 = 2NO2

Далі оксид азоту реагує з атмосферною водою з утворенням кислот :

2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

утворюється азотна і азотиста кислоти. У крапельках атмосферної води ці кислоти дисоціюють з освітою, відповідно нітрат- і нітрит-йонів, а іони потрапляють з кислотними дощами в ґрунт.

По-друге, масове виробництво азотних добрив (селітра) і їх використання призводить до надмірного накопичення нітратів. Азот, що поступає на поля у вигляді добрив, втрачається із-за вилуговування і денітрифікації.

І нарешті, скидання стічних вод, недотримання санітарних норм (вигул собак, неконтрольовані звалища органічних відходів, погане функціонування каналізаційних систем та ін.) приводять до підвищення рівня біологічного забруднення. Як наслідок грунт забруднюється аміаком, солями амонія, сечовиною, індолом, меркаптанами і іншими продуктами розкладання органіки. У ґрунті утворюється додаткова кількість аміаку, який потім переробляється бактеріями в нітрати.



Поділіться з Вашими друзьями:
  1   2   3


База даних захищена авторським правом ©divovo.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

войти | регистрация
    Головна сторінка


загрузить материал