Круговорот веществ

Химические механизмы, лежащие в основе пищевых цепей, представля-ют собой круговороты (циклы) веществ. С другой стороны, круговороты ве-ществ обеспечивают самоподдержание популяций.
Круговороты веществ не являются замкнутыми. Часть органических и неорганических веществ вытесняется за пределы сообществ, но при этом про-исходит их пополнение за счет внешних источников (осадки, фиксация азота атмосферы и т. д.). Рассмотрим в качестве примеров круговороты углерода, ки-слорода и азота.
Круговорот углерода, входящего в состав всех органических соединений, начинается с конверсии двуокиси углерода (формы углерода в атмосфере) и во-ды в органическое вещество (пищу). Часть этого вещества используется живы-ми организмами при дыхании, в результате чего часть двуокиси углерода снова возвращается в атмосферу.
Подсчитано, что весь углерод атмосферы проходит через живые организ-мы за время, равное 7-8 годам. Другая часть двуокиси углерода запасается в протоплазме клеток. После смерти организмов протоплазма их клеток разлага-ется, в результате чего двуокись углерода также освобождается и уходит в ат-мосферу. Основная часть углерода содержится в форме COg в морях и океанах. Его круговорот является таким же, как и в случае атмосферного углерода.
В экологических системах, где принимает участие человек, двуокись уг-лерода поступает в атмосферу также и в результате сжигания растений в каче-стве топлива.
Круговорот кислорода заключается в том, что атмосферный кислород используется растениями и животными при дыхании (сжигании пищи), в ре-зультате которого освобождается энергия, вода и двуокись углерода в фото-синтезе, при котором освобождается кислород, после чего цикл начинается снова.
Более сложным является круговорот азота, самым большим резервуаром которого служит атмосфера (около 80%). Поскольку большинство растений и животных не может использовать атмосферный азот (N2), то он конвертируется почвенными азотфиксирущими бактериями, корневой системой бобовых рас-тений и цианобактериями в нитриты (NO-2), а затем в нитраты (NО-3). Этот процесс получил название нитрификации. Растения восстанавливают нитраты, т. е. уеваивают азот и синтезируют белки. Круговорот азота далее заключается в том, что почвенные микроорганизмы разрушают животные отходы и остатки мертвых организмов, в результате чего освобождается аммоний, который кон-вертируется нитрифицирующими бактериями в растворимые соли нитратов, используемые в производстве белков в растениях. В результате поедания рас-тений травоядными животными растительные белки в их организме превраща-ются в животные.
В процессе гниения трупов растений и животных денитрифи-цирующие бактерии превращают нитраты в свободный азот (NO2 ? NО-2 ? N2O ? N2), который уходит в атмосферу, но азотфиксирую-щие бактерии снова конверти-руют атмосферный азот в органические соединения, доступные для усвоения растениями.
Свободный азот конвертируется в нитраты также электрическими заря-дами (молнией). Искусственное добавление азотных соединений в почву связа-но с использованием химических удобрений.
Большое значение в природе имеет круговорот воды. Он осуществляется за счет солнечной энергии, но регулируется со стороны организмов. Под влия-нием Солнца моря и океаны подвергаются испарению. Эта вода в форме «испа-рений» (пара) поступает в атмосферу, а затем выпадает в виде дождей на сушу, после чего через реки и грунтовые воды снова попадает в моря и океаны. Зна-чительная часть воды, имеющейся на суше, поглощается и испаряется расте-ниями. Но некоторая часть воды в клетках растений подвергается фотолизу, в результате чего она разлагается на кислород и водород. Кислород уходит в ат-мосферу, а водород включается в состав органических соединений клеток.