Главная Случайная страница



Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







ОРГАНИЗМЫ-КОНЦЕНТРАТОРЫ 5 page





Таким образом, в экогеосистемах саван травянистая растительность играет решающую роль в вовлечении химических элементов в биологический круговорот.

1. Более половины всей массы зольных элементов и азота, вовлекаемых в биологический круговорот, сосре-доточено в зеленой части растительности сухой саванны и около 40% - в корнях. В стволы и ветви поступает не более 5%.

2. В зеленой части растений наиболее активно акку-мулируются азот, калий и сера. На долю каждого из этих элементов приходится 60% и более от всей массы эле-мента в годовой продукции. На втором месте - фосфор, кальций и натрий (57 - 58%).

3. В корневых системах наблюдается относительная аккумуляция марганца и кремния. Массы этих элементов распределены примерно поровну между корнями и зелеными органами растений.

4. В биологический круговорот в абсолютном выра-жении в наибольших количествах вовлекаются кальций, калий,кремний.

Таким образом, растительность саванн обогащает почвы щелочными землями и особенно калием, а также кремнеземом. Это объясняет низкую отзывчивость почв саван на удобрения калием, кальцием и высокую эффек-тивность азотных удобрений.

Среди типичных почв саванн имеется ряд переходов в сторону нарастающего гидроморфизма. Болотные саванны, черные глеево-дерновые почвы низких террас, приозерных низменностей - типичные представители таких ландшафтов. В составе растительности появляются тростники, осоки, галофиты. Почвы приобретают оторфованность, оглееность, засоленность и другие черты, роднящие их с глеево-луговыми, заболоченными и луговыми солончаковыми почвами умеренного пояса. По данным В. В. Добровольского (1998), злаковая расти-тельность этих сообществ активно накапливает марганец, медь, цинк, стронций и молибден.

Вторичные послелесные саванны наследуют свойства кислых почв тропических лесов сиаллитного или ал- литного характера. На террасах и склонах при ухудшенной естественной дренированности почвы антропогенных саванн имеют латеритный марганцево-желези- стый конкреционный горизонт или сплошной железистый хардпен. Подобные почвы (руброземы) под покровом травянистой растительности широко распространены в Южной Бразилии. Верхние темные горизонты этих почв напоминают черноземы, но нижние - окрашены в красные тона. Почва выщелочена, имеет кислую реакцию среды по всему профилю. Почвенный профиль сильно оглинен, емкость катионного обмена около 40 мг-экв/ 100 г.



Вторичная травянистая растительность не способна при регулярном сжигании биомассы создать такой же биоло-гический круговорот минеральных веществ, углерода и азота, который был под пологом тропического леса. Вто-ричные послелесные саванны производят около 3,6 ц/га опада в месяц, в то время как тропические леса ежемесячно образуют 16 - 25 ц/га опада (Ковда, 1973).

Естественный запас биофильных элементов в аллит- ной коре выветривания и древних элювиальных почвах влажных тропиков очень низок. В этих условиях на фоне промывного водного режима и отрицательного геохимического баланса вторичный дерновый процесс не способен создать плодородные почвы. В почвах усили-вается выщелоченность, кислотность, снижается погло-тительная способность. Повторяющиеся выжигания саванн, традиционно распространенные в этих странах, пересыхание почв на склонах и плоскостная эрозия способствуют отвердению ожелезненных латеритных аккумулятивных горизонтов. В итоге почвы послелес- ных саванн за считанные годы настолько сильно снижают свое плодородие, что возделывание сельскохозяйственных культур становится нерентабельным.

Миграция химических элементов в поверхностных водах тропической суши тесно связана с биогеохимией почвенных процессов. Концентрация многих элементов в воде тропических рек ниже средних значений для рек мира. В. В. Добровольский (1998) объясняет это двумя основными причинами. Во-первых, химические элемен- ты-биофилы прочно удерживаются фитоценозами тро-пических лесов, практически не выпуская их из биоло-гических круговоротов. Во-вторых, красноцветные коры выветривания и развитые на них почвы более прочно закрепляют некоторые элементы, особенно тяжелые металлы, чем породы четвертичного возраста бореального и суббореального поясов.

Наибольшее количество химических элементов миг-рирует в виде взвесей, что является следствием плоско-стного смыва почв. Большая их часть аккумулируется в понижениях поверхности, не достигая речных долин. Для этих территорий характерно сезонное переувлажнение. Геохимически подчиненное положение ландшафтов, избыточное поверхностное и грунтовое увлажнение обеспечивают аккумуляцию химических элементов, при-носимых сюда с повышенных элементов рельефа, и обус-ловливают повышенную концентрацию в почвах и рас-тениях рассеянных элементов. Формируются в таких ус- тэвиях серые и черные слитые почвы, относимые к группе вертисолей (слитоземов). Большинство тропических слитоземов характеризуется низким содержанием гумуса, тяжелым гранулометрическим составом, тре-щиноватостью. Но это наиболее плодородные почвы тропиков, так как содержат достаточное количество ос-нований, фосфора, марганца. Низкое содержание гумуса обусловливает их бедность азотом, поэтому почвы очень хорошо отзываются на азотные удобрения.



Итак, во всех ландшафтах конкретная человеческая деятельность привела к значительному нарушению при-родных экосистем и замене их на агрокультурные, что, в свою очередь, вызвало изменения в биогеохимических циклах биофильных элементов.

Так, емкость биологического круговорота в лесной зоне при замене лесных фитоценозов на агрокультурные возрастает на 25% на единицу площади. Это обусловлено двумя причинами. Во-первых, изменением структуры площадей и заменой почти на 30% территории низ-козольной фитомассы хвойных лесов на высокозольную фитомассу сельскохозяйственных растений и травянистую растительность лугов и пастбищ. Во-вторых, более высокой годичной продукцией фитомассы в культурных агроценозах и большей скоростью оборота элементов по сравнению с лесными ценозами.

В лесостепной и степной зонах, наоборот, наблюдается снижение емкости биологического круговорота. Это связано с полным исчезновением высокопродуктивных целинных степей и значительной части широколиственных лесов, заменой их на менее продуктивные агроценозы. Эти явления привели к возникновению и развитию процессов эрозии и резкому увеличению в связи с этим поверхностного жидкого и твердого стока. А это, в свою очередь, усилило поступление элементов в геологический круговорот и их вынос за пределы ландшафта.

В тундровой и таежно-лесной зонах основной вынос элементов осуществляется за счет жидкого стока. В лесостепной и степной зонах основная форма выноса элементов - твердый сток. Причем, наиболее активное поступление в геохимический круговорот характерно для калия, кальция и магния, что приводит к интенсивному выносу этих элементов из ландшафтов. Азот и фосфор во всех рассмотренных ценозах вовлекаются в биологический круговорот в количествах, превышающих их вовлечение в геологический круговорот.

 

35. Резкий дефицит или избыток элементов в среде при-водит к заболеваниям растений, животных, человека. Та-кие болезни А. П. Виноградов назвал биогеохимичес- кими эндемиями, а районы их распространения - биоге- охимическими провинциями. Биогеохимические эндемии чаще всего возникают от избытка или недостатка мик-роэлементов. Микроэлементы - это элементы, содержа-ние которых в почвах, водах, растениях не превышает обычно 10~3— 10 4%, это могут быть и катионы, и анионы, металлы и не металлы. Зачастую к ним относится и группа элементов, получивших название тяжелыех металлов. Тяжелыми металлами называют те элементы, которые имеют атомную массу выше 50 единиц. Нередко считают, что тяжелые металлы неизбежно токсичны. Такое мнение в отечественной литературе появилось, по-видимому, в начале 70-х годов XX века, хотя К. К. Гедройц еще в 20-е годы установил, что насыщение почвенного поглощающего комплекса некоторыми из таких элементов приводит к полной гибели высеваемых растений. Иными словами, микроэлементы в больших количествах действительно токсичны. Но хорошо известно, что марганец, медь, цинк, кобальт, никель, молибден и другие тяжелые металлы в малых концентрациях необходимы растениям.

Неоднородность биосферы в наибольшей степени про-является именно по содержанию тяжелых металлов. По мнению В.В. Ковальского, для исследования гетероген-ности биосферы требуется изучение больших областей Земли, целых материков, где можно было бы наблюдать реакции организмов. Диапазон содержания тяжелых металлов в природе очень велик (табл. 12).

Например, по данным В. В. Ковальского, в почвооб-разующих породах содержание меди различается в 34- 68 раз, цинка - в 25 - 170 раз, кобальта - в 2000 раз, марганца - в 20 раз, стронция - в 200 раз, молибдена - в 5 раз.

При среднем содержании меди в почвах, равном 2,5x10 3%, ее уровень в различных почвах колеблется в 1500 раз, а если принимать во внимание и почвы, под-верженные техногенному загрязнению, то в несколько тысяч раз. Содержание цинка может меняться в почвах в 1000 раз.

Воды поверхностные (наземные) пресные по содер-жанию кобальта различаются в 3000 раз, меди - в 40 раз, стронция - в 100 раз, цинка - в 220 раз. Причем, приве-дены данные не по всем регионам Земли, а только для некоторых областей нашей страны. И без учета хими-ческого состава техногенно загрязненных почв.

В минеральной пыли атмосферы на территории Сред-ней Азии в марте-апреле содержание никеля менялось в 60 раз, титана - в 400 раз, цинка - в 100 раз, олова - в 200 раз (Ковальский, 1982).

Как считал В. В. Ковальский, эти примеры свидетель-ствуют о геохимической неоднородности, мозаичности биосферы. При этом живые организмы поглощают из среды все доступные химические элементы, образующие растворимые соединения, или активно превращают не-растворимые соединения в доступные формы.

В связи с этим В. В. Ковальский ставил вопрос о том, что химический состав организмов, несмотря на присущий им гомеостаз, должен меняться, организмы должны приспосабливаться. Отсюда следует, что в раз-личных биогеохимических условиях должна проявляться химическая неоднородность живых организмов (одного вида). Химическая неоднородность жизни должна изучаться на различных уровнях ее организации: биоценоз, популяция, на уровне вида организмов, на уровне органов, тканевом, клеточном молекулярном уровнях.

Отсюда, в частности, возникает и необходимость био- геохимического районирования биосферы. В. В. Коваль-ский предложил выделять следующие биосферные так-соны: регионы биосферы, субрегионы биосферы, биогео-химические провинции.

Таксоны 1-го порядка - регионы биосферы, имеют по протяженности признаки почвенно-климатических зон или их сочетаний, они учитывают особенности биогео- химической пищевой цепи элементов питания, преобла-дающие реакции организмов на естественный химичес-кий состав среды или его техногенное изменение.

Таксоны 2-го порядка - субрегионы биосферы. Это, по сути, разделение регионов на части, характеризующиеся географической непрерывностью, но биогеохимически они могут быть и неоднородны.

Таксоны 3-го порядка - биогеохимические провинции

- это части субрегионов, отличающиеся определенными биогеохимическими, биохимическими, а иногда и морфо-логическими особенностями организмов. Термин «био- геохимическая провинция» был введен в науку в 1938 году А. П. Виноградовым.

Биогеохимическая провинция — это область на поверхности Земли, отличающаяся содержанием химических элементов в почвах, водах и других средах. Причем, содержание этих элементов может быть выше или ниже биологического оптимума.

В. В. Ковальский дал не только принципы разделения территории, но и составил ряд карт и картограмм различных уровней организации биосферы, в том числе карту биогеохимических зон и провинций СССР. На ней он выделил районы распространения ряда заболеваний человека и животных, обусловленных биогеохимически-ми свойствами почв, вод (рис. 8, см. на форзаце). Круп-ные биогеохимические зоны он разделил на биогеохи-мические провинции двух видов:

Зональные провинции, которые соответствуют общим зональным характеристикам, но отличаются друг от друга концентрациями и соотношением хими-ческих элементов.

Азональные провинции - признаки их не соответствуют общей характеристике зоны, как правило, это -геохимические аномалии, связанные с рудопроявлением или техногенным загрязнением.

В настоящее время, когда природные и техногенные потоки веществ образуют единый техно-биогеохимический поток, многие ученые объединяют биогеохимические, техногенные и геохимические аномалии в техно-би- огеохимические провинции.

На территории СНГ выявлены и изучены биогеохими-ческие провинции с дефицитом йода в почвах и кормах; дефицитом и избытком фтора в питьевой воде; избытком бора в кормах; избытком и дефицитом меди в почвах, дефицитом кобальта и т.д. Развивая это учение,

В. В. Ковальский сформулировал понятие о геохими-ческой экологии - разделе биогеохимии и экологии. Гео-химическая экология изучает взаимодействие организмов и их сообществ между собой и с геохимической средой.

В целом, в качестве обобщения, можно сформулиро-вать следующие положения.

1. Биогеохимические провинции с пониженным содер-жанием отдельных элементов связаны с особенностями состава почвообразующих пород или интенсивным про-явлением элювиального процесса.

2. Биогеохимические провинции с повышенным содер-жанием элементов формируются в расположении рудных месторождений, в районах аккумулятивных ландшафтов. Повышенные концентрации могут быть обусловлены выбросами крупных промышленных предприятий и загрязняющим влиянием мегаполисов.

 

36. Итак, биогеохимические эндемии обусловлены избыт-ком или недостатком тех или иных химических элемен-тов в природной среде. Иногда это может быть прямое воздействие химического элемента, но в большинстве случаев эндемии связаны с нарушением соотношения содержания микроэлемента с другими химическими эле-ментами. В настоящее время относительно хорошо изу-чено взаимное влияние следующих микроэлементов: I - Со - Си - Мп; Си - Mo - Pb; Ni - Си; Мо - Си.

Медь. В концентрациях свыше 60 х 10~4% токсична для живых организмов. Но есть культуры, нуждающиеся в повышенных количествах этого элемента. Так, чай может накапливать меди до 15 мг/кг сухого вещества. При недостатке меди (6 - 15 х 104%) нарушаются про-цессы метаболизма растений, они заболевают: свертыва-ются и засыхают листья, задерживается развитие кор-невой системы, проявляется хлороз, у злаков - не фор-мируется колос, у фруктовых деревьев - желтеют листья. У животных наблюдаются анемии, заболевания костной системы. Однако при избыточных количествах меди также наблюдаются анемии, растет заболеваемость гемолитической желтухой, возможны поражения печени. Растения реагируют проявлением хлороза.

Цинк. В больших количествах (>7 х 10~3%) токсичен для растений, так как наблюдается угнетение процессов окисления. Недостаток цинка (3 х 10_3%) приводит к задержке или прекращению роста большинства растений. У фруктовых деревьев наблюдаются мелколи- стность, розеточность листьев и их опад. У цитрусовых

- пятнистость листьев, у кукурузы - хлороз, у томатов - мелколистность и скручивание листьев. Заболевают па-ракератозом свиньи.

Марганец. У многих растений при недостатке мар-ганца (<4 х 10~2%) снижается усвояемость йода, а у ду-бильных растений сокращается образование таннидов. Большинство растений при дефиците марганца накап-ливает железо, у кукурузы наблюдается хлороз и некроз тканей, у сахарной свеклы - желтуха. У животных и че-ловека развиваются заболевания костной системы, воз-можно развитие зобной болезни.

Избыток марганца в кислых почвах (>30 х 10_2%) приводит к уменьшению в растениях железа и вызывает у них хлороз, проявляющийся в пятнистости листьев.

Бор. Недостаток бора оказывает влияние только на растения, так как животным организмам этот элемент не нужен. При содержании бора в почве меньше 6 х 10~4% растение, как правило, погибает, заболевание начинается С гибели точки роста, отмирания корней, у свеклы недостаток бора вызывает гниль сердечка. Избыток бора (>30 х 10~4%) вызывает заболевания человека и живот-ных (борные энтериты).

Кобальт. Недостаток кобальта в почве (<7 х 10'4%) приводит к развитию у растений заболевания - безле- пестковая анемона. Систематический недостаток кобаль-та в пище животных и человека также приводит к раз-личным нарушениям и даже вызывает тяжелые заболе-вания, обусловленные недостатком витамина В12. Эти за-болевания выражаются в разрушении волосяного покрова («сухотка» и «лизуха» крупного рогатого скота), нарушении функции печени, приводящем к развитию анемии и малокровия.

Молибден. Остро реагирует на недостаток молибдена (до 1,5 х 10~4%) клевер. Животные, питающиеся растениями, выросшими на почвах с недостатком молиб-дена, болеют анемией, так как в их организме наблюда-ется накопление меди. Наоборот, избыток молибдена в кормах является причиной недостатка меди в организме животных и приводит к развитию молибденоза. При недостатке кальция в пище животных высокое содер-жание молибдена приводит к развитию заболевания - эндемическая атаксия (поражается желудочно-кишечный тракт) и человек страдает эндемической подагрой - за-болеванием суставов.

Свинец. Содержится в почвах в небольших количе-ствах (кларк - 1,6 х 10~3%. Однако в почвах рудных зон содержание свинца повышается до 2,6 х 10_,%, и эти зоны выделяются как биогеохимические провинции. Повышенное количество свинца обнаруживают и в почвах промышленных зон, особенно вдоль автомагистралей. Повышенное содержание свинца в почвах биогеохимических провинций приводит к накоплению его в растениях до 8 х 10'3 - 7 х 10~2%, но животные чаще всего адаптируются к таким повышенным количествам свинца в кормах, и у них не возникает патологических изменений. Однако в промышленно загрязненных регионах живые организмы не имеют приспособительной реакции, и повышение концентрации свинца в пищевых продуктах выше 10'4% вызывает токсические явления. Поражаются все органы, но наиболее сильно - нервная система. Для человека токсичной считается суточная доза более 0,35 мг. Нейтрализовать свинец в организме человека можно вы-сокими дозами аскорбиновой кислоты, а предотвратить поступление свинца в растения - внесением меди в почву.

Йод. Недостаток этого элемента в пище вызывает за-болевание эндемическим зобом. Обусловлено это тем, что йод необходим для синтеза гормонов щитовидной железы. Раз в 30-50 дней организм должен получать но-вые порции йода в количестве 10-15 мг на 70 кг массы. Если йод поступает в организм в меньших количествах, то она начинает увеличиваться в размерах, образуется зоб. Это заболевание может сопровождаться резким ухудшением умственных способностей. Причем болезнь может поразить человека в любом возрасте. Если же йода не хватает в пище грудного ребенка, то это может вызвать развитие слабоумия, причем кретинизм сопровождается ухудшением деятельности сердца, теряется слух, зрение, слабеют мышцы, наступает стадия идиотии. Известный исторический пример - сред-неазиатский город Коканд. В начале XX столетия многие жители этого города из-за недостатка йода в питании, обусловленного низким содержанием этого элемента в почвах и воде, страдали эндемическим зобом и слабоумием. В настоящее время многие территории Земли относятся к эндемическим по йоду: не менее полутора миллиардов человек проживает в этих регионах (данные Всемирной организации здравохра- нения). И в России дефицит йода проявляется в Цен-тральноевропейском регионе, Восточной Сибири, на Урале, Северном Кавказе и Крайнем Севере.

Для предотвращения этих заболеваний в районах с недостатком йода в почвах и воде вводят небольшие пор-ции этого элемента в пищу. Однако здесь необходимо проявлять осторожность, так как избыток йода также может привести к заболеванию - базедовой болезни, известной также под названием триада Базедова (уве-личение щитовидки, пучеглазие, сердцебиение). В самые последние годы наконец-то наметились пути решения проблемы. Ученые Медицинского радиологического центра РАМН разработали препарат - йодказеин — аналог природного соединения йода с белком молока. Когда в почве и воде йода недостаточно, потребность в нем на 70-90% реализуется за счет молока. Не опасен и излишек органического йода, так как он выводится естественным путем, минуя щитовидную железу. Йод-казеин не содержит йод в свободном состоянии: при изготовлении этой пищевой добавки включение йода в белок идет по четырем незаменимым аминокислотам (тирозину, гистидину, триптофану и фенилаланину). Это очень важное преимущество йодказеина по сравнению с летучими неорганическими соединениями йода, добавляемыми, например, в поваренную соль. Кстати, во время хранения йодированной соли потери йода составляют 15-20% в месяц. А йодказеин может долго храниться, не теряя своих полезных качеств. Немало-важно и то, что при добавлении йодказеина в хлебобу-лочные изделия последние не меняют ни вкуса, ни за-паха, ни цвета.

Фтор. Недостаток фтора приводит к развитию ка-риеса, так как постепенно разрушается эмаль (в которую входит 0,02% фтора). У некоторых организмов наблю-даются деформация костей, их хрупкость и переломы.

Повышение содержания фтора может привести к на-рушению функции щитовидной железы. При избытке фтора в пище и воде у людей возникают также заболе-вания зубов (флюороз - разрушение эмали). У животных наблюдаются явления, усиливающие выделение из организма йода, при этом тормозится активность неко-торых ферментов.

Установлено, что оптимальной суточной дозой для взрослых людей является 0,6-1,5 мг фтора. Для неко-торых животных эта доза может быть выше (до 20 мг на 1 кг массы). Сверх этих норм фтор и его соединения токсичны.

Вдыхание воздуха, содержащего фтора более 0,5 мг/л, действует на людей отравляюще, а 0,8 мг/л - смертельно. Средство первой помощи при отравлении фторидами - 2% раствор хлорида кальция.

 

37. В.И. Вернадский химические проявления живого вещества в биосфере разделил на 5 групп биогеохимических функций.








Date: 2015-09-17; view: 417; Нарушение авторских прав



mydocx.ru - 2015-2022 year. (0.01 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию