Антропогенное воздействие на биогеохимический цикл фосфора
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
реферат по дисциплине
«Общая экология»
на тему:
«Биогеохимические циклы фосфора, роль живых организмов и воздействие человека на них»
Выполнила: Лутовинова Дарья Дмитриевна
группа 19.Б05-нз «Экология и природопользование»
Проверил: Сомов Всеволод Владимирович
Санкт-Петербург, 2020
Содержание:
Введение …………………………………………………………………………….. 2
Биосфера и биогеохимические циклы …………………………………………….. 2
Биогеохимический цикл фосфора …………………………………………………. 3
Антропогенное воздействие на биогеохимический цикл фосфора……………… 6
Заключение …………………………………………………………………….……. 7
Список литературы …………………………………………………………………. 9
В ведение
В настоящее время изучение циклических процессов на планете остается актуальной задачей. Биогеохимический цикл фосфора протекает как на суше, так и в океане: соединения фосфора встречаются в горных породах, морской воде, почвах и во всех живых организмах.
Целью данной работы является изучение биогеохимического цикла фосфора, причин его существования и какова роль живых организмов и человека в этом цикле.
В соответствии с этой целью выполняются следующие задачи:
|
|
|
— охарактеризовать фосфор как химический элемент, рассмотреть источники фосфора в биосфере;
— понять отличие круговорота фосфора от других круговоротов веществ в природе;
— рассмотреть сам круговорот фосфора в биосфере и этапы его прохождения;
— проанализировать и оценить влияние человеческой деятельности на биогеохимический цикл фосфора.
Биосфера и биогеохимические циклы
В.И. Вернадский рассматривал биосферу как область жизни, основа которой - взаимодействие живого и косного вещества.
Главная функция биосферы заключается в осуществлении круговоротов химических элементов, которые В.И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Эти циклы обеспечивают важнейшие функции живого вещества. Биосфера организована биогеохимическими циклами необратимых и незамкнутых круговоротов вещества и энергии сквозь ее сферы и уровни организации живого.
Вещества и солнечная энергия вовлекаются в круговорот, но вместе с тем энергия в виде тепла уходит, рассеиваясь в пространстве; нередко и органические вещества выходят из круговорота в окружающую среду, накапливаясь в виде залежей.
Появление человека и влияние его деятельности на окружающую среду представляет собой новое явление в развитии биосферы, закономерный этап ее эволюции (Вернадский, 1989). В.И. Вернадский (1991) в начале прошлого столетия отмечал, что человеческая деятельность резким и радикальным образом изменяет течение естественных процессов и преображает то, что мы называем законами природы. Человек ускоряет отдельные этапы круговорота биогенных элементов в окружающей среде, например: исчерпание ресурсов, накопление отходов.
|
|
|
Основная задача в изучении эволюции биосферы, по мнению В.И. Вернадского (1989), заключается в установлении связи эволюции видов с механизмом биосферы, с ходом биогеохимических процессов [1,4].
Биогеохимический цикл фосфора
Фосфор (Р) – это химический элемент периодической системы Д. И. Менделеева, атомный вес 30,97. Природный фосфор содержит один устойчивый изотоп Р31. Фосфор принадлежит к числу довольно распространенных и жизненно необходимых элементов, содержание его в земной коре составляет около 0,1%. Вследствие высокой химической активности фосфор в свободном состоянии в природе не встречается. Белый фосфор чрезвычайно активен и взаимодействует с выделением большого количества тепла с O2, F, Cl, Br, I, S, H, а также многими металлами, образуя фосфиды — Ca3P2, а также фосфаты — Ca3(PO4)2 и др. Фосфор является одним из важнейших биогенных элементов, так как входит в состав веществ, обеспечивающих энергетический обмен и их взаимосвязь.
|
|
|
Фосфор является составной частью нуклеиновых кислот, фосфолипидов, нуклидов (АТФ и АДФ), протоплазмы и клеток растительных и животных организмов; он регулирует процессы фотосинтеза, обмена N, мембранные, буферные и другие реакции, учувствует в углеводном, жировом и азотном обмене, составе костей и др. Недостаток фосфора резко снижает продуктивность организмов, вызывая фосфорное голодание: замедление роста растений, увядание листьев и др. (по характеру данного воздействия соединения фосфора уступают только влиянию воды).
Значительная часть фосфора сохраняется в почвенном органическом веществе педосферы, в котором концентрация фосфора около 0,15%. Достоверно оценить массу фосфора, находящегося в минеральной части почв, пока невозможно.
Огромное количество фосфора растворено в Мировом океане, где элемент находится в виде [РО4]3-, [НРО4]2- и других анионов, а также в составе органических соединений. В связи с острой необходимостью фосфора для растений и животных этот элемент многократно захватывается организмами и соотношение органического и неорганического фосфора, а также фосфора, находящегося в живом веществе, очень динамично.
|
|
|
Фосфор используется весьма широко, в основном для производства удобрений в виде концентратов фосфорита и апатита (> 90%), а также в химической, пищевой, металлургической и других отраслях. Общие запасы фосфоритов: около 30 млрд т, а ресурсы не менее 50 млрд т.
Месторождения фосфора относятся к эндогенному и экзогенному типам. Масштабы их велики. Среди эндогенных наиболее крупными являются комплексные редкометально-апатит-нефелиновые месторождения с содержанием P2O5 от 7 до 19,2 % (2/3 добычи фосфора в России приходится на Хибины). И комплексные карбонатитовые. Экзогенные фосфоритовые месторождения (примерно 1/3 добычи) имеют следующие запасы и содержания P2O5: пластовые микрозернистых и зернистых руд (Карактау, Казахстан; Северная Африка), желваковые пластовые и др. В месторождениях других полезных ископаемых фосфор встречается часто. Он содержится в углях, морских горючих сланцах, торфе.
Биохимический цикл фосфора: почвы — микроорганизмы и растения — животные — почвы — микроорганизмы и растения… По данным А.П. Виноградова (1957 г.), среднее содержание фосфора в почвах 0,08%, а самое высокое оно в красноземе.
В круговороте фосфора, в отличие от круговоротов углерода и азота, отсутствует газовая фаза. Поэтому роль «резервуара» фосфора, из которого этот элемент извлекается и используется в биологическом круговороте, играет литосфера. Основные резервуары неорганического фосфора - изверженные (апатиты) или осадочные (фосфориты) фосфорсодержащие породы. Под действием механического выветривания и физико-химических факторов они подвергаются разрушению.
Для глобального цикла фосфора главное значение имеет миграция элемента в тесно связанных системах биологического круговорота и континентального стока. До вмешательства человека на суше в биологический круговорот ежегодно вовлекалось более 350×106 т фосфора, в настоящее время (с учетом сельскохозяйственных культур) — 345×106 т элемента, в океане в биологический круговорот фотосинтетиков вовлекается 1210×106 т. Фосфор, как и азот, значительно активнее участвует в биологическом круговороте в океане, чем на суше. Это свидетельствует об ограниченности перечисленных элементов в океане, в то время как на суше живое вещество более обеспечено и не ощущает необходимости в столь интенсивном их использовании.
Для растений наиболее доступным является фосфаты гумуса, и именно они играют главную роль в малом (локальном) биологическом цикле фосфора. Попадая в экосистемы суши, а именно в почву, фосфор поглощается растениями в виде анионов фосфорной кислоты и вовлекается в состав различных органических соединений. Растительный опад попадает в почву и минерализуется (т.е. разлагается до высших оксидов элементов), после чего высвободившийся фосфор снова становится доступным для растений. Скапливается он главным образом в продуктовых частях – семенах, плодах. Наиболее богаты фосфором бобовые растения, а бедны им овощи. Из растений фосфор вместе с пищей попадает в организм животных и человека.
Физиологические процессы, протекающие в животном организме, постоянно связаны с химическими превращениями фосфорсодержащих веществ, например: расщепление их в пищеварительных органах, синтез новых фосфорсодержащих органических соединений. При разложении богатых фосфором органических соединений могут образоваться газообразные и жидкие вещества, например: фосфористый водород, или фосфин, РН3 — очень ядовитый бесцветный с чесночным запахом газ.
При разложении трупов животных микроорганизмами, фосфаты возвращаются в почву и затем снова используются растениями. Помимо этого, в водные экосистемы и, в конечном итоге, в океан, фосфор попадает с поверхностными стоками. В природных водах фосфор содержится в виде минеральных и органических соединений. В солёных морских водах фосфор переходит в состав фитопланктона, служащего пищей другим организмам моря. В последующем он накапливается в организмах моря, при отмирании которых седиментируется (оседает) в виде донных отложений на разных глубинах. Частичный возврат фосфора связан с поднятием земной коры выше уровня моря, однако этот процесс осуществляется медленно, охватывая геологически значимые промежутки времени. Однако, осевший на небольшой глубине органический фосфор возвращается в круговорот быстрее. Добыча фосфора с глубин океана в настоящее время невозможна. Определённое количество фосфора переносится на сушу морскими птицами, а также благодаря рыболовству. Птицы способствуют накоплению фосфора на отдельных островах (на месте своих постоянных колоний) в виде гуано. В связи с тем, что запасы фосфора на Земле малы (около 1 % от массы земной коры), то любое воздействие человека на биогеохимический круговорот этого элемента несёт опасность потери фосфора.
Глобальный цикл фосфора является наименее замкнутым по сравнению со всеми ранее рассмотренными элементами. Единственный природный источник поступления элемента в глобальный цикл — выветривающиеся горные породы суши. Прогрессирующая потеря фосфора континентами может быть восполнена только поступлением в зону гипергенеза осадочных пород, в которых был аккумулирован элемент. Учитывая длительный период его выведения из океана (десятки миллионов лет), можно предполагать, что функционирование глобального цикла фосфора поддерживается тектоническими процессами, перемещающими обогащенные фосфором осадочные породы в зону выветривания [1, 2, 3, 6, 7, 8].
Рисунок 1. — Глобальный круговорот фосфора (по Степановских А.С., 2001)
Антропогенное воздействие на биогеохимический цикл фосфора
Фосфор нужен человеку для многих целей: сельское хозяйство, спичечная промышленность, изготовление многих лекарственных веществ [3].
Антропогенное воздействие на круговорот фосфора (коммунальные стоки, промышленные сбросы, сельскохозяйственная деятельность) способствует тому, что количество выноса фосфора в гидросферу становится гораздо большим, чем его общий объем возврата на сушу. Таким образом, естественный механизм возвращения фосфора из океанов на сушу не компенсирует потери этого элемента при осаждении (седиментации) в гидросфере. В результате наблюдается процесс фосфатизации суши, но процесс этот проявляется крайне неравномерно. К тому же поступление большого количества фосфора (и азота) в водные объекты приводит к их эвтрофированию.
Например, при интенсивной сельскохозяйственной эксплуатации земель потери фосфора в ландшафте становятся практически необратимыми. Компенсация возможна только за счёт применения фосфорных удобрений, которые являются важным и необходимым звеном в получении высоких урожаев сельскохозяйственных культур. Однако, не стоит забывать, что все известные запасы месторождений фосфатов ограничены, а также, что вредные соединения фосфатов в последнее время становятся одним из важнейших факторов загрязнения речных и озерных вод. Стоит отметить, что в настоящее время в сельском хозяйстве:
1. Уборка урожая нарушает цикл, удаляя фосфор с обрабатываемых земель;
2. Ускоряет развитие эрозии почв — вспашка и возделывание разрушают структуру почвы и лишают ее внешней защиты, что увеличивает удаление фосфора с полей с поверхностным стоком;
3. Контроль паводков способствует нарушению естественного цикла фосфора. За счет набухания рек в природе происходит перераспределение богатых фосфором отложений в низинах, где они снова доступны для экосистем. Вместо этого искусственные плотины просто захватывают такие отложения, или береговые валы прочно удерживают их в русле реки, поэтому эти отложения переносятся прямо в море;
4. Слив удобрений с полей и сброс сточных вод способствуют эвтрофикации.
Нарушения естественного цикла состоят из нескольких важных аспектов хозяйственной деятельности человека, таких как:
● мобилизация фосфора из агроруды и шлаков, производство и применение удобрений для сельского хозяйства;
● производство многочисленных препаратов, содержащих фосфор и их использование в быту, промышленности и сельском хозяйстве;
● производство огромных количеств фосфорсодержащих пищевых и кормовых ресурсов, вывоз и потребление в районах концентрации населения и крупных городах;
● развитие рыболовства и китобойного промысла, производство морских моллюсков, водорослей и их потребление на суше, что влечет за собой перераспределение биогенных фосфатов из океана на сушу [1, 2, 5].
Заключение
Фосфор — один из жизненно важных элементов, который оказывает как негативное, так и положительное воздействие на окружающую среду. Человек определённо оказывает влияние на биогеохимический цикл фосфора, в основном тем, что нерационально использует фосфорные удобрения в сельском хозяйстве, в том числе и в нашей стране.
Также стоит отметить, что биосфера будет эволюционировать в дальнейшем, т.к. развитие человечества остановить невозможно. Кроме того, активированные человеческой деятельностью потоки элементов и веществ приводят к развитию негативных процессов, изменяют биогеохимические циклы и приводят к эволюционным изменениям органического мира, как необратимого процесса. Антропогенные преобразования среды обитания и экосистем в большинстве случаев носят пока локальные и региональные проявления. В целом на планете глобальные биогеохимические циклы пока сбалансированы регуляторным потенциалом экосистем и биосферы в целом.
Список литературы:
1. Петрова Е.Ю., Петров Г.Л., Неупокоева Т.В. Биогеохимические циклы [Текст]: методические указания к практическим работам / сост. Е.Ю. Петрова; Г.Л. Петров., Т.В. Неупокоева - Тюмень: ТюмГНГУ, 2015. – с. 4-7, 12-13.
2. Лабутова Н. М., Банкина Т.А. Основы биогеохимии: учеб. пособие. — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2013. — с. 218-224
3. Седнев К. В., Шагитова М.Н. Особенности круговорота фосфора в природе [Электронный ресурс]: сборник статей XI Международной научно-практической конференции «Аграрная наука — сельскому хозяйству», г. Барнаул, 04-05 февраля 2016 г. — С.431-433. — Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=25959116
4. Моисеенко Т.И. Эволюция биогеохимических циклов в современных условиях антропогенных нагрузок: пределы воздействий [Электронный ресурс] / Т.И. Моисеенко // Геохимия. — 2017. — №10. — С. 841-842 — Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=30046301
5. Геппа И.С. Антропогенное влияние на биогеохимический цикл фосфора [Электронный ресурс]: сборник научных трудов Международной научно-практической конференции «Проблемы научно-практической деятельности. Поиск и выбор инновационных решений, г. Киров, 04 мая 2020 г. — С.6-8. — Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=42784862
6. Теучеж А.А. Роль фосфора в развитии живых организмов [Электронный ресурс]: Экологический вестник Северного Кавказа. — 2018. — №1. — С.50-53. — Режим доступа: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=32845083
7. Лихачев С.В. Экология: учебное пособие / С.В. Лихачев; М-во с.-х. РФ, ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА. – Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2012. – с. 35-37
7. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справочник: В 6 кн. / под ред. Э.К. Буренкова — М.: Недра, 1994. — Кн. 2: Главные р-элементы. — С. 197-214.
8. Добровольский В. В. Основы биогеохимии: Учебник для студ. высш. учеб, заведений / Всеволод Всеволодович Добровольский. — М.: Издательский центр «Академия», 2003. — с. 192-194.
Дата добавления: 2020-11-27; просмотров: 1326; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!