Разложение органических веществ.

      Комментарии к записи Разложение органических веществ. отключены

Разложение органических веществ.

Второй ветвью биологического круговорота есть деструкционный цикл, складывающийся из процессов разрушения органических перехода и соединений химических элементов из сложных органических соединений в простые минеральные, сопровождающихся энерговыделением.

Процессы разложения начинаются в самых живых организмах и идут параллельно фотосинтезу. Это процессы дыхания, из-за которых часть синтезированного органического вещества разлагается на первичные продукты — диоксид углерода и воду. Но в растениях синтез органических веществ намного превышает их разложение, и в целом, растения накапливают эти вещества.

Оставшаяся часть синтезированного вещества — первичная продукция — окисляется неспешно, переходя от одного трофического уровня к второму. Животные, для которых растения являются единственным источником химической энергии, разлагают органические вещества весьма интенсивно. Конечными продуктами этого окисления помогают кроме этого вода и углекислый газ.

Но главные процессы разложения связаны с преобразованием отмерших растительных и животных остатков. В их разложении принимают участие своеобразная несколько организмов — редуценты —  грибы, актиномицеты, бактерии. На последней стадии мертвые органические остатки разлагаются микробами (в меньшей степени это происходит методом абиотического окисления).

Применяя химическую энергию, заключенную в органических соединениях, микробы превращают белки, углеводы и жиры в простые минеральные соединения, каковые возвращаются в воздух (углекислый газ, аммиак и вода) и в землю (зольные элементы). Не смотря на то, что наряду с этим разложении происходит образование новых форм живого вещества в виде тел микроорганизмов, общее число органического вещества значительно уменьшается, поскольку главная часть его минерализуется.

Совокупность процессов разложения органических веществ, на протяжении которых химические элементы высвобождаются из состава сложных, богатых энергией органических соединений и опять образуют более простые и более бедные энергией минеральные соединения носит название минерализацией органических веществ.

Скорость разрушения органических соединений подчиняется законам географической зональности и растет с повышением притока солнечной энергии. В случае дефицита тепла и избытке жидкости ежегодный растительный опад не успевает разрушаться и в ландшафте происходит накопление излишней морт-массы, формируется торфяные залежи и мощная подстилка.

В аридных условиях с их высоким энергетическим потенциалом скорость деструкции намного превышает накопление и продуцирование мертвого органического вещества не происходит. Продукционные и деструкционные процессы самый сбалансированы в условиях оптимума тепла и жидкости.

В зависимости от климатических условий скорость разложения органических соединений значительно разна. Неразложившаяся и полуразложенная часть растительных и животных остатков накапливается. Данный процесс М.А.Глазовская назвала детритогенезом. Его количественные характеристики имеют серьёзное химическое значение и характеризуются следующими показателями:

О1- ежегодным растительным опад, О2-зеленой частью опада, О3- лесной подстилкой либо войлоком, соотношением О3  и О2 (опадо-подстилочный индекс ОПИ), предложенный Л.Е Родиным и Н.И. Базилевич.

ОПИ =О3/О2 *100%

Эти показатели значительно меняются в зависимости от природной территории. К примеру, О1 образовывает на такырах – 1 ц/га, в арктической тундре 10 ц/га, во тропических лесах 250 ц/га, а О3 – в сухих степях 15 ц/га, во тропических лесах –20ц/га, в кустарничковой тундре – 835 ц/га. Опадо-подстилочный индекс характеризует интенсивность процессов разложения и образовывает в кустарничковой тундре 2000 –5000%, сухих степях –100%, тропических лесах – 10%.

При разложении часть органических остатков переходит в почвенный гумус, в особенности громадна его часть в условиях достатка тепла и маленького недостатка жидкости, т.е. в условиях степей, где запасы гумуса достигают 600-1000т/га. В землях широколиственных лесов запасы гумуса составляют 300 т/га, таежных лесов —  100 т/га, тундр — 70 т/га. Значения же неразложившихся растительных остатков обратные — в степях 4-10т/га, тайге — 40-50т/га, широколиственных лесах -10-15 т/га.

Запасы мертвого органического вещества и запас биомассы в органах растений являются ответственным резервом питательных веществ, снабжающий устойчивость биоты к колебательным процессам окружающей среды в условиях интенсивного абиогенного выноса элементов зольного и азотного питания.

В лесных ландшафтах (в условиях избыточного увлажнения и потерь элементов и интенсивного стока питания) запас зольных элементов в подстилке и живом веществе прочно удерживающей нужные элементы снабжает определенную автономность (высокую степень замкнутости) биологического круговорота. В степях, где растительность не может накапливать запасы живой фитомассы и опад скоро разрушается, резервом минерального питания являются запасы гумуса.

Для этих ландшафтов устойчивость и определённую автономность снабжают запасы гумуса. Гарантией стабильности для ландшафтов мокрых экваториальных лесов, не имеющих ни замечательной подстилки, ни запасов гумуса есть громадная замкнутость биологического круговорота и высокая скорость разложения органических соединений.

Так, процесс минерализации обогащает ландшафт свободной энергией, носителем которой являются природные воды. Они покупают громадную активность и делают огромную химическую работу. Наличие свободной энергии делает ландшафт неравновесной совокупностью, но, не обращая внимания на это, она сохраняет долгое время собственный вид.

Это разъясняется не термодинамическим равновесием, а стационарностью процессов, протекающих в ландшафте. Устойчивость ландшафта связана с тем, что расходуемый избыток энергии непрерывно восполняется из среды числом, компенсирующем ее понижение в ландшафте. Так, биогенный ландшафт — саморазвивающаяся саморегулирующаяся неравновесная стационарная (устойчивая) совокупность (А.И.Перельман, Н.С.Касимов,1999).

Деструкционный цикл имеет последовательность своеобразных изюминок:

1. Минерализация направлена на разнообразия системы и уменьшение сложности, уменьшение количества сложной биологической информации за счет повышения неорганической.

2. Разложение органических соединений характеризуется, в отличие от процессов их образования, повторяемостью во времени и пространстве. К примеру, болотные воды с громадным содержанием растворенных органических соединений и интенсивной миграцией марганца и железа свойственны для влажных тропических условиях современности и предшествующих мезозоя (и эпох палеозоя). Живое же вещество этих эр различно.

Одновременно с этим в одну эру в различных природных территориях химизм природных вод, определяемый процессами разложения органических соединений однообразен (слабоминерализованные и богатые растворенным органическим веществом воды гумидных ландшафтов, и слабощелочной кислородный класс вод семиаридных ландшафтов). Так процессы разложения и связанные с ними водная миграция однообразнее процессов образования живого вещества. Как бы ни были разнообразны живые организмы, по окончании смерти их остатки преобразовываются в одинаковые простые минеральные соединения –диоксид углерода и воду, и вещества гумусового типа.

Процессы минерализации играются значительную роль в формировании химических черт ландшафта. В следствии минерализации происходит биогенное перераспределение химических элементов, формирование своеобразных биогенных минералов, изменение состава вод ландшафта.

Главная масса живого вещества сосредоточена над землёй либо в верхнем гумусовом  горизонте, тут же происходит минерализация отмерших остатков. Исходя из этого по окончании минерализации в верхней части почвенного профиля накапливаются биофильные элементы, коэффициент биологического поглощения которых больше 1. Поглощение элементов корнями растений происходит из всей земли.

Так, растения играют роль насоса, перераспределяющего химические элементы методом извлечения биофильных элементов из всей аккумуляции и почвенной толщи их в верхнем горизонте. Данный механизм есть отрицательной обратной биокосной связью в ландшафте, содействующей стабилизации как земли, так и всего ландшафта в целом.

Минерализация сопровождается формированием двух групп биогенных минералов. Минералы первой группы входят в состав клеточных выделений, скелета, панциря, раковин и т.д. Эти минералы имеют органоморфную структуру, т.е. сохраняют форму тех клеток, в которых они появились. Эти минералы носят название «биолитов». По окончании смерти живого организма, биолиты поступают в илы, земли , где теряют собственную органоморфную структуру и покупают землистый вид.

К примеру, в верхних слоях аллювиальных отложений сохраняются раковины пресноводных моллюсков, в нижних – они преобразовываются в скопления порошкообразной углекислой извести, частично сохраняющей форму раковин. В тканях многих растений находятся кристаллики кальцита (древесина, землистые выделения на поверхности листьев, известковистый материал в клеточной ткани), каковые при разложении обогащают земли кальцием.

Для диатомовых водорослей и растений степей, горных лугов характерно накопление опаловых (Si2 nH2O) телец –фитолитариев. По окончании разложения растительных остатков опал теряет воду, органоморфную структуру, преобразовывается в халцедон, переосаждается и обогащает землю двуокисью кремния (вторичным кварцем).

Вторая несколько биогенных минералов появляется вне тел организмов из продуктов их жизнедеятельности. Бессчётные изучения (Полынов Б.Б., М.А.Глазовская) как примитивных земель высокогорий, так и прекрасно развитых почвенных профилей обосновывают, что тонкодисперсная (глинистая) часть земель в большой части появилась за счет разложения остатков организмов, т.е. глинистые минералы земель имеют биогенное происхождение. Возможно, этим разъясняется единство глинистых минералов в землях, организованных на разных горных породах.

Так, в ходе разложения и дальнейшей минерализации происходит синтез своеобразных органических соединений – гумуса, своеобразных минеральных соединений –глинистых минералов, и выделение несложных неогранических соединений. Эти процессы приводят к перераспределению химических элементов в литогенной базе ландшафта. Поглощение химических элементов из земель происходит из всего почвенного профиля. Разложение же органических соединений – по большей части в верхнем горизонте.Тут по окончании минерализации аккумулируются те химические элементы, каковые

Разложение органического вещества в значительной мере определяет формирование состава грунтовых вод. В грунтовые воды поступают  диоксид углерода, выделяющийся при дыхании подземных подземной фауны и частей растений, органические их соли и кислоты, и органоминеральные минеральные соединения и комплексы азота, серы и фосфора, образующиеся из продуктов разложения. Состав катионов в грунтовых водах отражает их биофильность.

К примеру, в большинстве ландшафтов (в их водах) кальций преобладает над магнием, поскольку коэффициент биологического поглощения кальция больше, чем магния, и в продуктах минерализации его больше, следовательно его больше поступает в грунтовые воды. В целом, в ландшафтах с замечательным накоплением органического вещества состав речных вод слабо зависит от вмещающих пород. Происходит как бы сглаживание состава вод, они становятся более однообразными, к примеру.

Во всех ландшафтах мокрого климата они пресные гидрокарбонатно-кальциевые. Напротив, в ландшафтах, бедных судьбой (пустыни, сухие степи) — состав вод зависит от состава вмещающих их растворимости и пород. Тут смогут быть сульфатные, местами и хлоридные воды, а среди катионов возрастает роль натрия и магния.

Так, в различных ландшафтах в формировании состава вод принимают участие как химические, так и физико-химические процессы, протекающие в один момент. Эти процессы взаимосвязаны и взаимообусловлены.

В первом случае, химический элемент, перед тем как попасть в ландшафтные воды проходит через тело организма и поступает в воду из живого либо мертвого органического вещества, а во втором случае имеет место растворение минералов, другие реакции и ионный обмен, в которых организмы выступают только как фактор, воздействующий на растворяющую свойство воды. Обе категории процессов развиты во всех ландшафтах. Но в одних ведущее значение имеет первая, в других — вторая.

Показатели интенсивности процессов разложения.

Об интенсивности разложения органических веществ хорошее представление дает отношение подстилки (О3 ) к зеленой части опада (О2 )  

Изомерия и номенклатура предельных углеводородов


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: