Круговорот питательных веществ является одним из наиболее важных процессов, которые происходят в экосистеме. Цикл питательных веществ описывает использование, перемещение и рециркуляцию питательных веществ в окружающей среде. Ценные элементы, такие как углерод, кислород, водород, фосфор и азот, необходимы для жизни и должны быть переработаны для того, чтобы организмы существовали. Питательные циклы включают в себя как живые, так и неживые компоненты и включают биологические, геологические и химические процессы. По этой причине эти питательные контуры известны как биогеохимические циклы.
Биогеохимические циклы можно разделить на два основных типа: глобальные циклы и локальные циклы. Такие элементы, как углерод, азот, кислород и водород, рециркулируются через абиотические среды, включая атмосферу, воду и почву. Поскольку атмосфера является основной абиотической средой, из которой извлекаются эти элементы, их циклы носят глобальный характер. Эти элементы могут перемещаться на большие расстояния, прежде чем они будут поглощены биологическими организмами. Почва является основной абиотической средой для переработки таких элементов, как фосфор, кальций и калий. Таким образом, их движение, как правило, происходит над местным регионом.
Углеродный цикл
Углерод необходим для всей жизни, поскольку он является главным компонентом живых организмов. Он служит в качестве основного компонента для всех органических полимеров , включая углеводы , белки и липиды . Соединения углерода, такие как диоксид углерода (CO2) и метан (CH4), циркулируют в атмосфере и влияют на глобальный климат. Углерод циркулирует между живыми и неживыми компонентами экосистемы преимущественно через процессы фотосинтеза и дыхания. Растения а другие фотосинтетические организмы получают CO2 из своей окружающей среды и используют его для создания биологических материалов. возвратите СО2 в атмосферу Растения, животные и (бактерии и грибы) через дыхание. Движение углерода через биотические компоненты окружающей среды известно как быстрый углеродный цикл. Для перемещения углерода через биотические элементы цикла требуется значительно меньше времени, чем для перемещения его через абиотические элементы. Может потребоваться до 200 миллионов лет, чтобы углерод прошел через абиотические элементы, такие как горные породы, почва и океаны. Таким образом, эта циркуляция углерода известна как медленный углеродный цикл.
Этапы углеродного цикла
- СО2 удаляется из атмосферы фотосинтетическими организмами (растениями, цианобактериями и др.).) и использованный для того чтобы произвести органические молекулы и построить биологическую массу.
- Животные потребляют фотосинтетические организмы и приобретают углерод, хранящийся внутри производителей.
- CO2 возвращается в атмосферу через дыхание во всех живых организмах.
- Бактерии и грибы разрушают мертвые и разлагающиеся органические вещества и выделяют CO2.
- Часть CO2 возвращается в атмосферу через сжигание органического вещества (лесные пожары).
- CO2, захваченный в горной породе или ископаемом топливе, может быть возвращен в атмосферу через эрозию, вулканические извержения или сжигание ископаемого топлива.
Азотный цикл
Подобно углероду, азот является необходимым компонентом биологических молекул. Некоторые из этих молекул включают аминокислоты и нуклеиновые кислоты . Хотя азот (N2) находится в изобилии в атмосфере, большинство живых организмов не могут использовать азот в этой форме для синтеза органических соединений. Атмосферный азот сначала должен быть зафиксирован или преобразован в аммиак (NH3) некоторыми бактериями.
Этапы азотного цикла
- Атмосферный азот (N2) преобразуется в аммиак (NH3) азотфиксирующими бактериями в водной и почвенной средах. Эти организмы используют азот для синтеза биологических молекул, необходимых им для выживания.
- NH3 затем преобразуется в нитрит и нитрат бактериями, известными как нитрифицирующие бактерии.
- Растения получают азот из почвы, поглощая аммоний (NH4 -) и нитрат через свои корни. Нитрат и аммоний используются для получения органических соединений.
- Азот в его органической форме получают животные, когда они потребляют растения или животных.
- Бактерии и грибы возвращают NH3 в почву путем разложения твердых отходов и мертвых или разлагающихся веществ.
- Нитрифицирующие бактерии превращают NH3 в нитрит и нитрат.
- Денитрифицирующие бактерии превращают нитрит и нитрат в N2, высвобождая N2 обратно в атмосферу.
Кислородный Цикл
Кислород-это элемент, который необходим для биологических организмов. Подавляющее большинство атмосферного кислорода (О2) получают в результате фотосинтеза . Растения и другие фотосинтетические организмы используют CO2, воду и световую энергию для производства глюкозы и O2. Глюкоза используется для синтеза органических молекул, в то время как О2 выделяется в атмосферу. Кислород удаляется из атмосферы через процессы разложения и дыхания в живых организмах.
Фосфорный Цикл
Фосфор является компонентом биологических молекул , таких как РНК , ДНК , фосфолипиды и аденозинтрифосфат (АТФ). АТФ-это высокоэнергетическая молекула, получаемая в результате процессов клеточного дыхания и брожение. В цикле фосфора Фосфор циркулирует главным образом через почву, горные породы, воду и живые организмы. Фосфор находится органически в форме фосфат-иона (PO43 -). Фосфор добавляется в почву и воду стоком, образующимся в результате выветривания горных пород, содержащих фосфаты. PO43-поглощается из почвы растениями и получается потребителями через потребление растениями и другими животными. Фосфаты добавляются обратно в почву через разложение. Фосфаты также могут попадать в осадочные породы в водной среде. Эти фосфат содержащие осадки со временем образуют новые породы.