Что поглощают и выделяют растения: Дыхание растений

Содержание

Почвовед РУДН доказал, что глубокие корни растений помогут сдерживать изменения климата

Наука

08 июня 2021

Почвовед РУДН выяснил, что растения с глубокой корневой системой способствуют накоплению в земле органического углерода. Эта способность почв может уменьшить концентрацию углекислого газа в атмосфере и смягчить изменение климата.

Глобальное изменение климата происходит из-за парниковых газов в атмосфере — в первую очередь, содержащих углерод. Значительная часть углерода поглощается в виде углекислого газа растениями, а после их гибели и разложения оказывается в почве. Часть углерода вновь попадает обратно в атмосферу в виде газов, часть может удерживаться в почве в виде органических остатков. Почвовед РУДН выяснил, как можно увеличить способность почв удерживать углерод на глубине.

«Способность почв накапливать органический углерод может смягчить последствия глобальных климатических изменений, поэтому важно искать пути, которые позволят увеличить накопление органики в почве. В последние годы исследователи концентрировались на увеличении содержания органического углерода в верхнем слое почвы, в то время как возможность его увеличения в нижележащих слоях, особенно глубиной более одного метра, изучена гораздо меньше. Однако биохимические условия этих слоев позволяют предполагать, что органика будет разлагаться медленнее, это позволит удержать углерод на более долгий срок», — доктор биологических наук Яков Кузяков, руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН.

Один из способов внести углерод в глубокие слои почвы — многолетние растения с мощной корневой системой. Проникая на глубину, корни разрыхляют почву, выделяют в нее углекислый газ, «кормят» живущих на них бактерий-симбионтов и отмирают. Почвоведы изучили три вида многолетних растений — люцерна (Medicago sativa), кернза (Thinopyrum intermedium) и сильфия цельнолистная (Silphium integrifolium), — которые влияют на осаждение органического вещества в глубинных слоях почвы. Растения принадлежат к разным семействам — бобовых, злаковых и астровых — но у всех них корни прорастают на глубину более пяти метров.

Почвоведы посадили растения в прозрачные контейнеры высотой четыре метра. Устройство контейнеров позволяло ученым наблюдать за ростом корневой системы и брать пробы почвы и корней на любой глубине. Чтобы отследить, как органическое вещество перемещается внутри растений и поглощается микроорганизмами, почвоведы применили изотопное мечение. Листья погрузили в жидкость с редким в природе изотопом углерода ¹³C. Растения впитали его и использовали вместо обычного ¹²C. Через несколько дней после мечения почвоведы взяли пробы корней и почвы на семи разных уровнях — глубиной от 0 до 3,6 м. По количеству ¹³C на разных глубинах ученые «проследили» путь углерода в растении и почве.

У всех растений с увеличением глубины «откладывается» все меньшее количество углерода. Люцерна показала лучший результат по накоплению углерода на глубине 3,6 м — 8% от поглощенного углерода против 2,5% и 2,7 % у кернзы и сильфии. Оказалось, что для всех трех видов углерод на глубине содержался преимущественно в составе умерших клеток. Это значит, что, в отличие от поверхностных уровней, где умершие организмы гниют и выделяют углеродсодержащие газы, на глубине углерод стабилизируется — оказывается «зафиксированным».

«Мы показали, что даже относительно небольшие поступления углерода стабилизируются в глубоких слоях почвы. Это иллюстрирует потенциал в использовании культур с глубокими корнями (особенно люцерны) для накопления углерода в глубине почвы», — доктор биологических наук Яков Кузяков, руководитель Центра математического моделирования и проектирования устойчивых экосистем РУДН.

Результаты опубликованы в журнале Soil Biology and Biochemistry.

Технология чистого воздуха из Омана

Группа дипломированных инженеров из Высшего технологического колледжа в Мускате (Оман) разработала новую технологию извлечения двуокиси углерода (СО2) непосредственно из воздуха и ее превращения в полезные минералы и наномерный углерод с использованием химических процессов и реакций.

В состав группы исследователей, которую возглавлял д-р Мутана Абдулмаджед Джамель, входили следующие специалисты: Бутаина Мохаммед аль-Саиди, Зайнаб Салим аль-Хамди, Басма Абдулла аль-Мавали и Сана Амин аль-Гафри. Их изобретение может стать радикально новым, экономичным и не загрязняющим окружающую среду способом превращения двуокиси углерода в ценные материалы, способствующим решением проблемы изменения климата.

Модель датчика CO2, показывающего содержание CO2 в ppm. (С разрешения Высшего технологического колледжа)

Разработанная этой группой установка для очистки воздуха снижает высокий уровень содержания двуокиси углерода в закрытых пространствах, например, в помещениях, и уменьшает количество вредных переносимых по воздуху частиц, таких как вирусы, микробы и пыль. Это приспособление также имеет небольшой увлажняющий эффект, наполняя помещение чистым и свежим воздухом.

О приспособлении

Это приспособление и метод очистки воздуха путем поглощения СО2 состоит из стеклянного контейнера (9), наполняемого морской водой.

У этого контейнера закругленные углы, сделанные из алюминия (4), крышка (3) с небольшими отверстиями (2) и прикрепленная сверху ручка (1).

В контейнер помещены емкости (7) с отверстиями (2), соединенные трубками (5) с воздушным насосом (6), который находится снаружи контейнера (9).

Модель приспособления для очистки воздуха путем поглощения СО2 (с разрешения Высшего технологического колледжа)

Как это работает

Метод извлечения двуокиси углерода из воздуха заключается в следующей последовательности действий:

Стеклянный контейнер наполняется морской водой или дистиллированной водой с добавлением соли.
После этого измеряются температура в помещении и уровень рН в воде внутри контейнера.
Затем при помощи датчика СО2, являющегося частью этого приспособления, измеряется уровень СО2 в помещении. Если он превышает 600 ppm (частей на миллион), автоматически включается насос и начинает закачивать воздух из помещения в емкости внутри контейнера.
Двуокись углерода в воздухе внутри помещения вступает в реакцию с морской водой и содержащейся в ней соли, и выделяется угольная кислота.
После того как произошла эта реакция, измеряется уровень pH, чтобы убедиться в том, что образовалась угольная кислота.
В емкости помещаются камешки, которые не поглощают СО2, но используются в качестве набивочного (уплотнительного) материала. Это делается для того, чтобы уменьшить размер пузырьков, выделяемых из емкостей. Вышеупомянутая реакция происходит на поверхности пузырьков, поэтому для ускорения этой реакции важно уменьшить размер пузырьков.
Очищенный таким образом воздух содержит гораздо меньше СО2 на метр.

Чем это приспособление/этот метод отличаются от того, что было изобретено ранее?

Результаты изучения ранее запатентованных технологий (предшествующего уровня техники) показывают, что эти технологии:

не решают проблему образования кислоты в результате химической реакции, происходящей, когда содержащийся в воздухе СО2 взаимодействует в водой. Доказано, что происходящее в результате повышение кислотности морской воды вредно для морской флоры и фауны;
требуют энергозатрат (а при выработке энергии происходит выделение СО2) для создания окружающих условий (например, давления и температуры воздуха), при которых технология может эффективно работать;
растворяют углекислый газ, который может вновь выделяться, когда меняются окружающие условия.

Встроенный в приспособление датчик CO2 состоит из двух частей: портативный компонент, передающий сигнал на второй компонент, которым является беспроводной приемопередающий модуль НС-12. Этот НС-12 подключен к воздушному насосу, который срабатывает автоматически, как только содержание СО2 превысило 600 ppm, и отключается, когда уровень СО2 опускается ниже 600 ppm.

Воздействие двуокиси углерода на окружающую среду

Содержащийся в атмосфере СО2 – один из главных источников жизни на планете. Содержание СО2 в атмосфере Земли в доиндустриальную эпоху (начиная с позднего докембрийского периода) регулировалось фотосинтетическими организмами и геологическими явлениями.

Растения, водоросли и цианобактерии используют энергию света для фотосинтеза углеводов из двуокиси углерода и воды, при этом в качестве побочного продукта выделяется кислород. Фотосинтез невозможен без солнечного света, а это значит, что в темное время суток, когда растения выделяют углекислый газ через клеточное дыхание, уровень СО2 возрастает, поскольку ничто не поглощает этот газ и не преобразует его во что-то другое посредством фотосинтеза.

Это означает, что по ночам в жилых помещениях, расположенных в сельских районах, особенно там, где много растительности, как дикорастущей, так и выращиваемой в сельскохозяйственных целях, наблюдается высокий уровень концентрации СО2. К вечеру способность растений поглощать СО2 путем фотосинтеза снижается, в то время как уровень двуокиси углерода, выделяемого в результате деятельности человека, повышается, что отрицательно влияет на местных жителей, которые могут страдать от головных болей, бессонницы, тошноты и т.п.

Наше приспособление помогает снизить концентрацию СО2 в таких жилых помещениях и тем самым сделать жизнь людей более безопасной и удобной. Встроенный в него датчик наблюдает за уровнем СО2, поэтому прибор (и процесс удаления газа) включается автоматически, как только концентрация СО2 превысила 600 ppm, и отключается, когда уровень СО2 опускается ниже этой отметки, что позволяет экономить электроэнергию и сокращать выбросы.

Права интеллектуальной собственности

Признавая значение охраны результатов исследований, проведенных группой специалистов, в июле 2018 г., Высший технологический колледж Муската (Оман), действуя от имени группы, зарегистрировал заявку на патент (OM/P/2018/002), а в июле подал международную заявку (PCT/OM2019/050007) в рамках Договора о патентной кооперации (PCT) на «Приспособление и метод очистки воздуха путем извлечения из него СО2».

Для нас важно было запатентовать наше приспособление, для того чтобы обеспечить охрану изобретения, что в свою очередь важно для развития нашего бизнеса.

Поскольку объем выбросов парниковых газов, являющихся одной из причин глобального потепления, возрастает с каждым годом, очень важно поддерживать идеи и технологические инновации, помогающие смягчить последствия глобального потепления.

Во время фотосинтеза растения поглощают и выделяют …

Перейти к

Упражнение

Питание растений
Питание животных
Волокно к ткани
Нагревать
Кислоты, основания и соли
Физические и химические изменения
Погода, климат и приспособления животных к климату
Ветры, бури и циклоны
Земля
Дыхание в организмах
Транспорт у животных и растений
Размножение растений
Движение и время
Электрический ток и его эффекты
Свет
Вода: драгоценный ресурс
Леса: наш спасательный круг
История сточных вод

Главная >

Решения НЦЭРТ
Класс 7
Наука
>

Глава 1. Питание растений
>

Упражнение
>
Вопрос 1

Вопрос 1 Упражнение

В процессе фотосинтеза растения поглощают ______________________ и выделяют __________________

Ответ:

углекислый газ и выделяют газообразный кислород.

Связанные вопросы

Растение, являющееся частично автотрофным, называется ____________________.

Продукт фотосинтеза не является белком. (Т/Ф)

Растения, синтезирующие свою пищу, называются сапротрофами. (Т/Ф)

В процессе фотосинтеза выделяется углекислый газ. (Т/Ф)

Поры, через которые листья обмениваются газами, называются ________________.

Солнечная энергия преобразуется в химическую энергию в процессе фотосинтеза. (Т/Ф)

Фейсбук

Копировать ссылку

Было ли это полезно?

Упражнения

Главы

Питание в растениях

Питание у животных

клетчатка для ткани

Heat

кислоты, основания и соли

Физические и химические изменения

погода, климат и адаптация животных к животным к животным к животным к животным к животным к животным к животным. Климат

Ветры, штормы и циклоны

Почва

дыхание у организмов

Транспортировка у животных и растений

Репродукция на растениях

Движение и время

Электрический ток и его эффекты

свет

Вода: драгоценный ресурс

Курсы

Быстрые ссылки

Условия и политика

Министерство энергетики США объясняет.

.. круговорот углерода | Министерство энергетики

Офис
Наука

Круговорот углерода описывает, как углерод перемещается между атмосферой, почвой, живыми существами, океаном и человеческими источниками.

Изображение предоставлено Управлением науки Министерства энергетики

Углеродный цикл — это процесс, в ходе которого углерод перемещается между растениями, животными и микробами; полезные ископаемые в земле; и атмосфера. Углерод является четвертым по распространенности элементом во Вселенной. Благодаря своей способности образовывать сложные молекулы, такие как ДНК и белки, углерод делает возможной жизнь на Земле. Углерод в виде двуокиси углерода (CO ₂) также является важной частью нашей атмосферы, где он помогает контролировать температуру Земли.

Поскольку лишь незначительное количество атомов достигает Земли из космоса, наша планета называется закрытой системой. Это означает, что Земля не получает и не теряет углерод. Но углерод движется постоянно. Большая часть углерода на Земле хранится в горных породах и отложениях. Остальное находится в океане, атмосфере и живых организмах. Ученые используют термин «поглотители углерода» для обозначения мест, где углерод хранится вдали от атмосферы.

Растения постоянно обмениваются углеродом с атмосферой. Растения поглощают углекислый газ во время фотосинтеза, и большая часть этого углекислого газа затем хранится в корнях, вечной мерзлоте, лугах и лесах. Затем растения и почва выделяют углекислый газ при разложении. Другие организмы также выделяют углекислый газ, когда они живут и умирают. Например, животные выдыхают углекислый газ при дыхании и выделяют углекислый газ при разложении. Океаны также обмениваются углеродом с атмосферой, поглощая углерод, который затем тонет при охлаждении. Кроме того, углерод хранится в горных породах и других геологических отложениях. Например, уголь и другие ископаемые виды топлива состоят из углерода растений, который хранился под землей миллионы лет.

Люди оказывают огромное влияние на углеродный цикл, когда мы сжигаем древесину, ископаемое топливо (такое как нефть, уголь и природный газ) и другие формы углерода. Это действие высвобождает накопленный углерод в атмосферу, где он становится парниковым газом. Парниковые газы — это газы в атмосфере, которые поглощают и выделяют тепло.

Круговорот углерода формирует наш климат. Как парниковый газ, углекислый газ в атмосфере помогает определить, насколько теплая Земля. Слишком мало углекислого газа и других парниковых газов, и Земля замерзнет. Слишком много превратило бы атмосферу в печь. Вот почему понимание углеродного цикла и нашей роли в этом цикле имеет решающее значение для будущего Земли.

Управление науки Министерства энергетики США: вклад в исследования углеродного цикла

Министерство энергетики (DOE) поддерживает исследования углеродного цикла в первую очередь через программу Управления науки биологических и экологических исследований (BER). BER поддерживает исследования углекислого газа в атмосфере и других парниковых газов. BER также поддерживает исследования в области системной биологии, посвященные процессам растений, которые удаляют CO ₂ из атмосферы и превращают его в более стабильные формы углерода, а также сложным отношениям между растениями, связанными с ними микробами (т. е. растительными микробиомами) и более широкими сообществами. почвенных микробов, влияющих на процессы углеродного цикла. В дополнение к BER жизненно важную роль в изучении углеродного цикла играет программа передовых научных вычислительных исследований (ASCR) Министерства энергетики США, направленная на улучшение систем Земли и моделей климата, чтобы лучше понять, как углекислый газ и другие факторы формируют нашу планету. Министерство энергетики также участвует в Научной программе углеродного цикла США, межведомственной деятельности по координации научных исследований углеродного цикла США.

Факты об углеродном цикле

Углекислый газ является одним из основных парниковых газов, наряду с метаном, закисью азота и рядом промышленных газов, называемых фторированными газами. Это газы, которые задерживают тепло в атмосфере.
Углерод можно удалить из атмосферы с помощью ряда технологий, называемых связыванием углерода , включая прямое улавливание воздуха , при котором углекислый газ удаляется прямо из атмосферы.
В прошлом около 25 процентов выбросов углерода из антропогенных источников исторически приходилось на леса, пастбища и фермы. И около 30 процентов углекислого газа, который мы производим, улавливается океаном. Эти проценты изменятся в будущем, поскольку люди продолжают выбрасывать углекислый газ в атмосферу.

Ресурсы и связанные термины

Программа BER Управления науки Министерства энергетики США
Программа ASCR Управления науки Министерства энергетики США
Научная программа углеродного цикла США
Научное открытие: потепление почвы означает укрепление микробных сетей
Научное достижение: трудное будущее тропических лесов
Научное достижение: бактериальный круговорот углерода в почве не является совместным усилием

Научные термины могут сбивать с толку.