Влияние человека на растения сообщение: 6 класс. Биология. Влияние человека на растительный мир, охрана растений — Влияние человека на растительный мир, охрана растений

6 класс. Биология. Влияние человека на растительный мир, охрана растений — Влияние человека на растительный мир, охрана растений

Комментарии преподавателя

Влияние вредных факторов на растения. Растительный мир чрезвычайно многообразен. Но растения, как и другие живые организмы Земли, подвергаются воздействию различных вредных факторов, особенно в городах и их окрестностях. Особую опасность представляет загрязнение воды, воздуха, почвы вредными веществами. Например, газы, которые выбрасывают в атмосферу промышленные предприятия и транспорт, вызывают заболевания и гибель растений: листья теряют зелёную окраску и опадают, отмирают корни и многие растения исчезают совсем. Специалисты ищут пути оздоровления окружающей среды. На промышленных рпедприятиях устанавливают фильтры, обезвреживают действие выхлопных газов транспорта.

Загрязнение окружающей среды оказывает губительное воздействие на растительный мир, угрожая в конечном счёте здоровью и даже жизни человека.

Использование растений для охраны среды от загрязнения. Стараясь оздоровить воздух в городах и посёлках, люди высаживают растения. При этом повышается содержание кислорода и уменьшается доля вредных газов и пыли. Желательно высаживать растения, выделяющие, например, фитонциды, но не все они выдерживают загрязнённый воздух: у них отмирает листва, прекращается рост и дерево постепенно засыхает. Поэтому для городских насаждений годятся не все древесные породы.
Многие растения, особенно чувствительные к ядовитым веществам, могут служитьиндикаторами загрязнения воздуха. При повышенном содержании в воздухе сернистого газа подсыхает и опадает хвоя ели обыкновенной (1). Листья люцерны (2) и редьки повреждаются даже при слабой концентрации в воздухе хлористого водорода. При наличии в воздухе фтора – листья гладиолуса (3). Подобных примеров известно много.

Растения-индикаторы следует высаживать вокруг промышленных предприятий, вдоль автомагистралей, чтобы вовремя получать сигналы опасности.

Многие растения способны поглощать и перерабатывать вредные для человека вещества. Определено, что значительное количество таких веществ поступают в хлоропласты. Большое количество сернистого газа поглощает тополь бальзамический. Тополь чёрный (2), липа мелколистная (3) и конский каштан обыкновенный(4) поглощают свинец. Сирень обыкновенная и бузина красная (6) – радиоактивные вещества. Хорошо очищает воздух городов снежноягодник (5).

Многие растения, содержащие или выделяющие вещества губительные для других организмов, можно использовать вместо ядохимикатов при борьбе с вредителями сада и огорода. Отвар чистотела применяют против крыжовникового пилильщика, гусениц яблоневой плодожорки, тли и щитовки. Отвар горчицы – от гороховой плодожорки. Лук и чеснок можно высадить около растений, которые страдают от долгоносика, клещей, проволочника.

Охрана растений и растительных сообществ.  Человек постоянно вмешивается в жизнь природы. К серьёзным нарушениям в равновесии природы приводит загрязнение среды промышленными предприятиями, выхлопными газами автомобилей, бытовым мусором, ядохимикатами. Губительны для природы распашка степей, осушение болот, неконтролируемая вырубка лесов, лесные пожары. Также к исчезновению растительности приводит: сбор плодов и цветов, вытаптывание, поломанные ветки, отсутствие птиц, распуганных присутствием человека. Исчезают целые растительные сообщества и отдельные виды.

Исчезающие виды растений внесены в Красные книги России или области, района. Они подлежат особой охране. Среди них много красивых растений – это виды подснежников (4), ятрышников (2), сон-травы (1), лилий.

Отдельные виды растений сохраняют в ботанических садах. Но для того чтобы сохранить растительные сообщества и виды исчезающих растений в природе, создана сеть охраняемых территорий, где воздействие человека на природу ограничено или вовсе исключено.

Заповедники – это большие территории, где сохраняется в естественном состоянии весь природный комплекс. Здесь запрещена любая хозяйственная деятельность человека, в том числе сенокошение, сбор растений, выпас скота. В заповедниках работают учёные, изучающие жизнь природы. Самые крупные заповедники получают статус биосферных. На территории России это Кавказский, Центральнолесной, Воронежский, Центральносибирский, Байкальский заповедники.
Заказники – небольшие участки временно охраняемой территории с ограничением хозяйственной деятельности и посещения людей. В заказниках сохраняют отдельные виды растений или животных.

Национальные парки – большие территории, как правило, расположенные в живописных местах, на которых сохранились природные комплексы особой ценности. Большая часть национальных парков, в отличие от заповедников, открыта для посещения людей. В них проводятся работы по сохранению редких видов растений и животных. На территории Москвы и Московской области расположен национальный парк Лосиный остров. На Кавказе – Сочинский национальный парк.

******************************************************

Че­ло­век ра­зум­ный по­явил­ся на земле около 200 тыс. лет назад.

Ан­тро­по­ген­ные фак­то­ры – фак­то­ры, ко­то­рые по про­ис­хож­де­нию свя­за­ны с де­я­тель­но­стью че­ло­ве­ка.

Эко­ло­гия – наука об от­но­ше­нии ор­га­низ­мов и их со­об­ществ между собой и с окру­жа­ю­щей сре­дой.

Около 10 000 лет назад че­ло­век начал одо­маш­ни­ва­ние рас­те­ний и жи­вот­ных. Так че­ло­век пе­ре­шел от охоты и со­би­ра­тель­ства к зем­ле­де­лию и ско­то­вод­ству. В ре­зуль­та­те хо­зяй­ствен­ной де­я­тель­ность умень­ши­лось ко­ли­че­ство диких жи­вот­ных, пло­ща­ди лесов.

Умень­ше­ние пло­ща­ди лесов при­ве­ло к об­ме­ле­нию рек. Ис­то­щи­лись почвы, стало боль­ше овра­гов, уча­сти­лись су­хо­веи. Во мно­гих во­до­е­мах вода стала непри­год­ной для питья.

Араль­ское море

Араль­ское море (см. Рис. 1) – быв­шее со­ле­ное озеро на гра­ни­це Ка­зах­ста­на и Уз­бе­ки­ста­на. На­чи­ная с 60-х годов про­шло­го века, из пи­та­ю­щих его рек про­из­во­дил­ся забор воды для оро­ше­ния полей. И уро­вень воды в море стал па­дать, оно рас­па­лось на 2 во­до­е­ма. До об­ме­ле­ния Араль­ское море было 4-м по ве­ли­чине озе­ром мира. На быв­шем дне озера от­кла­ды­ва­лись ядо­хи­ми­ка­ты с полей, ко­то­рые с пылью раз­но­сят­ся на окру­жа­ю­щие тер­ри­то­рии. И рост дикой рас­ти­тель­но­сти тор­мо­зит­ся. Со­глас­но рас­че­там уче­ных, спа­сти Араль­ское море невоз­мож­но даже при пол­ном от­ка­зе от за­бо­ра воды.

Рис. 1. Араль­ское море

За­гряз­не­ние воды, воз­ду­ха, почвы может вы­зы­вать на­ру­ше­ние и ги­бель при­род­ных со­об­ществ. По­это­му в раз­ных стра­нах есть за­ко­ны, ре­гла­мен­ти­ру­ю­щие ис­поль­зо­ва­ние при­род­ных бо­гатств.

Но в се­ре­дине XX века хо­зяй­ствен­ная де­я­тель­ность че­ло­ве­ка при­ве­ла к очень се­рьез­ным по­след­стви­ям.

Рас­те­ния под­вер­же­ны дей­ствию за­гряз­не­ния окру­жа­ю­щей среды. За­гряз­не­ние может быть хи­ми­че­ским (вы­хлоп­ные газы), фи­зи­че­ским (на­грев воды от ТЭЦ, шум) и био­ло­ги­че­ским (ввоз бор­ще­ви­ка Сос­нов­ско­го (см. Рис. 2) на тер­ри­то­рию Рос­сии, ввоз кро­ли­ков на тер­ри­то­рию Ав­стра­лии, что при­ве­ло к зна­чи­тель­но­му умень­ше­нию кор­мо­вой базы).

Рис. 2. Бор­ще­вик Сос­нов­ско­го (Ис­точ­ник)

Газы (вы­хлоп­ные, про­мыш­лен­ные) вы­зы­ва­ют ги­бель рас­те­ний: ли­стья опа­да­ют, корни от­ми­ра­ют. И мно­гие рас­те­ния могут со­всем ис­чез­нуть. Для оздо­ров­ле­ния окру­жа­ю­щей среды на вы­хлоп­ных тру­бах уста­нав­ли­ва­ют филь­тры, ко­то­рые за­дер­жи­ва­ют ядо­ви­тые ве­ще­ства. Ис­чез­но­ве­ние рас­те­ний гу­би­тель­но ска­жет­ся на че­ло­ве­ке.

В на­сто­я­щее время во всех раз­ви­тых стра­нах при­ни­ма­ют за­ко­ны и про­во­дят ме­ро­при­я­тия по за­щи­те окру­жа­ю­щей среды.

Охра­ня­е­мые при­род­ные тер­ри­то­рии со­зда­ют­ся для со­хра­не­ния наи­бо­лее ред­ких и цен­ных видов.

За­по­вед­ник – тер­ри­то­рия, где пол­но­стью за­пре­ще­на любая хо­зяй­ствен­ная де­я­тель­ность.

За­каз­ник – тер­ри­то­рия, где охра­ня­ет­ся часть при­род­но­го ком­плек­са, ко­то­рая обес­пе­чи­ва­ет вы­жи­ва­ние опре­де­лен­ных видов рас­те­ний и жи­вот­ных. Хо­зяй­ствен­ная де­я­тель­ность, ко­то­рая не за­тра­ги­ва­ет эту часть ком­плек­са, здесь может быть раз­ре­ше­на.

На­ци­о­наль­ный при­род­ный парк – тер­ри­то­рия, где в целях охра­ны окру­жа­ю­щей среды огра­ни­че­на де­я­тель­ность че­ло­ве­ка. В от­ли­чие от за­по­вед­ни­ка, сюда до­пус­ка­ют­ся ту­ри­сты. В огра­ни­чен­ных мас­шта­бах раз­ре­ше­на хо­зяй­ствен­ная де­я­тель­ность.

Бо­та­ни­че­ский сад – тер­ри­то­рия, на ко­то­рой со­дер­жит­ся кол­лек­ция живых ред­ких рас­те­ний.

Крас­ная книга – спи­сок ред­ких и на­хо­дя­щих­ся под угро­зой ис­чез­но­ве­ния жи­вот­ных, рас­те­ний и гри­бов. Крас­ные книги бы­ва­ют раз­лич­но­го уров­ня — меж­ду­на­род­ные, на­ци­о­наль­ные и ре­ги­о­наль­ные.

Зе­ле­ная книга яв­ля­ет­ся го­су­дар­ствен­ным до­ку­мен­том, в ко­то­ром со­бра­ны све­де­ния о со­вре­мен­ном со­сто­я­нии ред­ких, ис­че­за­ю­щих и ти­пич­ных при­род­ных рас­ти­тель­ных со­об­ществ, нуж­да­ю­щих­ся в охране и име­ю­щих важ­ное зна­че­ние как со­став­ная часть био­ло­ги­че­ско­го раз­но­об­ра­зия.

Рас­те­ния имеют раз­ную чув­стви­тель­ность к усло­ви­ям окру­жа­ю­щей среды, наи­бо­лее чув­стви­тель­ны мхи, пихта, граб.

Осо­бен­но чут­кие виды на­зы­ва­ют ви­да­ми-ин­ди­ка­то­ра­ми, на­блю­дая за ними можно оце­нить со­сто­я­ние окру­жа­ю­щей среды.

Ли­хе­но­ин­ди­ка­ция

Ли­хе­но­ин­ди­ка­ция – метод опре­де­ле­ния со­сто­я­ния окру­жа­ю­щей среды при по­мо­щи ли­шай­ни­ков. Ли­шай­ни­ки впи­ты­ва­ют влагу всем телом, так же могут по­сту­пать и ток­сич­ные ве­ще­ства. По­это­му ли­шай­ни­ки особо уяз­ви­мы к дей­ствию за­гряз­не­ния воз­ду­ха. Пер­вые со­об­ще­ния о мас­со­вой ги­бе­ли ли­шай­ни­ков в окрест­но­стях про­мыш­лен­ных го­ро­дов от­но­сят­ся ко вто­рой по­ло­вине XIX века. Ли­хе­но­ин­ди­ка­ция пред­на­зна­че­на для дли­тель­ных ис­сле­до­ва­ний.

Наи­бо­лее устой­чи­вые рас­те­ния сле­ду­ет ис­поль­зо­вать для озе­ле­не­ния и со­зда­ния за­щит­ных ле­со­по­лос. К за­гряз­не­ни­ям ат­мо­сфер­но­го воз­ду­ха устой­чи­вы то­поль, лист­вен­ни­ца. Они по­гло­ща­ют мно­гие вред­ные ве­ще­ства и яв­ля­ют­ся хо­ро­ши­ми пы­ле­уло­ви­те­ля­ми.

Леса во­круг про­мыш­лен­ных го­ро­дов по­гло­ща­ют и обез­вре­жи­ва­ют вред­ные ве­ще­ства.

Вы­ми­ра­ние – есте­ствен­ный про­цесс

Жи­вот­ный и рас­ти­тель­ный мир древ­но­сти силь­но от­ли­чал­ся от со­вре­мен­но­го. Мно­гие груп­пы рас­те­ний пол­но­стью вы­мер­ли. Вы­ми­ра­ние – один из ос­нов­ных про­цес­сов эво­лю­ции. За жизнь пла­не­ты на­счи­ты­ва­ют 5 мас­со­вых вы­ми­ра­ний видов. По­след­нее из них – вы­ми­ра­ние ди­но­зав­ров.

В Рос­сии ра­бо­та­ют об­ще­ствен­ные и го­су­дар­ствен­ные ор­га­ни­за­ции за­щит­ни­ков окру­жа­ю­щей среды.

источник конспекта — http://interneturok. ru/ru/school/biology/6-klass/tema/vliyanie-cheloveka-na-rastitelnyy-mir-ohrana-rasteniy?seconds=0&chapter_id=1768

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=8MvTqd2N-3Y

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=4EZhex3OUew

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=VhumoClXPEc

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=0HUd5FKtTzE

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=x_UJZ6fwQkw

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=rpGG9ZyRQh0

источник видео — http://www.youtube.com/watch?v=OEfY635sUag

источник презентации — http://ppt4web.ru/ehkologija/vlijanie-cheloveka-na-rastitelnyjj-i-zhivotnyjj-mir.html

http://biolicey2vrn.ru/index/vlijanie_cheloveka_na_rastitelnyj_mir/0-76

Влияние хозяйственной деятельности человека на растительный мир

Тысячелетиями
человек был частью природы. Он брал необходимое для выживания: пропитание,
материал для жилищ, топливо. Использовал растения и животных для своих нужд.
Воздействие человека на окружающую природу было не более чем воздействие других
животных существ на неё.

Около
10 тыс. лет назад человек начал одомашнивание животных и введение растений в
культуру. Он перешёл от собирательства и охоты к земледелию и скотоводству.

Постепенно
бурная деятельность человека (распашка земель, раскорчёвка и выжигание лесов,
стравливание пастбищ и вытаптывание травостоев домашними животными) привела к
серьёзным изменениям в природе.

Огромные
площади земель используются человеком для различных целей.

Поверхность
Земли составляет 510 млн..
А 29 % от всей поверхности Земли составляет суша — это 149 млн..
Сельскохозяйственные угодья, используемые человеком, составляют — 51 млн..
Из них: пашня —14 млн. .
Пастбища и сенокосы — 37 млн.

Учёными
доказано, что за последние 100 лет в мире из-за истощения земли выбыло из
оборота 27 % сельскохозяйственных угодий. Лучшие земли планеты уже освоены.

Многие
земли загрязнены так, что на них не возможна жизнь, учитывая то, что почва
очень важна для человека, так как на ней выращиваются сельскохозяйственные
растения для питания.

Почвенный
покров Земли кажется нам обычным и вечно существующим в природе. Однако это не
так.

Ежегодно
земельные угодья теряют слой плодородной почвы, на создание которого природа
затратила тысячи лет. Недооценивая роль этого величайшего природного богатства,
человечество ставит под угрозу само своё существование.

Охрана
почвы от её разрушения, борьба с уменьшением её плодородия ― важнейшая
экологическая проблема, требующая пристального внимания мирового сообщества.

В
результате хозяйственной деятельности человека поредели густые леса,
сократилось число видов диких животных, а некоторые исчезли совсем.

Сведение
лесов вызвало обмеление водоёмов и уменьшение уловов рыбы.

Несмотря
на то, что катастрофические последствия сведения лесов уже широко известны, уничтожение
их продолжается. Ежегодно общая площадь лесов уменьшается на 2 %.

За
истекшие тысячелетия на земном шаре вырублено и сожжено 2/3 всех лесов, свыше
500 млн га плодородных земель превратились в пустыни.

Всемирный
Фонд Охраны Дикой Природы подсчитал, что уже через 40 лет биоресурсы планеты
Земля будут полностью исчерпаны. Хуже всего обстоит ситуация с лесными
массивами. Всему виной устаревшие методы природопользования, которые
человечество использует до сих пор.

Человек
все больше и больше начинает вторгаться в природу и изменять её в своих
интересах, для достижения каких-то целей.

В
результате различных технических изобретений потребление природных ресурсов
увеличивается.

Особенно
сильные изменения произошли вокруг городов. Растут обширные свалки мусора и
отходов, которые образуются из различных ненужных вещей.

Например,
у каждого человека имеется множество вещей, без которых жизнь кажется
невозможной. Более того, индустрии требуется постоянно расширять рынок сбыта.
Поэтому с помощью рекламы нам внушается, что старые (неважно, годные или нет)
вещи нужно выкидывать и приобретать новые.

Таким
образом, постоянно увеличиваются объёмы производства, строятся новые фабрики и
заводы. Каждый из них должен иметь очистные сооружения, все основные технологии
и формы деятельности необходимо регулярно обновлять, вкладывать деньги в то,
чтобы уменьшить вредные выбросы. Однако это требует немалых финансовых затрат,
на которые многие владельцы идти не хотят. В результате загрязняется атмосфера,
умирают леса и водоёмы, а люди приобретают серьёзные заболевания.

Влияние
вредных факторов на растения

Каждое
растение растёт в тех условиях, к которым оно приспособлено.

Для
нормального развития и роста растениям требуются определённые условия. Это: 1.
Необходимая атмосфера: воздух, углекислый газ, кислород.

2.
Оптимальная температура воздуха и почвы.

3.
Правильная среда: температура, кислотно-щелочное равновесие, влажность.

4.
Сбалансированное питание минеральными веществами в требуемых количествах и в
подходящем для конкретного растения составе.

5.
Необходимое освещение.

6.
Достаточное увлажнение.

Изменение
условий обитания может привести к гибели вида. Растения, как и другие живые
организмы Земли, подвергаются воздействию различных вредных факторов, особенно
в городах и их окрестностях.

Особую
опасность представляет загрязнение воды, воздуха, почвы вредными веществами.
Например, газы, которые выбрасывают в атмосферу промышленные предприятия и
транспорт, вызывают заболевания и гибель растений: листья теряют зелёную
окраску и опадают, отмирают корни, и многие растения исчезают совсем.

Загрязнение
окружающей среды оказывает губительное воздействие на растительный мир, угрожая
в конечном счёте здоровью и даже жизни человека.

В
настоящее время во всех развитых странах принимают законы и проводят
мероприятия, направленные на защиту окружающей среды от вредных на неё
воздействий.

Чтобы
сохранить уникальные, наиболее ценные уголки природы, стали создавать заповедники.

Заповедник
—
это участок территории (акватории), на котором сохраняется в естественном
состоянии весь его природный комплекс, а охота запрещена.

Общее
число заповедников, национальных парков и охраняемых участков во всём мире
составляет около 800.

По
состоянию на конец 2015 года на территории России действовало 104
государственных природных заповедника, суммарной площадью свыше 27 млн га (без
акваторий).

В
отличие от заповедников, на территории заказников охраняется не
весь природный комплекс, а лишь та его часть, которая обеспечивает
существование определённых растений и животных.

Большую
роль в охране редких растений играют ботанические сады, опытные станции и
другие подобные учреждения.

В
ботанических садах собраны живые коллекции редких растений, некоторые из них
вводят в культуру.

Учёные
установили, что растения имеют различную чувствительность к загрязнению
окружающей среды.

Наиболее
чутко на загрязнения реагируют лишайники, мхи, ель, пихта и другие растения.
Наблюдая за ними, учёные очень точно могут судить о загрязнении окружающей
среды.

Если
наиболее чувствительные к загрязнению растения могут служить показателями
состояния окружающей среды, то устойчивые следует использовать для озеленения
городов с развитой промышленностью и обилием автомобилей.

Наиболее
устойчивы к загрязнению атмосферного воздуха такие растения как: акация белая,
тополь, каштан, берёза, ольха, ива, боярышник, сирень, лиственница и др. Эти
растения активно поглощают из воздуха различные вредные вещества и являются
хорошими пылеуловителями.

Правильное
использование растений в озеленении не только очищает воздух от вредных для
здоровья веществ, но и делает населённые пункты уютными и красивыми.

Важную
экологическую и оздоровительную роль играют леса вокруг промышленных центров.
Являясь устойчивым растительным сообществом с большим числом видов, лес
особенно активно поглощает и перерабатывает вредные вещества.

Человек
в конечном итоге живёт за счёт зелёных растений ― основных производителей
органических веществ и кислорода.

Охрана
природы и рациональное использование её ресурсов важны не только для одного
государства, но и для всего земного шара в целом.

Охраняя,
восстанавливая и умножая растительный покров нашей планеты, мы создаём условия
для жизни не только современников, но и будущих поколений.

Азотный цикл: процессы, участники и влияние человека

Введение

Азот является одним из основных питательных веществ, необходимых для выживания всех живых организмов. Это необходимый компонент многих биомолекул, включая белки, ДНК и хлорофилл. Хотя азот очень распространен в атмосфере в виде газообразного азота (N ₂ ), в этой форме он практически недоступен для большинства организмов, что делает азот дефицитным ресурсом и часто ограничивает первичную продуктивность во многих экосистемах. Только когда азот превращается из газообразного азота в аммиак (NH ₃ ) становится ли он доступным для первичных производителей, таких как растения.

Помимо N ₂ и NH ₃ , азот существует во многих различных формах, включая как неорганические (например, аммиак, нитраты), так и органические (например, амино- и нуклеиновые кислоты) формы. Таким образом, азот претерпевает множество различных преобразований в экосистеме, переходя из одной формы в другую по мере того, как организмы используют его для роста и, в некоторых случаях, для получения энергии. Основными превращениями азота являются фиксация азота, нитрификация, денитрификация, анаммокс и аммонификация (рис. 1). Превращение азота в его многочисленные состояния окисления является ключом к продуктивности в биосфере и в значительной степени зависит от деятельности разнообразных микроорганизмов, таких как бактерии, археи и грибы.

Рисунок 1: Основные преобразования в азотном цикле

С середины 1900-х годов люди оказывают все возрастающее влияние на глобальный азотный цикл. Деятельность человека, такая как производство удобрений и сжигание ископаемого топлива, значительно изменила количество связанного азота в экосистемах Земли. На самом деле, некоторые предсказывают, что к 2030 году количество азота, улавливаемое деятельностью человека, превысит количество азота, улавливаемое микробными процессами (Vitousek, 1997). Увеличение доступного азота может изменить экосистемы за счет увеличения первичной продуктивности и воздействия на накопление углерода (Galloway 9).0021 и др. . 1994). Из-за важности азота во всех экосистемах и значительного воздействия деятельности человека азот и его преобразования привлекли большое внимание экологов.

Фиксация азота

Газообразный азот (N ₂ ) составляет почти 80% атмосферы Земли, однако азот часто является питательным веществом, которое ограничивает первичную продукцию во многих экосистемах. Почему это так? Потому что растения и животные не могут использовать газообразный азот в такой форме. Чтобы азот был доступен для производства белков, ДНК и других биологически важных соединений, его сначала нужно преобразовать в другую химическую форму. Процесс конвертации N ₂ в биологически доступный азот называется азотфиксацией. Газ N ₂ является очень стабильным соединением из-за прочности тройной связи между атомами азота, и для разрыва этой связи требуется большое количество энергии. Для всего процесса требуется восемь электронов и не менее шестнадцати молекул АТФ (рис. 2). В результате только избранная группа прокариот способна осуществлять этот энергозатратный процесс. Хотя большая часть фиксации азота осуществляется прокариотами, некоторая часть азота может фиксироваться абиотически молнией или некоторыми промышленными процессами, включая сжигание ископаемого топлива.

Рисунок 2: Химическая реакция азотфиксации

Рисунок 3: Азотфиксирующие клубеньки на корнях растения клевера

Некоторые азотфиксирующие организмы являются свободноживущими, тогда как другие являются симбиотическими азотфиксаторами, которые требуют тесной ассоциации с хостом для выполнения процесса. Большинство симбиотических ассоциаций весьма специфичны и имеют сложные механизмы, помогающие поддерживать симбиоз. Например, корневые экссудаты бобовых растений (например, гороха, клевера, сои) служат сигналом для некоторых видов Rhizobium , азотфиксирующие бактерии. Этот сигнал привлекает бактерии к корням, и затем происходит очень сложная серия событий, которые инициируют поглощение бактерий корнями и запускают процесс фиксации азота в клубеньках, образующихся на корнях (рис. 3).

Некоторые из этих бактерий являются аэробными, другие анаэробными; одни являются фототрофными, другие хемотрофными (т. е. используют химические вещества в качестве источника энергии вместо света) (табл. 1). Несмотря на большое физиологическое и филогенетическое разнообразие организмов, осуществляющих фиксацию азота, все они имеют сходный ферментный комплекс, называемый нитрогеназой, который катализирует восстановление N9.от 0006 2 до NH ₃ (аммиак), которые можно использовать в качестве генетического маркера для выявления возможности азотфиксации. Одной из характеристик нитрогеназы является то, что ферментный комплекс очень чувствителен к кислороду и дезактивируется в его присутствии. Это представляет интересную дилемму для аэробных азотфиксаторов и особенно для аэробных азотфиксаторов, которые также являются фотосинтезирующими, поскольку они фактически производят кислород. Со временем азотфиксаторы разработали различные способы защиты своей нитрогеназы от кислорода. Например, некоторые цианобактерии имеют структуры, называемые гетероцистами, которые обеспечивают среду с низким содержанием кислорода для фермента и служат местом, где в этих организмах происходит фиксация всего азота. Другие фотосинтезирующие азотфиксаторы фиксируют азот только ночью, когда их фотосистемы бездействуют и не производят кислород.

Гены нитрогеназы распространены по всему миру и были обнаружены во многих аэробных средах обитания (например, в океанах, озерах, почвах), а также в средах обитания, которые могут быть анаэробными или микроаэрофильными (например, кишки термитов, отложения, гиперсоленые озера, микробные маты, планктонные ракообразные) (Zehr et al . 2003). Широкое распространение азотфиксирующих генов предполагает, что азотфиксирующие организмы проявляют очень широкий диапазон условий окружающей среды, чего и следовало ожидать для процесса, который имеет решающее значение для выживания всей жизни на Земле.

Таблица 1: Репрезентативные прокариоты, которые, как известно, осуществляют фиксацию азота

© Nature Education, 2010.

Нитрификация

Нитрификация — это процесс превращения аммиака в нитрит, а затем в нитрат, который является еще одним важным этапом глобального азотного цикла. Большая часть нитрификации происходит аэробно и осуществляется исключительно прокариотами. Существуют две отдельные стадии нитрификации, которые осуществляются разными типами микроорганизмов. Первым этапом является окисление аммиака до нитрита, которое осуществляется микробами, известными как окислители аммиака. Аэробные окислители аммиака превращают аммиак в нитрит через промежуточный гидроксиламин, для этого процесса требуются два разных фермента, монооксигеназа аммиака и оксидоредуктаза гидроксиламина (рис. 4). Этот процесс генерирует очень небольшое количество энергии по сравнению со многими другими типами метаболизма; в результате нитрозоферы, как известно, очень медленно растут. Кроме того, аэробные окислители аммиака также являются автотрофами, фиксирующими углекислый газ для производства органического углерода, подобно фотосинтезирующим организмам, но использующим аммиак в качестве источника энергии вместо света.

Рисунок 4: Химические реакции окисления аммиака, осуществляемые бактериями

Реакция 1 превращает аммиак в промежуточное соединение, гидроксиламин, и катализируется ферментом аммиачной монооксигеназой. Реакция 2 превращает гидроксиламин в нитрит и катализируется ферментом гидроксиламиноксидоредуктазой.

В отличие от фиксации азота, которая осуществляется многими различными видами микробов, окисление аммиака менее широко распространено среди прокариот. До недавнего времени считалось, что все процессы окисления аммиака осуществляются лишь несколькими видами бактерий рода 9. 0021 Nitrosomonas , Nitrosospira и Nitrosococcus . Однако в 2005 г. был обнаружен археон, способный также окислять аммиак (Koenneke et al . 2005). С момента их открытия археи, окисляющие аммиак, часто превосходили по численности бактерии, окисляющие аммиак, во многих средах обитания. За последние несколько лет было обнаружено, что археи, окисляющие аммиак, в изобилии обитают в океанах, почвах и солончаках, что указывает на важную роль этих недавно открытых организмов в круговороте азота. В настоящее время в чистой культуре выращен только один окисляющий аммиак археон9.0021 Nitrosopumilus maritimus , поэтому наше понимание их физиологического разнообразия ограничено.

Вторым этапом нитрификации является окисление нитрита (NO ₂ ^— ) до нитрата (NO ₃ ^— ) (рис. 5). Этот этап осуществляется совершенно отдельной группой прокариот, известных как нитрит-окисляющие бактерии. Некоторые из родов, участвующих в окислении нитритов, включают Nitrospira , Nitrobacter , Nitrococcus 9. 0022 и Нитроспина . Подобно окислителям аммиака, энергия, выделяемая при окислении нитрита в нитрат, очень мала, и, следовательно, урожайность очень низкая. Фактически, окислители аммиака и нитрита должны окислять многие молекулы аммиака или нитрита, чтобы зафиксировать одну молекулу CO ₂ . Для полной нитрификации должно происходить как окисление аммиака, так и окисление нитритов.

Рисунок 5: Химическая реакция окисления нитритов

Окислители аммиака и окислители нитритов широко распространены в аэробной среде. Они были тщательно изучены в природных средах, таких как почвы, эстуарии, озера и среда открытого океана. Однако окислители аммиака и нитрита также играют очень важную роль в очистных сооружениях сточных вод, удаляя потенциально опасные уровни аммония, которые могут привести к загрязнению принимающих вод. Многие исследования были сосредоточены на том, как поддерживать стабильные популяции этих важных микробов на очистных сооружениях. Кроме того, окислители аммиака и нитрита помогают поддерживать здоровье аквариумов, способствуя удалению потенциально токсичного аммония, выделяемого с мочой рыб.

Anammox

Традиционно считалось, что вся нитрификация осуществляется в аэробных условиях, но недавно был обнаружен новый тип окисления аммиака, происходящий в бескислородных условиях (Strous et al . 1999). Анаммокс (анаэробное окисление аммиака) осуществляется прокариотами, принадлежащими к типу бактерий Planctomycetes. Первой описанной анаммокс-бактерией была Brocadia anammoxidans . Бактерии анаммокс окисляют аммиак, используя нитрит в качестве акцептора электронов для получения газообразного азота (рис. 6). Бактерии Anammox были впервые обнаружены в бескислородных биореакторах очистных сооружений, но с тех пор их обнаруживают в различных водных системах, включая зоны с низким содержанием кислорода в океане, прибрежные и эстуарные отложения, мангровые заросли и пресноводные озера. В некоторых районах океана процесс анаммокс считается ответственным за значительную потерю азота (Кайперс 9).0021 и др. . 2005). Однако Ward и др. . (2009) утверждают, что денитрификация, а не анаммокс, ответственна за большую часть потерь азота в других областях. Независимо от того, ответственны ли анаммокс или денитрификация за большую часть потерь азота в океане, ясно, что анаммокс представляет собой важный процесс в глобальном круговороте азота.

Рисунок 6: Химическая реакция анаэробного окисления аммиака (анаммокс)

Денитрификация

Денитрификация – это процесс, при котором нитраты превращаются в газообразный азот, удаляя биодоступный азот и возвращая его в атмосферу. Газообразный азот (N ₂ ) является конечным конечным продуктом денитрификации, но существуют и другие промежуточные газообразные формы азота (рис. 7). Некоторые из этих газов, такие как закись азота (N ₂ O), считаются парниковыми газами, реагирующими с озоном и способствующими загрязнению воздуха.

Рисунок 7: Реакции, участвующие в денитрификации

Реакция 1 представляет этапы восстановления нитратов до газообразного диазота. Реакция 2 представляет собой полную окислительно-восстановительную реакцию денитрификации.

В отличие от нитрификации денитрификация представляет собой анаэробный процесс, происходящий в основном в почвах и отложениях, а также в бескислородных зонах озер и океанов. Подобно фиксации азота, денитрификация осуществляется разнообразной группой прокариот, и есть недавние доказательства того, что некоторые эукариоты также способны к денитрификации (Risgaard-Petersen et al . 2006). Некоторые денитрифицирующие бактерии включают виды родов Bacillus , Paracoccus и Pseudomonas 9.0022 . Денитрификаторы являются хемоорганотрофами и, следовательно, также должны быть обеспечены какой-либо формой органического углерода.

Денитрификация важна тем, что она удаляет связанный азот (т.е. нитрат) из экосистемы и возвращает его в атмосферу в биологически инертной форме (N ₂ ). Это особенно важно в сельском хозяйстве, где потеря нитратов в удобрениях является вредной и дорогостоящей. Тем не менее, денитрификация при очистке сточных вод играет очень полезную роль, удаляя нежелательные нитраты из сточных вод, тем самым снижая вероятность того, что вода, сбрасываемая с очистных сооружений, вызовет нежелательные последствия (например, цветение водорослей).

Аммонификация

Когда организм выделяет отходы или умирает, азот в его тканях находится в форме органического азота (например, аминокислоты, ДНК). Затем различные грибы и прокариоты разлагают ткань и выделяют неорганический азот обратно в экосистему в виде аммиака в процессе, известном как аммонификация. Затем аммиак становится доступным для поглощения растениями и другими микроорганизмами для роста.

Экологические последствия антропогенных изменений азотного цикла

Многие виды деятельности человека оказывают значительное влияние на круговорот азота. Сжигание ископаемого топлива, применение азотных удобрений и другие действия могут резко увеличить количество биологически доступного азота в экосистеме. А поскольку доступность азота часто ограничивает первичную продуктивность многих экосистем, большие изменения в доступности азота могут привести к серьезным изменениям азотного цикла как в водных, так и в наземных экосистемах. Промышленная фиксация азота увеличилась в геометрической прогрессии с 19 века. 40-х годов, а человеческая деятельность удвоила глобальную фиксацию азота (Vitousek et al . 1997).

В наземных экосистемах добавление азота может привести к дисбалансу питательных веществ в деревьях, изменению состояния леса и сокращению биоразнообразия. С увеличением доступности азота часто происходит изменение запасов углерода, что влияет на большее количество процессов, чем просто круговорот азота. В сельскохозяйственных системах удобрения широко используются для повышения урожайности растений, но неиспользованный азот, обычно в форме нитратов, может выщелачиваться из почвы, попадать в ручьи и реки и в конечном итоге попадать в нашу питьевую воду. Процесс изготовления синтетических удобрений для использования в сельском хозяйстве путем нанесения N ₂ для реакции с H ₂ , известной как процесс Габера-Боша, значительно возросла за последние несколько десятилетий. Фактически, сегодня почти 80% азота, обнаруженного в тканях человека, образовано в результате процесса Габера-Боша (Howarth 2008).

Большая часть азота, применяемого в сельскохозяйственных и городских районах, в конечном итоге попадает в реки и прибрежные прибрежные системы. В прибрежных морских системах увеличение содержания азота часто может приводить к аноксии (отсутствие кислорода) или гипоксии (низкое содержание кислорода), изменению биоразнообразия, изменениям в структуре пищевых сетей и общей деградации среды обитания. Одним из распространенных последствий повышенного содержания азота является усиление вредоносного цветения водорослей (Ховарт, 2008 г.). Токсическое цветение некоторых видов динофлагеллят связано с высокой смертностью рыб и моллюсков в некоторых районах. Даже без таких катастрофических экономических последствий добавление азота может привести к изменениям в биоразнообразии и видовом составе, что может привести к изменению общей функции экосистемы. Некоторые даже предполагают, что изменения в азотном цикле могут привести к повышенному риску паразитарных и инфекционных заболеваний среди людей и диких животных (Johnson 9). 0021 и др. . 2010). Кроме того, увеличение содержания азота в водных системах может привести к усилению подкисления пресноводных экосистем.

Резюме

Азот, возможно, является наиболее важным питательным веществом, регулирующим первичную продуктивность и разнообразие видов как в водных, так и в наземных экосистемах (Vitousek et al . 2002). Процессы, управляемые микроорганизмами, такие как фиксация азота, нитрификация и денитрификация, составляют основную часть преобразований азота и играют решающую роль в судьбе азота в экосистемах Земли. Однако по мере того, как население Земли продолжает расти, последствия человеческой деятельности продолжают угрожать нашим ресурсам и уже значительно изменили глобальный азотный цикл.

Ссылки и рекомендуемая литература

Galloway, J. N. et
аль . Год 2020: Последствия роста и развития населения на
отложение окисленного азота. Амбио
23 , 120–123 (1994).

Ховарт,
R. W. Загрязнение прибрежных зон азотом: обзор источников и тенденций во всем мире и
регионально. Вредоносные водоросли 8 , 14–20. (2008).

Джонсон, П.
TJ и др. Связывание окружающей среды
обогащение питательными веществами и появление болезней у людей и диких животных. Экологические приложения 20 , 16–29 (2010).

Коэннеке,
М. и др. Выделение автотрофного
аммиачно-окисляющие морские археи. Природа 437 , 543–546 (2005).

Куйперс,
М. М. М. и др. Массивная потеря азота
из системы апвеллинга Бенгелы за счет анаэробного окисления аммония. Труды Национального
Академия наук США
Штаты Америки
102 , 6478–6483 (2005).

Рисгаард-Петерсен,
N. и др. Доказательства полной
денитрификация бентосных фораминифер. Природа
443 , 93–96 (2006).

Строус,
М. и др. Отсутствует литотроф
идентифицирован как новый планктомицет. Природа
400 , 446–449 (1999).

Витоусек,
P. M. и др. Человеческое изменение
глобальный азотный цикл: источники и последствия. Экологические приложения 7 ,
737–750 (1997).

Витоусек,
P. M. и др. На пути к экологии
понимание биологической фиксации азота. Биогеохимия 57 , 1–45
(2002).

Уорд, Б.Б.
и др. Денитрификация как
основной процесс потери азота в Аравийском море.
Природа 460 , 78–81 (2009).

Zehr, J. P. и др.
др. Разнообразие генов нитрогеназы и структура микробного сообщества:
межсистемное сравнение. Защита окружающей среды
Микробиология 5 , 539–554 (2003).

Экологические преимущества огня

В 2019 году исполнилось 75 лет Smokey Bear, рекламному символу Лесной службы США, который призывает посетителей и отдыхающих предотвращать лесные пожары. Лесные пожары — это разрушительные силы, которые могут возникать в результате естественных причин (например, молнии), несчастных случаев, вызванных деятельностью человека (например, сигарет и костров), или преднамеренных поджогов. Несмотря на образовательные кампании Смоки, лесные пожары сожгли около четырех миллионов гектаров (10 миллионов акров) земли в 2017 году, а в 2018 году один лесной пожар в Калифорнии, «Camp Fire», уничтожил почти 20 000 строений и убил более 80 человек, при этом страховые убытки превышают 10 миллиардов долларов. Однако, хотя эти пугающие и негативные последствия доминируют в заголовках новостей, у лесных пожаров есть и положительная сторона. Контролируемое использование лесных пожаров для положительного воздействия на окружающую среду распространено во всем мире.

В то время как лесной пожар относится к непреднамеренному, неконтролируемому пожару, термин «дикий пожар» является более широким и включает преднамеренно устроенные пожары в рамках предписанных ожогов. В то время как все пожары могут стать опасными для имущества и жизни, предписанные или контролируемые, ожоги тщательно планируются и осуществляются с жесткими параметрами безопасности. Люди производят такие ожоги на протяжении тысячелетий и по множеству причин, но сегодня они в основном используются для улучшения экологического здоровья и предотвращения более крупных, более разрушительных и неконтролируемых пожаров.

Может показаться нелогичным, что пожар, сжигающий растительную жизнь и подвергающий опасности животных в экосистеме, может способствовать экологическому здоровью. Но огонь — это природное явление, и природа развивалась вместе с его присутствием. Многие экосистемы извлекают выгоду из периодических пожаров, потому что они уничтожают мертвый органический материал, а некоторым популяциям растений и животных нужны преимущества, которые приносит огонь, чтобы выжить и размножаться.

Например, когда мертвые или разлагающиеся растения начинают накапливаться на земле, они могут препятствовать доступу организмов в почве к питательным веществам или препятствовать доступу к почве животных на суше. Это покрытие мертвого органического вещества может также задушить рост более мелких или новых растений. Когда люди выполняют предписанное сжигание, цель состоит в том, чтобы удалить этот слой разложения контролируемым образом, позволяя другим, здоровым частям экосистемы процветать. Более того, питательные вещества, выделяемые из сгоревшего материала, в том числе мертвых растений и животных, возвращаются в почву быстрее, чем если бы они медленно разлагались с течением времени. Таким образом, огонь увеличивает плодородие почвы — преимущество, которым фермеры пользовались на протяжении веков.

Некоторым растениям на самом деле требуется огонь для их жизненного цикла. Например, семена многих видов сосен заключены в сосновые шишки, покрытые смолой, которую необходимо растопить на огне, чтобы семена высвободились. Другим деревьям, растениям и цветам, например некоторым видам лилий, для прорастания семян также требуется огонь.

Даже некоторые животные зависят от огня. Единственный источник пищи для находящейся под угрозой исчезновения гусеницы голубой бабочки Карнера ( Lycaeides melissa samuelis ) — растение, называемое диким люпином ( Lupine perennis ). Дикому люпину требуется огонь для поддержания баланса экосистемы, в которой он может процветать. Без огня люпины не процветают, а гусеницы не могут потреблять достаточно пищи, чтобы претерпеть метаморфоз и превратиться в бабочек. Таким образом, более здоровые популяции растений после сжигания обычно имеют широкий эффект пищевой сети, который просачивается к собирателям и другим животным в экосистеме. Точно так же животные, которые используют сосны для своих домов, получают пользу от прорастающей силы огня.

Удивительно, но количество жертв лесных пожаров среди животных невелико — животные выживают, зарывшись в землю или убегая в более безопасные места. И наоборот, пожары могут помочь избавить экосистему от инвазивных видов, которые не приспособились к регулярным лесным пожарам. В то время как животные и растения в подверженных пожарам экосистемах приспособились к процветанию в цикле лесных пожаров, инвазивные растения и животные с меньшей вероятностью восстанавливаются, и поэтому их можно контролировать или даже уничтожить в экосистеме, в которую они вторглись.

Кроме того, предписанные ожоги хорошо зарекомендовали себя как способ предотвращения более разрушительных природных пожаров. Накопление разлагающихся органических веществ на земле является топливом для лесных пожаров. Без периодического возгорания, чтобы устранить это, естественный пожар может быстро разрастаться и распространяться, причиняя гораздо больший ущерб, чем предписанное сжигание, и без его параметров безопасности.