Экология СПРАВОЧНИК
Информация
Биогенное вещество
Биогенное вещество — это органогенные осадочные породы, состоящие из продуктов жизнедеятельности живых организмов или представляющие собой их разложившиеся остатки (известняки, ракушечные породы, горючие сланцы, ископаемые угли, нефть и др.). Они являются источником чрезвычайно мощной потенциальной энергии. В. И. Вернадский отмечал, что вещество биосферы состоит из 7 разнородных частей, геологически не случайных: живое вещество, биогенное, косное, биокосное и др. (рис. 14).[ . ]
Биогенное вещество (син. — питательное вещество) — вещество, элемент или комплекс, необходимое для роста и развития растений и животных.[ . ]
Биогенными являются компоненты, которые организмы утилизируют для жизнедеятельности и размножения. Рост водорослей основан на потреблении по крайней мере 19 биогенных элементов, хотя большая их часть требуется в следовых количествах. В дополнение к трем основным жизненно важным компонентам (углерод, водород и кислород) организмам требуются и другие биогенные вещества в сравнительно больших количествах. Среди них макроэлементы (натрий, кальций, фосфор, магний, кремний, азот, фосфор и сера). Остальные элементы требуются в меньших количествах и называются микроэлементами (медь, железо, цинк, хлор, бор, молибден, кобальт, ванадий). Недостаток любого из ртих элементов лимитирует развитие организмов (см. п. 4.2), В большей части водных систем таким лимитирующим биогенным элементом является фосфор либо в меньшей степени азот; иногда значительные изменения в водоемах в результате деятельности человека связаны с содержанием углерода и условиями освещенности.[ . ]
Биогенные вещества для хозяйственно-фекальных сточных вод доставляются автотранспортом и разгружаются на складе, откуда кран-балкой переносятся в бункеры-дозаторы. В реагентном хозяйстве установлены два бункера-дозатора: один — для калиевой селитры, второй —- для диаммоний-фосфата.[ . ]
Биогенные вещества способствуют интенсивному развитию фитопланктона («цветению» воды), стимулируют рост нежелательных водных организмов, вызывают прогрессирующую эвтрофикацию (содержание в воде питательных веществ и первичной продукции) водных объектов, приводят к нарушению процессов самоочищения.[ . ]
Химические вещества добавляют в воду для осаждения биогенных веществ или для преобразования их в менее доступную для микроорганизмов форму; при этом используется такой же метод, как и на очистных сооружениях.[ . ]
Так, после строительства Нурекского водохранилища на р.Вахш расположенные ниже по течению поливные земли, особенно в долине Амударьи, стали орошаться осветленными водами, содержание биогенных веществ в которых резко снизилось. Аналогичное воздействие оказала высотная Асуанская плотина на р.Нил, причем биогенных веществ лишились не только поливные земли в нижнем бьефе, но и экосистемы восточного сектора Средиземного моря, где уловы сардин упали со 150 тыс.т в 1964 г. до 554 т в 1966 г. Подробнее об этом — в разделе 6.4.[ . ]
Поступление в озеро биогенных веществ (прежде всего фосфора) привело к интенсивному эвтрофированию, что значительно уменьшило способность водоема к самоочищению. Все это вызвало глубокую перестройку экосистемы водоема. Так, площади макрофитов возросли на 10-15%, при чем именно тех, которые весьма требовательны к биогенным соединениям (рогоз узколистный, уруть колосистая, нимфейные). Сильно расширился ареал ряски маленькой, единственного вида из макрофитов, активно развивающегося прямо на промстоках Приозерного ЦБК. Идет процесс зарастания литорали Ладоги, но в местах промстоков происходит гибель растительности (Водные ресурсы, 1992, № 2).[ . ]
Из биологически активных веществ, входящих в состав живых организмов и участвующих в метаболических процессах, только концентрации углерода и кислорода регулируются в масштабе всей биосферы в целом. Эти биогены, называемые биологически глобально накапливаемыми, усваиваются живыми организмами из газовой части окружающей среды биосферы — атмосферы. Все остальные биогенные вещества усваиваются организмами из почвы (в континентальных экосистемах) или из водных растворов ( в океанических экосистемах). Ввиду ограниченности возможностей горизонтального перемещения концентрации этих биогенов стабилизируются лишь в пределах отдельных локальных экосистем. Поэтому их называют биологически локально накапливаемыми.[ . ]
Если обилие органического вещества в почве создает предпосылки для формирования неповторимых ее свойств, связанных с деятельностью самых различных представителей почвенной биоты, то вынос в составе инфильтрационных вод биогенных веществ во многом является причиной развития микробной жизни в подпочвенной части коры выветривания.[ . ]
Основную массу растворенных веществ составляют главные ионы; микроэлементы и биогенные вещества занимают малую долю в растворе речных вод, и сток их менее изучен. Поэтому в дальнейшем под стоком растворенных веществ понимается сток главных ионов, или ионный сток. Суммарный ионный сток определяется, с одной стороны, минерализацией речных вод, с другой — величиной жидкого стока.[ . ]
Основными техногенными источниками биогенных веществ являются промышленные и бытовые сточные воды, а также сельскохозяйственный сток (Фелленберг, 1997). Сточные воды, поступающие на очистные сооружения Санкт-Петербурга, содержат большое количество соединений азота и фосфора, часто не снимаемых даже технологией биологической очистки (Знаменский, 2000). При существующих в настоящее время технологиях эффективность очистки сточных вод от биогенных веществ наиболее низкая по сравнению с очисткой от других веществ — около 40-60 % (Владимиров и др., 1997).[ . ]
Чуян Г.А., Бойченко З.А., Пружин М.К. Потери биогенных веществ и смыв почвы при снеготаянии в зависимости от длины и крутизны склона // Агрохимия. -1984. — № 7. — С. 53 — 58.[ . ]
Методические рекомендации по оценке выноса биогенных веществ поверхностным стоком. — М.: Изд-во ВАСХНИЛ, 1985. — 32 с.[ . ]
Реки центральных районов города загрязнены биогенными веществами в меньшей степени. В целом в малых реках наблюдается наибольшее содержание азота, особенно нитратного и аммонийного (с превышением ПДК), а в некоторых районах и фосфора.[ . ]
В табл. 7 приведено среднее содержание основных биогенных веществ в осадках по сравнению с навозом и твердыми бытовыми отходами, полученное трестом Мосочистводом и агрономами А. А. Кухаренко, П. Г. Новожиловым, П. С. Савостьяновым, А. П. Шванской и др.[ . ]
Второй вид антропогенного влияния — обогащение водоема биогенными веществами — повышает продуктивность не только фитопланктона, но и других водных сообществ, до рыб включительно, и его следовало бы рассматривать как благоприятный с экономической точки зрения процесс. Однако во многих случаях стихийное антропогенное обогащение водоемов первичными питательными веществами происходит в таких масштабах, что водоем как экологическая система оказывается перегруженным биогенами. Следствием этого является чрезмерно бурное развитие фитопланктона («цветение» воды), при разложении которого выделяется сероводород или другие токсические вещества. Это приводит к гибели животного населения водоема и делает воду непригодной для питья.[ . ]
Исключением из правила лимитирования роста содержанием биогенных веществ является случай излишнего их потребления. Здесь синтезируется избыток биогенных веществ, непосредственно потребляемых при развитии популяции, когда запас этих веществ не лимитирован и сохраняется до тех пор, пока поступление биогенных веществ не станет ограниченным. Используя этот механизм, некоторые организмы непрерывно растут, усваивая эти резервы, даже когда условия в среде обитания по другим показателям будут лимитирующими.[ . ]
Эвтрофное озеро — озеро, характеризуемое большим количеством биогенных веществ и высокой биомассой фитопланктона летом.[ . ]
Поскольку процесс эвтрофирования связан с обогащением водной среды биогенными веществами, часто первым доказательством этого влияния является биомасса водоема. В этой главе представлены основные концепции первичного продуцирования и роста фитопланктона. Солнечная энергия, используемая при фотосинтезе первичными продуцентами (главным образом фитопланктон плюс макрофиты), становится доступной для потребления животными более высоких трофических уровней. В среде с неограниченными запасами биогенных веществ теоретически рост должен возрастать экспоненциально, но в действительности этого не происходит. Учет выедания или лимитирования роста в результате истощения запасов какого-либо одного из биогенных веществ может ограничивать такой рост до уровня «потенциальной способности» экосистемы. Любой вид может стать неустойчивым и погибнуть, позволяя другим альтернативным видам активно развиваться. Ограничение роста как результат доступности специфического биогенного вещества является ключевой концепцией (хотя эвтрофные водные экосистемы, вероятно, лимитированы по условиям освещенности). Теоретически возможное биогенное лимитирование является результатом дефицита одного из многих биогенных веществ, однако обычно рост биомассы сдерживается недостатком либо фосфора, либо азота. Поскольку эти два биогенных элемента играют важную роль в эвтрофирова-нии водоемов, их необходимо рассмотреть более подробно: с химической точки зрения (см. главу 5) и по отношению к аллохтон-ным источникам (см. главы 6 и 7).[ . ]
Межвидовая конкуренция за ресурсы может касаться пространства, пищи, биогенных веществ и т. п. Именно уменьшение ресурсов приводит к ситуациям, когда мы имеем дело лишь с отрицательными взаимодействиями. Результатом межвидовой конкуренции может быть либо взаимное приспособление двух видов, либо популяция одного вида замещается популяцией другого вида, а первый вынужден переселиться на другое место или перейти на другую пищу. Если виды живут в разных местах, то говорят, что они занимают разные экологические ниши, если же они живут в одном месте, но потребляют разную пищу, то говорят об их несколько различающихся экологических нишах. Процесс разделения популяциями видов пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш (рис. 4.5). На рис. 4.2 также видна дифференциация ниш по ярусам леса.[ . ]
Хотя при применении этого метода лишь частично изменяется содержание биогенных веществ или их доступность в водоемах, ро он помогает контролировать или решать проблему устранения видов. Суть метода состоит в развитии взаимосвязи между хищниками и жертвами, что предотвращает преобладание нежелательных видов. Наиболее широко для контроля развития макро-фитов и водорослей используются травоядные рыбы, а также в той или иной степени улитки, жуки, черепахи, змеи и млекопитающие.[ . ]
Альтернативный подход к удовлетворению потребности в соответствующих биогенных веществах состоит в развитии более эффекТивногд, поставленного на промышленную основу сельскохозяйственного процесса. Это достигнуто экспериментальным путем (включая несколько коммерческих проектов) с использованием гидропоники. В такой системе почва заменяется стерильной, богатой биогенными веществами жидкой средой, которая может удовлетворить потребности растений в биогенных веществах. Эффективность такого метода эмпирически изучалась Ингстедом [70]; оказалось, что существует линейная зависимость между ростом растений и содержанием в них азота до достижения определенного оптимума. При превышении этого оптимума скорость роста быстро уменьшается. Эта зависимость (рис. 6.4) подтверждает необходимость в поддержании баланса биогенных веществ исходя из потребностей культур. Так как скорость роста является логарифмической функцией массы сырого вещества культур, то последняя должна быть экспоненциальной функцией содержания — азота в растениях до достижения оптимума (рис. 6.5).[ . ]
ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР — это экологический фактор (свет, температура, почва, биогенные вещества и др.), который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов. Это понятие ведет-начало от “закона минимума” Б.Либиха (1840). Так, рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве. К этому закону Ю.Одум (1986) добавляет вспомогательных принципа.[ . ]
Выше парабиосферы расположена апобиосфера, или «над-биосфера», где сравнительно обильны биогенные вещества (ее верхняя граница трудноуловима).[ . ]
Зеленое растение создается из неорганических молекул и ионов — вода, углекислый газ, кислород, биогенные вещества — и солнечной радиации в результате фотосинтеза. Неорганические компоненты здесь можно рассматривать как пищевой ресурс, а свет как ресурс энергетический. Сами растения являются пищевым ресурсом травоядных животных, травоядные — ресурс для хищников, те и другие — пищевой ресурс для паразитов, а после гибели — для деструктуров.[ . ]
ТОКСЙЧНОСТЬ [гр. кшкоп яд] — ядовитость, способность некоторых химических элементов, соединений и биогенных веществ оказывать вредное действие на организмы — человека, животных, растения, грибы, микроорганизмы.[ . ]
Альтернативный метод изоляции донных отложений состоит в их покрытии слоем минеральной почвы без биогенных веществ. В результате биогенные вещества из водной среды будут поступать в донные отложения. В качестве изоляционного материала обычно используется почва (пепел, зола), гидроксиды металлов, являющиеся отличными адсорбентами фосфатов. Эти материалы также препятствуют росту макрофитов, снижают эрозию и в некоторых случаях уменьшают потерю воды через дно. Могут быть также использованы различные гели с высокой сорбционной емкостью. Необходимо отметить, что эффективность методики в основном определяется скоростью поступления в водоем аллохтон-ных биогенных веществ.[ . ]
Поскольку в большинстве случаев для водохранилищ каскада не удалось выявить непосредственной связи биогенов с содержанием Хл а, была предпринята попытка оценить ее косвенно. Такая связь между содержанием хлорофилла и биогенными веществами прослеживается для так называемого отклика фитопланктона на азот и фосфор, выраженного через отношение концентраций Хл/ТР и Хл/TN. Этот термин отклик (“response” или “efficiency”) вслед за Калфом и Нохелем (Kalff, Knoechel, 1978) использует Г.Г. Винберг (1986), а сами показатели обсуждаются в публикациях последних лет (Трифонова, 1994; Golterman, 1988), в том числе и автором (Минеева, 1993а, 1999; Минеева, Разгулин, 1995; Mineeva, 1993). Эти отношения по сути представляют собой угловые коэффициенты в уравнениях зависимости содержания хлорофилла от общего азота и общего фосфора.[ . ]
Конечной целью использования удобрений является создание такой среды в почве, в которой нет дефицита биогенных веществ и достигаются оптимальные скорости роста культур. Так как некоторые биогенные вещества обычно содержатся в почве в больших количествах, чем другие, используют удобрения для внесения таких компонентов, которые в условиях интенсификации становятся р9стлимитирующими. Из биогенных веществ почти всегда необходимы, по-видимому, азот, фосфор и калий, поэтому эти три элемента составляют основу всех удобрений; другие вещества добавляются при необходимости. Эти эл-ементы могут быть использованы индивидуально как прямые удобрения или комбинированно в форме комплексных удобрений. Выбор удобрения обычно определяется требованиями к почве и культурам.[ . ]
В случае с Аральским морем причин полной утраты им рыбохозяйственного значения больше. Размеры потока биогенных веществ сейчас вряд ли могут что-либо значить для экосистемы водоема. Зато для посевов очень чувствительным стало создание Ну-рекского водохранилища на р.Вахш с плотиной высотой 300 м — одной из самых высоких в мире.[ . ]
ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОТИЧЕСКОЕ — распространение определенных, как правило, нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ на территории, где они ранее не наблюдались.[ . ]
Эффективное использование территорий влажных экваториальных лесов приносит немалые трудности. Основная масса биогенных веществ находится преимущественно в деревьях, и при вырубке удаляется вместе с ними, а почвы остаются мало плодородными. После вырубки лесов почвы подвержены также неблагоприятному воздействию прямых лучей солнца и сильных дождей. В почвах влажных тропиков отмечается дефицит фосфора и калия, а в сухих тропиках — азота. Плодородные почвы встречаются лишь в специфических местах, таких как склоны вулканов или поймы и дельты рек. В целом чем больше величина осадков за год и продолжительнее сезон дождей, тем сложнее вести сельское хозяйство.[ . ]
По-видимому, одним из наиболее перспективных методов очистки и доочистки сточных вод с одновременным удалением биогенных веществ являются биологические пруды с массовым развитием водорослей.[ . ]
В целом функциональная взаимообусловленность элементов биосферы формирует ее как глобальную саморегулирующуюся экосистему, обеспечивающую на этом уровне круговорот веществ и направляющую (в том числе и «фильтрующую» поток энергии, а также использующую (в том числе трансформирующую) поток информации. Особое положение в этой планетарной системе занимают разнообразные живые организмы, которые В.И.Вернадский назвал «живым веществом». К нему он причислил растения, животных и микроорганизмы. К «биогенному веществу» отнес образования органического происхождения, созданные живыми организмами и состоящие из растительных и животных остатков—уголь, торф, почвенный гумус, нефть, мел, известняк и др.; к «косному веществу» —горные породы неорганического происхождения; к «биокосному веществу» — продукты распада и переработки горных пород живыми организмами.[ . ]
По оценке ЮНЕП, 15% деградированных сельскохозяйственных земель относятся к категории “сильно деградированных”. Это почвы, у которых исходные биотические функции -превращать биогенные вещества в формы, ассимилируемые растениями — преимущественно разрушены, и они более непродуктивны. Эти почвы столь сильно деградированы, что их восстановление или невозможно, или же трудно достижимо из-за технических сложностей и крайне высокой цены такой работы. Например, восстановление богарных (неполивных) почв в США обходится в среднем в 4000 американских долларов на гектар. Другая часть деградированных почв (46%) относится к категории “умеренно деградировавших”, со значительно сократившейся прДцурзджциятшкяв происходит вследствие различных причин антропогенного характера. Водная и ветровая эрозия почв — важнейшие процессы, распространенные на 84% деградировавших почв. К другим основным процессам деградации можно отнести ухудшение структуры почвы, ее техногенное загрязнение, засоление, заболачивание и подтопление. Площадь и степень деградации почв мира, по данным GLASOD, приведены в табл. 12.[ . ]
АПВЕЛЛИНГ [англ. upwelling] — подъем вод из глубины в верхние слои океана (моря). Обычен на западных берегах континентов, где ветры отгоняют поверхностные воды от берега, а их место занимают богатые биогенными веществами холодные массы воды.[ . ]
Эта часть книги посвящена биологическому сообществу. В частности, рассматривается влияние на первичную продукцию абиотических переменных, таких, как освещенность, температура, концентрация растворенного кислорода (РК) и доступность биогенных веществ. В последнем разделе оценивается реакция каждого из идентифицированных биотических типов на избыток биогенных веществ в водной среде.[ . ]
Режим б; огенных элементов связан с разными источниками их поступления, степенью зарастания макрофитами, водообменом и количеством гидробионтов. По сравнению с глубоководными участками прибрежье характеризуется более интенсивным обменом биогенных веществ [3, 13] и более высоким их количеством. Так, общего фосфора в мелководной зоне как Рыбинского, так и Иваньковского водохранилищ больше в 2 раза, чем в пелагиали [36]. Количество органического вещества также максимально на самых малых глубинах (до 0,5 м) среди зарослей макрофитов [30].[ . ]
Постоянно увеличивается доля загрязнений, вносимых в водоемы за счет смывов атмосферными осадками удобрений и пестицидов с полей. Основная трудность в предотвращении загрязнения сточных вод объектами сельского хозяйства заключается в том, что поступление биогенных веществ с пашен рассредоточено в пространстве и в невозможности выделить «источники» и «потоки» загрязнений. Например, даже закрытие всех промышленных предприятий, расположенных на берегах Ладожского озера, или пуск на них высокоэффективных очистных сооружений не сможет решить проблему спасения озера, ибо с сельскохозяйственных угодий в него ежегодно поступает более 86 тыс. т азота и около 7,2 тыс. т фосфора. Наличию залежей угля, нефти, горючих сланцев мы обязаны процессам эвтрофикации, протекавшим на нашей планете в далеком прошлом.[ . ]
В глобальном масштабе наиболее важным фактором при ■определении тенденций эвтрофирования водоемов является солнечная радиация, особенно в тропических районах. Однако в Европе или Северной Америке влияние цивилизации столь значительно, что «чистое» поступление биогенных веществ является доминирующим фактором, и поэтому восстановление озер во многих регионах основывается на контроле поступления специфических биогенных веществ.[ . ]
Аналогичная судьба постигла и оз. Балатон в Венгрии, где основной причиной неблагополучия послужила активная рекреационная деятельность, Строительство отелей и кемпингов на его берегах для приема иностранных туристов привело к резкому увеличению поступления в водоем биогенных веществ (фосфора и азота). Это значительно ухудшило качество воды, привело к массовому цветению водорослей, к развитию нежелательных макрофи-тов и пр. Поэтому в Венгрии создан Координационный совет, который разработал план мероприятий по спасению национальной гордости страны до 2010 г.[ . ]
Многие животные способны к накоплению в своем организме определенных солей Са, 81, Мя, Р и др., которые накапливаются в виде скелетов и раковин. После отмирания скелеты организмов создают колоссальные по мощности (до нескольких десятков километров) органогенные отложения. Это собственно и есть биогенное вещество (по В.И. Вернадскому). Эти отложения не только определили в значительной мере процессы породообразования, но и сказались на химизме воды, почвообразовании, на вторичных геологических процессах (метаморфизме).[ . ]
Биологические загрязнения вызваны проникновением (естественным или благодаря деятельности человека) в эксплуатируемые экосистемы и технологические установки видов организмов, чуждых данным сообществам и установкам и обычно там отсутствующих. Выделяют биотические и микробиологические загрязнения. Биотические (биогенные) загрязнения связаны с распространением определенных, как правило нежелательных, с точки зрения людей, биогенных веществ (выделений, мертвых тел и т.п.) на территории и (или) в акватории, где они ранее не наблюдались. Микробиологические (микробные) загрязнения возникают из-за появления в среде необычно большого количества микроорганизмов, связанного с массовым их размножением в средах, измененных в ходе хозяйственной деятельности человека.[ . ]
В.И. Вернадский. По его определению, биосфера — наружная оболочка (сфера) Земли, область распространения жизни (bios -жизнь). По последним данным, толщина биосферы 40. 50 км. Она включает нижнюю часть атмосферы (до высоты 25. 30 км, т.е. до озонового слоя), практически всю гидросферу (реки, моря и океаны) и верхнюю часть земной коры — литосферу (до глубины 3 км). Важнейшими компонентами биосферы являются: живое вещество (растения, животные и микроорганизмы); биогенное вещество (органические и органоминеральные продукты, созданные живыми организмами на протяжении геологической истории, -каменный уголь, нефть, торф и др.); косное вещество (горные породы неорганического происхождения и вода); биокосное вещество (продукт синтеза живого и неживого, т.е. осадочные породы, почвы, илы). Вернадский доказал, что все три оболочки Земли связаны с живым веществом, которое оказывает непрерывное воздействие на неживую природу.[ . ]
Наряду с атмосферой изменились гидросфера и литосфера. Изменение гидросферы тесно связано с эволюцией атмосферы, так как водный баланс водоемов зависит от режима осадков и испарения. Стала иной и литосфера. Она подверглась мощному физическому выветриванию. На литосферу оказывали влияние организмы, продукты их обмена и распада. В результате сложных процессов, протекающих в литосфере, сформировалась поверхность материков, образовались осадочные породы, почвы. Эволюция биосферы сопровождалась образованием биогенных веществ (каменного угля, горючих газов, торфа и т. д.), биокосных тел, возникших в процессе взаимодействия живой и неживой природы. Типичным биокосным телом является почва — основной объект сельскохозяйственного производства.[ . ]
При эксплуатации аэротенков возможны нарушения режима их работы в результате ошибок, допускаемых при ведении процесса очистки. Например, иногда возникает так называемое вспухание активного ила, т. е. он ненормально всплывает и плохо оседает. Вспухание возникает из-за старения ила и развития бактерий, враждебных полезной бактериальной флоре, которые могут расти при недостатке кислорода и вытеснять полезные бактерии. Причинами вспухания является главным образом перегрузка очистных сооружений сточными водами, недостаточная подача воздуха в аэротенк, длительная недостача биогенных веществ — фосфора, азота и другие причины. Отсюда вытекают и способы борьбы с вспуханием.[ . ]