U ovoj lekciji naučit ćete o
Krug hranjivih tvari odnosi se na kretanje i izmjenu organske i anorganske tvari natrag u proizvodnju žive tvari. Proces je reguliran putovima prehrambene mreže koji razgrađuju organsku tvar u anorganske hranjive tvari. Krugovi hranjivih tvari odvijaju se unutar ekosustava.
Krugovi hranjivih tvari u prirodi nazivaju se biogeokemijskim ciklusima jer se elementi ciklički kreću iz okoliša u žive organizme i natrag u okoliš.
Ekosustavi ilustriraju recikliranje zatvorene petlje gdje potražnja za hranjivim tvarima koji doprinose rastu biomase premašuje ponudu u tom sustavu. Postoje regionalne i prostorne razlike u rastu i tečajevima materijala, gdje neki ekosustavi mogu biti u dugovima za hranjive tvari (ponori), a drugi će imati dodatnu zalihu (izvori). Te su razlike uzrokovane geološkom poviješću i topografijom.
U mreži hrane, petlja ili ciklus definirani su kao usmjereni slijed jedne ili više veza koje počinju i završavaju na istoj vrsti. Na primjer, u oceanu bakterije iskorištavaju protozoe kao što su heterotrofni mikroflagelati koje zatim iskorištavaju trepavice. Ovu aktivnost ispaše prati izlučivanje tvari koje potom koriste bakterije tako da je rad sustava zatvoreni krug.
Enzimska probava celuloze primjer je ekološkog recikliranja. Celuloza, koja je među najzastupljenijim organskim spojevima na zemlji, glavni je polisaharid u biljkama gdje tvori stanične stijenke. Enzimi koji razgrađuju celulozu sudjeluju u ekološkom recikliranju prirodnih biljnih materijala. Različiti ekosustavi mogu imati različite stope recikliranja otpada.
Kemijski elementi se neprestano recikliraju nakon što se koriste na sljedeći način:
Svaki element ima svoj ciklus hranjivih tvari i svaki ciklus ima jedinstveni put koji uključuje rezervoare, razmjenske bazene i vrijeme boravka.
Rezervoar – Područje u kojem je element u najvišoj koncentraciji te se drži i pohranjuje neko vrijeme. Na primjer, ugljen ili fosilna goriva su rezervoari ugljika.
Skupovi razmjene – kada se elementi drže u kratkom vremenskom razdoblju. Na primjer, biljke i životinje privremeno koriste te elemente u svojim sustavima i vraćaju ih u okoliš.
Stalno vrijeme – vrijeme koje se element drži na mjestu.
Energija teče usmjereno kroz Zemljine ekosustave, obično ulazi u obliku sunčeve svjetlosti i izlazi u obliku topline. Međutim, kemijske komponente koje čine žive organizme su različite: recikliraju se.
Ugljični dioksid i metan primjeri su ugljikovih spojeva koji kruže u atmosferi i utječu na globalnu klimu. Kroz procese fotosinteze i disanja, ugljik također cirkulira između živih organizama i neživih komponenti ekosustava.
'Brzi' ciklus ugljika je kretanje ugljika kroz biotičke komponente u okolišu. Biljke i drugi organizmi koji su sposobni za fotosintezu, dobivaju ugljični dioksid iz svog okoliša i koriste ga za izgradnju bioloških tvari. Biljke, životinje i razlagači kao što su bakterije i gljive vraćaju ugljični dioksid u atmosferu disanjem.
Kretanje ugljika kroz abiotske elemente u okolišu kao što su stijene, tlo i oceani stvara spori ciklus ugljika. Kretanje ugljika kroz ove abiotske elemente može trajati čak 200 milijuna godina.
Budući da organizmi poput bakterija koje fiksiraju dušik koriste dušik za sintetizaciju bioloških molekula potrebnih za preživljavanje, atmosferski dušik se prvo mora pretvoriti u amonijak od strane bakterija koje fiksiraju dušik u vodenom i tlu. Bakterije zatim pretvaraju amonijak u nitrit i nitrat. Biljke dobivaju dušik iz tla apsorbirajući amonij (NH4-) i nitrat kroz svoje korijenje. Nitrati i amonij se zatim koriste za proizvodnju organskih spojeva. Životinje tada konzumiraju biljke i tako dobivaju dušik u organskim spojevima. Dušik u organskom obliku se zatim prenosi niz prehrambeni lanac kada druge životinje jedu te životinje. Razlagači zatim vraćaju amonijak u tlo razgrađujući čvrsti otpad i mrtve ili raspadajuće tvari. Nitrifikacijske bakterije pretvaraju amonijak u nitrit i nitrat. Denitrifikacijske bakterije zatim pretvaraju nitrit i nitrat u dušik, otpuštajući dušik natrag u atmosferu.
Fosfor je esencijalna hranjiva tvar potrebna za rast biljaka i životinja. Ima vitalnu ulogu u razvoju stanica i ključna je komponenta molekula koje pohranjuju energiju kao što su adenozin trifosfat (ATP), deoksiribonukleinska kiselina (DNA) i lipidi.
Stijene kada su u kontaktu s kišnicom s vremenom oslobađaju fosfatne ione i druge minerale. Ovaj anorganski fosfat se zatim distribuira u tlu i vodi. Biljke tada preuzimaju anorganski fosfat iz tla, a te biljke tada mogu konzumirati životinje. Fosfat se zatim ugrađuje u organske molekule kao što je DNK, a kada biljke ili životinje umru i propadaju, organski fosfat se vraća u tlo. Bakterije u tlu zatim razgrađuju organsku tvar u oblike fosfata koje biljke mogu apsorbirati. To je također proces koji se naziva mineralizacija. Fosfor u tlu tada može završiti u vodenim putovima i oceanima te se tijekom vremena može ugraditi u sedimente.
Sumpor je krutina u svom prirodnom obliku i u ovom obliku; ograničen je na sedimentni ciklus. Može se prenositi fizičkim procesima kao što su vjetar, erozija vodom i geološki događaji poput vulkanskih erupcija. Također se može prenositi oceanom i atmosferom, kopnom i natrag u oceane putem svojih spojeva kao što su sumporov dioksid, sumporna kiselina, soli sulfata ili organski sumpor kišom i rijekama.
Biljke i životinje igraju ulogu u kruženju kisika kroz atmosferu. Kao što znate, kisik je ključan za mnoge životinje, uključujući i ljude. Udišemo kisik, a naša tijela ga koriste za stvaranje energije tijekom procesa koji se naziva staničnim disanjem. Ovaj proces oslobađa ugljični dioksid kao otpadni proizvod, što je ono što izdišemo. Biljke uzimaju ugljični dioksid tijekom fotosinteze, u kojoj stvaraju hranu i kisik. Kisik se oslobađa i ciklus počinje ponovno.
Najvažniji kriterij za život je voda. Poput ciklusa ugljika, ciklus vode je proces kretanja vode između živih bića, Zemlje i atmosfere. Voda isparava iz vodenih tijela na Zemlji, poput jezera, rijeka i oceana. Vodena para se kondenzira u oblacima i stvara oborine koje vraćaju vodu na Zemlju. Na Zemlji se dio vode vraća u jezera i oceane iz kojih je potekla, a dio se upija u tlo, stvarajući podzemne vode. Živi organizmi, poput biljaka i životinja, troše vodu. Voda ponovno isparava, nastavljajući ciklus.
Neki znanstvenici tvrde da je ekosustav sposoban potpuno reciklirati. Potpuna reciklaža znači da se 100% otpadnog materijala može rekonstituirati u nedogled. Drugi znanstvenici osporavaju tu ideju, tvrdeći da potpuna reciklaža tehnološkog otpada nije moguća.
Ekološka reciklaža je vrlo česta u organskoj poljoprivredi. Organske farme koje provode recikliranje ekosustava podržavaju više vrsta, stoga imaju drugačiju strukturu prehrambene mreže. Model ekološke reciklirane poljoprivrede pridržava se načela u nastavku:
1. Transformacija tvari iz jednog oblika u drugi – Krugovi hranjivih tvari omogućuju transformaciju tvari u različite specifične oblike koji omogućuju korištenje tog elementa u različitim organizmima.
2. Prijenos elemenata s jednog mjesta na drugo – ciklusi hranjivih tvari omogućuju prijenos elemenata s jednog mjesta na drugo. Neki elementi su visoko koncentrirani u područjima koja su nedostupna većini živih organizama, kao što je dušik u atmosferi. Ciklusi hranjivih tvari omogućuju prijenos ovih elemenata na pristupačnija mjesta kao što je tlo.
3. Funkcioniranje ekosustava – Krugovi hranjivih tvari pomažu funkcioniranju ekosustava. Ekosustav, koji zahtijeva stanje ravnoteže da bi ispravno funkcionirao, vraća se u stanje ravnoteže kroz cikluse hranjivih tvari.
4. Skladištenje elemenata – Ciklusi hranjivih tvari olakšavaju skladištenje elemenata. Elementi koji se prenose kroz cikluse hranjivih tvari pohranjuju se u svojim prirodnim rezervoarima i oslobađaju se organizmima u malim količinama koje su potrošne.
5. Povezivanje organizama, živih i neživih – Krugovi hranjivih tvari povezuju žive organizme sa živim organizmima, žive organizme s neživim organizmima i nežive organizme s neživim organizmima. To je bitno jer svi organizmi ovise jedni o drugima i vitalni su za opstanak živih organizama. Ovi organizmi su povezani protokom hranjivih tvari koji je konstruiran ciklusima hranjivih tvari.
6. Regulirajte protok tvari – Ciklusi hranjivih tvari reguliraju protok tvari. Kako ciklusi hranjivih tvari prolaze kroz različite sfere, protok elemenata je reguliran jer svaka sfera ima određeni medij i brzinu kojom je protok elemenata određen viskoznošću i gustoćom medija. Stoga elementi u ciklusima hranjivih tvari teku različitim brzinama unutar ciklusa i to regulira protok elemenata u tim ciklusima.
