このレッスンでは、以下について学びます
栄養循環とは、有機物と無機物の移動と交換を生物の生産に戻すことを指します。このプロセスは、有機物を無機栄養素に分解する食物網経路によって規制されています。栄養循環は生態系内で発生します。
自然界の栄養循環は、生物地球化学的循環と呼ばれます。これは、元素が環境から生物へ、そして環境へと循環的に移動するためです。
生態系は、バイオマスの成長に追加される栄養素の需要がそのシステムの供給を超える閉ループのリサイクルを示しています。材料の成長と交換率には地域的および空間的な違いがあり、一部の生態系は栄養債務 (シンク) になり、他の生態系は余分な供給 (ソース) になります。これらの違いは、地史と地形によってもたらされます。
食物網では、ループまたはサイクルは、同じ種から始まり、同じ種で終わる 1 つまたは複数のリンクの有向シーケンスとして定義されます。たとえば、海洋では、細菌は従属栄養性微鞭毛虫などの原生動物によって利用され、次に繊毛虫によって利用されます。この放牧活動に続いて物質が排泄され、それがバクテリアによって使用されるため、システムの動作は閉回路になります。
セルロースの酵素消化は、環境に配慮したリサイクルの一例です。地球上で最も豊富な有機化合物の 1 つであるセルロースは、植物の細胞壁を形成する主要な多糖類です。セルロースを分解する酵素は、天然植物材料の生態学的リサイクルに関与しています。生態系が異なれば、ごみのリサイクル率も異なる場合があります。
化学元素は、次のように使用された後、常にリサイクルされます。
すべての要素には独自の栄養サイクルがあり、すべてのサイクルには、貯水池、交換プール、および滞留時間を含む独自の経路があります。
Reservoir – 要素が最も高い濃度で保持され、しばらくの間保管される領域。たとえば、石炭や化石燃料は炭素の貯蔵庫です。
Exchange プール – エレメントが短期間保持される場合。たとえば、植物や動物はこれらの要素を一時的にシステムで使用し、環境に放出します。
滞留時間 – 要素が場所に保持される時間。
エネルギーは地球の生態系を一方向に流れ、通常は太陽光の形で入り、熱の形で出ます。しかし、生物を構成する化学成分は異なります。それらはリサイクルされます。
二酸化炭素とメタンは、大気中を循環し、地球規模の気候に影響を与える炭素化合物の例です。光合成と呼吸のプロセスを通じて、炭素は生物と生態系の無生物の間でも循環します。
「速い」炭素循環は、環境中の生物成分を介した炭素の移動です。光合成が可能な植物やその他の生物は、環境から二酸化炭素を取得し、それを使用して生物学的物質を構築します。植物、動物、およびバクテリアや菌類などの分解者は、呼吸によって二酸化炭素を大気に戻します。
岩石、土壌、海洋などの環境中の非生物的要素を通る炭素の移動は、遅い炭素循環を形成します。これらの非生物的要素を介した炭素の移動には、2 億年もの時間がかかることがあります。
窒素固定バクテリアのような生物は、生存に必要な生体分子を合成するために窒素を使用するため、大気中の窒素は、水中および土壌環境の窒素固定バクテリアによって最初にアンモニアに変換される必要があります。その後、アンモニアはバクテリアによって亜硝酸塩と硝酸塩に変換されます。植物は、根からアンモニウム (NH4-) と硝酸塩を吸収することによって、土壌から窒素を取得します。硝酸塩とアンモニウムは、有機化合物を生成するために使用されます。動物は次に植物を消費し、有機化合物中の窒素を獲得します。有機形態の窒素は、他の動物がこれらの動物を食べると、食物連鎖を下って渡されます.分解者は、固形廃棄物や死んだ物質または腐敗した物質を分解することにより、アンモニアを土壌に戻します。硝化細菌は、アンモニアを亜硝酸塩と硝酸塩に変換します。次に、脱窒菌が亜硝酸塩と硝酸塩を窒素に変換し、窒素を大気中に放出します。
リンは、植物の成長だけでなく動物にも必要な必須栄養素です。細胞の発達に重要な役割を果たし、アデノシン三リン酸 (ATP)、デオキシリボ核酸 (DNA)、脂質などのエネルギーを蓄える分子の重要な構成要素です。
岩石が雨水に触れると、時間の経過とともにリン酸イオンやその他のミネラルが放出されます。この無機リン酸塩は、土壌と水中に分布します。植物は土壌から無機リン酸を吸収し、これらの植物は動物によって消費される可能性があります.その後、リン酸はDNAなどの有機分子に組み込まれ、植物や動物が死んで腐敗すると、有機リン酸は土壌に戻ります.次に、土壌中のバクテリアが有機物を、植物が吸収できるリン酸塩の形に分解します。これは、鉱化作用とも呼ばれるプロセスです。土壌中のリンは、最終的に水路や海に行き着き、時間の経過とともに堆積物に取り込まれる可能性があります.
硫黄は、その自然な形とこの形の固体です。それは堆積周期に制限されています。風、水による浸食、火山噴火などの地質学的事象などの物理的プロセスによって運ばれる可能性があります。また、降雨や河川によって、二酸化硫黄、硫酸、硫酸塩、有機硫黄などの化合物を介して、海から大気、陸地に運ばれ、海に戻ることもあります。
植物と動物の両方が、大気中の酸素循環において役割を果たしています。ご存知のように、酸素は人間を含む多くの動物にとって重要です。私たちは酸素を吸い込み、細胞呼吸と呼ばれるプロセス中に酸素を使ってエネルギーを作ります。このプロセスは二酸化炭素を老廃物として放出し、それを吐き出します。植物は光合成の際に二酸化炭素を取り込み、食物と酸素を作ります。酸素が放出され、サイクルが再び始まります。
生命にとって最も重要な基準は水です。炭素循環と同様に、水循環は生物、地球、大気の間で水を移動させるプロセスです。水は、湖、川、海など、地球上の水域から蒸発します。水蒸気は雲の中で凝縮し、地球に水を戻す降水を形成します。地球上では、水の一部は元の湖や海に戻り、一部は地面に染み込んで地下水を形成します。植物や動物などの生物は水を消費します。水は再び蒸発し、サイクルを続けます。
一部の科学者は、生態系は完全なリサイクルが可能であると主張しています。完全なリサイクルとは、廃棄物を 100% 無限に再構成できることを意味します。他の科学者はこの考えに異議を唱え、技術廃棄物を完全にリサイクルすることは不可能だと主張しています。
生態学的なリサイクルは、有機農業では非常に一般的です。生態系のリサイクルを行う有機農場は、より多くの種をサポートするため、異なる食物網構造を持っています.生態学的なリサイクル農業モデルは、以下の原則に固執します。
1. ある形態から別の形態への物質の変換 - 栄養サイクルにより、物質をさまざまな特定の形態に変換し、さまざまな生物でその要素を利用できるようにします。
2. ある場所から別の場所への要素の移動 – 栄養サイクルにより、ある場所から別の場所への要素の移動が可能になります。一部の元素は、大気中の窒素など、ほとんどの生物がアクセスできない領域に高度に集中しています。栄養サイクルにより、これらの要素を土壌などのよりアクセスしやすい場所に移動できます。
3. 生態系の機能 – 栄養循環は生態系の機能を助けます。正常に機能するために平衡状態を必要とする生態系は、栄養循環を通じて平衡状態に戻ります。
4. 要素の保存 – 栄養サイクルは要素の保存を容易にします。栄養サイクルを通じて運ばれる要素は、自然の貯蔵庫に保存され、消費可能な少量で生物に放出されます.
5. 生物、生きている生物と生きていない生物を結びつける - 栄養サイクルは、生きている生物と生きている生物、生きている生物と生きていない生物、生きていない生物と生きていない生物を結びつけます。すべての生物は互いに依存しており、生物の生存に不可欠であるため、これは不可欠です。これらの生物は、栄養循環によって操作される栄養素の流れによって結び付けられています。
6. 物質の流れを調節する - 栄養サイクルは物質の流れを調節します。栄養サイクルが異なる球体を通過する際、各球体には特定の培地と速度があり、要素の流れは培地の粘度と密度によって決まるため、要素の流れが調整されます。したがって、栄養サイクル内の要素は、サイクル内で異なる速度で流れ、これにより、これらのサイクル内の要素の流れが調節されます。
