W tej lekcji dowiesz się o
Cykl składników odżywczych odnosi się do ruchu i wymiany materii organicznej i nieorganicznej z powrotem do produkcji żywej materii. Proces ten jest regulowany przez szlaki sieci pokarmowej, które rozkładają materię organiczną na nieorganiczne składniki odżywcze. Cykle składników odżywczych występują w ekosystemach.
Cykle składników odżywczych w przyrodzie nazywane są cyklami biogeochemicznymi, ponieważ pierwiastki przemieszczają się cyklicznie ze środowiska do żywych organizmów iz powrotem do środowiska.
Ekosystemy ilustrują zamknięty obieg recyklingu, w którym zapotrzebowanie na składniki odżywcze przyczyniające się do wzrostu biomasy przewyższa podaż w tym systemie. Istnieją regionalne i przestrzenne różnice we wzroście i kursach wymiany materiałów, przy czym niektóre ekosystemy mogą być zadłużone w składnikach odżywczych (pochłaniacze), a inne będą miały dodatkową podaż (źródła). Różnice te wynikają z historii geologicznej i topografii.
W sieci pokarmowej pętla lub cykl definiuje się jako ukierunkowaną sekwencję jednego lub więcej ogniw, która zaczyna się i kończy na tym samym gatunku. Na przykład w oceanie bakterie są wykorzystywane przez pierwotniaki, takie jak heterotroficzne mikrowiciowce, które są następnie wykorzystywane przez orzęski. Po tej czynności wypasu następuje wydalanie substancji, które są następnie wykorzystywane przez bakterie, dzięki czemu działanie systemu jest obiegiem zamkniętym.
Enzymatyczny rozkład celulozy jest przykładem recyklingu ekologicznego. Celuloza, która jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków organicznych na ziemi, jest głównym polisacharydem w roślinach, gdzie tworzy ściany komórkowe. Enzymy rozkładające celulozę uczestniczą w ekologicznym recyklingu naturalnych surowców roślinnych. Różne ekosystemy mogą mieć różne wskaźniki recyklingu śmieci.
Pierwiastki chemiczne są stale poddawane recyklingowi po ich użyciu w następujący sposób:
Każdy element ma swój cykl składników odżywczych, a każdy cykl ma unikalną ścieżkę, która obejmuje rezerwuary, baseny wymiany i czasy przebywania.
Zbiornik - region, w którym pierwiastek ma najwyższe stężenie i jest utrzymywany i przechowywany przez pewien czas. Na przykład węgiel lub paliwa kopalne są rezerwuarami węgla.
Pule wymiany — gdy elementy są przechowywane przez krótki czas. Na przykład rośliny i zwierzęta tymczasowo wykorzystują te pierwiastki w swoich systemach i uwalniają je z powrotem do środowiska.
Czas zamieszkania — czas, przez jaki element jest przetrzymywany w miejscu.
Energia przepływa kierunkowo przez ekosystemy Ziemi, zwykle wchodząc w postaci światła słonecznego i wychodząc w postaci ciepła. Jednak składniki chemiczne, z których składają się żywe organizmy, są inne: są poddawane recyklingowi.
Dwutlenek węgla i metan to przykłady związków węgla, które krążą w atmosferze i wpływają na globalny klimat. Poprzez procesy fotosyntezy i oddychania węgiel krąży również między żywymi organizmami a nieożywionymi składnikami ekosystemu.
„Szybki” obieg węgla to ruch węgla przez składniki biotyczne w środowisku. Rośliny i inne organizmy zdolne do fotosyntezy pozyskują dwutlenek węgla ze swojego środowiska i wykorzystują go do budowy substancji biologicznych. Rośliny, zwierzęta i organizmy rozkładające, takie jak bakterie i grzyby, zwracają dwutlenek węgla do atmosfery poprzez oddychanie.
Ruch węgla przez elementy abiotyczne w środowisku, takie jak skały, gleba i oceany, tworzy powolny obieg węgla. Przemieszczanie się węgla przez te elementy abiotyczne może trwać nawet 200 milionów lat.
Ponieważ organizmy, takie jak bakterie wiążące azot, wykorzystują azot do syntezy cząsteczek biologicznych potrzebnych do przeżycia, azot atmosferyczny musi najpierw zostać przekształcony w amoniak przez bakterie wiążące azot w środowisku wodnym i glebie. Amoniak jest następnie przekształcany przez bakterie w azotyny i azotany. Rośliny pozyskują azot z gleby poprzez wchłanianie amoniaku (NH4-) i azotanów przez swoje korzenie. Azotany i amon są następnie wykorzystywane do produkcji związków organicznych. Zwierzęta zjadają następnie rośliny, uzyskując w ten sposób azot zawarty w związkach organicznych. Azot w postaci organicznej jest następnie przekazywany w dół łańcucha pokarmowego, gdy inne zwierzęta jedzą te zwierzęta. Destruenci zwracają następnie amoniak do gleby, rozkładając odpady stałe i martwą lub rozkładającą się materię. Bakterie nitryfikacyjne przekształcają amoniak w azotyny i azotany. Bakterie denitryfikacyjne przekształcają następnie azotyny i azotany w azot, uwalniając azot z powrotem do atmosfery.
Fosfor jest niezbędnym składnikiem odżywczym potrzebnym do wzrostu roślin i zwierząt. Odgrywa istotną rolę w rozwoju komórek i jest kluczowym składnikiem cząsteczek magazynujących energię, takich jak trójfosforan adenozyny (ATP), kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i lipidy.
Skały w kontakcie z wodą deszczową uwalniają z czasem jony fosforanowe i inne minerały. Ten nieorganiczny fosforan jest następnie rozprowadzany w glebie i wodzie. Rośliny następnie pobierają nieorganiczny fosforan z gleby, a następnie rośliny te mogą być spożywane przez zwierzęta. Fosforan jest następnie włączany do cząsteczek organicznych, takich jak DNA, a kiedy rośliny lub zwierzęta umierają i rozkładają się, organiczny fosforan wraca do gleby. Bakterie w glebie rozkładają następnie materię organiczną na formy fosforanów, które są wchłaniane przez rośliny. Jest to również proces zwany mineralizacją. Fosfor w glebie może następnie przedostać się do dróg wodnych i oceanów, az czasem może zostać włączony do osadów.
Siarka jest ciałem stałym w swojej naturalnej postaci iw tej postaci; jest ograniczony do cyklu sedymentacyjnego. Może być przenoszony przez procesy fizyczne, takie jak wiatr, erozja wodna i zdarzenia geologiczne, takie jak erupcje wulkanów. Może być również transportowany przez ocean i do atmosfery, lądu iz powrotem do oceanów poprzez jego związki, takie jak dwutlenek siarki, kwas siarkowy, sole siarczanowe lub siarka organiczna przez opady deszczu i rzeki.
Zarówno rośliny, jak i zwierzęta odgrywają rolę w krążeniu tlenu w atmosferze. Jak wiecie, tlen ma kluczowe znaczenie dla wielu zwierząt, w tym dla ludzi. Wdychamy tlen, a nasze ciała wykorzystują go do wytwarzania energii podczas procesu zwanego oddychaniem komórkowym. Ten proces uwalnia dwutlenek węgla jako produkt odpadowy, który jest tym, co wydychamy. Rośliny pobierają dwutlenek węgla podczas fotosyntezy, w której wytwarzają pokarm i tlen. Tlen zostaje uwolniony i cykl zaczyna się od nowa.
Najważniejszym kryterium życia jest woda. Podobnie jak obieg węgla, obieg wody to proces przemieszczania wody między żywymi istotami, Ziemią i atmosferą. Woda paruje ze zbiorników wodnych na Ziemi, takich jak jeziora, rzeki i oceany. Para wodna skrapla się w chmurach i tworzy opady, które zwracają wodę na Ziemię. Na Ziemi część wody wraca do jezior i oceanów, z których pochodzi, a część wsiąka w ziemię, tworząc wody gruntowe. Organizmy żywe, takie jak rośliny i zwierzęta, zużywają wodę. Woda ponownie odparowuje, kontynuując cykl.
Niektórzy naukowcy twierdzą, że ekosystem jest zdolny do pełnego recyklingu. Całkowity recykling oznacza, że 100% odpadów można odtwarzać w nieskończoność. Inni naukowcy kwestionują ten pomysł, twierdząc, że całkowity recykling odpadów technologicznych nie jest możliwy.
Recykling ekologiczny jest bardzo powszechny w rolnictwie ekologicznym. Gospodarstwa ekologiczne, które prowadzą recykling ekosystemów, wspierają więcej gatunków, a zatem mają inną strukturę sieci pokarmowej. Model rolnictwa ekologicznego opartego na recyklingu jest zgodny z poniższymi zasadami:
1. Transformacja materii z jednej formy w drugą – cykle składników odżywczych umożliwiają przemianę materii w różne specyficzne formy, które umożliwiają wykorzystanie tego pierwiastka w różnych organizmach.
2. Przenoszenie elementów z jednego miejsca do drugiego – Cykle żywieniowe umożliwiają przenoszenie elementów z jednego miejsca do drugiego. Niektóre pierwiastki są silnie skoncentrowane w obszarach niedostępnych dla większości żywych organizmów, takich jak azot w atmosferze. Cykle składników odżywczych umożliwiają przenoszenie tych pierwiastków do bardziej dostępnych miejsc, takich jak gleba.
3. Funkcjonowanie ekosystemów – Cykle składników odżywczych wspomagają funkcjonowanie ekosystemów. Ekosystem, który do prawidłowego funkcjonowania wymaga stanu równowagi, przywraca stan równowagi poprzez cykle składników odżywczych.
4. Przechowywanie pierwiastków – Cykle odżywcze ułatwiają przechowywanie pierwiastków. Pierwiastki, które przechodzą przez cykle odżywcze, są przechowywane w swoich naturalnych rezerwuarach i są uwalniane do organizmów w niewielkich ilościach, które nadają się do spożycia.
5. Połącz organizmy, żywe i nieożywione – Cykle odżywcze łączą żywe organizmy z żywymi organizmami, żywe organizmy z nieożywionymi organizmami i nieożywione organizmy z nieożywionymi organizmami. Jest to niezbędne, ponieważ wszystkie organizmy są od siebie zależne i są niezbędne do przetrwania żywych organizmów. Organizmy te są połączone przepływem składników odżywczych, który jest kontrolowany przez cykle składników odżywczych.
6. Reguluj przepływ substancji – Cykle składników odżywczych regulują przepływ substancji. Ponieważ cykle składników odżywczych przechodzą przez różne sfery, przepływ pierwiastków jest regulowany, ponieważ każda sfera ma określone medium i szybkość, z jaką przepływ pierwiastków zależy od lepkości i gęstości medium. Dlatego pierwiastki w cyklach składników odżywczych przepływają z różną szybkością w obrębie cyklu, co reguluje przepływ pierwiastków w tych cyklach.
