Круговороты серы и кальция

Круговорот серы охватывает значительно меньшее количество веществ, чем Р- и N-циклы, потому что сера как структурная составляющая аминокислот L-memuoнuna и L-цистина живых существ имеет очень малую концентрацию. Сера и S-coдержащие соединения важны при энергообмене многочисленных видов бактерий и грибов.

Хотя отдельные микроорганизмы могут ввести элемент в цикл своего обмена веществ из соединений серы путем окисления, основным источником его появления в круговороте являются минеральные сульфаты (SO42-), содержащиеся; прежде всего в гипсе (CaSO4) и морской соли (MgSO4). Сульфаты напрямую всасываются корнями растений, восстанавливаются в процессе обмена веществ и встраиваются в S-содержащие аминокислоты, где они связаны в сульфидную группу (R — SH). Дальнейшее продвижение элемента проходит, с одной стороны, по цепи питания — к потребителям, а с другой, — через детрит (органические отложения) — к деструкторам. Большая часть серы включается в цикл при разложении органических отходов бактериями и грибами (Aspergillus, Neurospora).

В анаэробных условиях органические соединения серы восстанавливаются бактериями семейств Escherichia и Proteus до сульфидов или H2S. Гетеротрофы, анаэробные бактерии, восстанавливающие сульфат, такие как Desulfovibrio, используют SO42- в качестве протонного акцептора, точно так же, как денитрифицирующие бактерии используют нитрит и нитрат. Восстановление сульфата, как правило, до серы, если оно поддерживается видами Aerobacter, может завершиться на образовании сульфида (S2-).

Серосодержащие воды пагубны для высших организмов, зато в аэробных условиях обеспечивают среду обитания бесцветным сернобактериям. На глубоководье Beggiatoa окисляют H2S до элементарной серы, a Thiobacillus до SO42-, благодаря чему H S превращается в усваиваемый растениями сульфат (суль-фуризация). Эти бактерии получают энергию, требуемую для получения углерода при восстановлении СО2, и синтезе органических субстанций, хемоавтотрофным способом при окислении неорганической серы и сульфидов. Зеленые и пурпурные бактерии используют на мелководье световую энергию и H2S в качестве поглотителя кислорода для восстановления С02. Зеленые бактерии окисляют сульфид до элементарной S, а пурпурные — до сульфата.

В анаэробных условиях железо реагирует с H2S до образования сульфидов железа, нерастворимых в нейтральной и щелочной среде, та> способствует выпадению серы из биотического круговорота.

В процессе развития жизни отложение железа и элементарных металлов — Си, Cd, Zn и Со — приводило к выводу из жизненных пространств ядовитой S. В настоящее время сульфиды металлов встречаются в виде руд. Круговороты веществ I: круговорот С и Ог 1 Дополнительное экологическое преимущество образования сульфидов железа — высвобождение фосфата Fe3(PO4)2, активизирующего рост растений.

Круговороты серы

Круговороты серы.

Круговорот кальция

Циркуляция Са в экосистеме — пример цикла с фазой осаждения без газовой фазы. Са часто связан с фосфатом и является структурным атомом в составе костей, зубов и органических химических соединений. В виде иона Са2+ он необходим в процессе обмена веществ, при передаче раздражения по нервным клеткам и клеткам мускулов, а также в процессах, связанных с мембранами. Через Са2+ поддерживается осмотическое равновесие между клетками тканей животных и растений. Многочисленным видам животных необходима известь (СаС03) как строительный материал скелета и панциря. Важнейшим источником Са для экосистем служат почвы, в которые элемент попадает в результате выветривания пород (например, CaC03, CaSO4 доломит CaMg(C03)2). В составе глинисто-гумусовых комплексов почвы Са доступен растениям, свободные ионы легко вымываются.

Круговороты кальция

Круговороты кальция.

Кальций в лесных экосистемах.

Борман и Ликенс определили, что в дубово-сосновом смешанном лесу Северной Америки почвы и растительные остатки содержат 690 кг/га Са, из которых около 7% используется в биологическом цикле. Наземные системы вследствие вымывания теряют небольшое количество Са — около 2% в год. Но эти потери в природных экосистемах могут восполняться при выветривании практически неисчерпаемых резервов каменных пород

Деревья с глубокими корнями, например кизил, лесах выполняют функцию транспортировки Са из нижних слоев выветренной породы в верхние подпочвенные слои. Если подобные деревья на территориях с монокультурами типа сосны с плоско корневой структурой или на пахотных землях отсутствуют, появляется дефицит Са, который ликвидируют удобрением почвы, В среде смешанных культур растения по-разному впитывают ионы солей и выполняют функции накопителей питательных веществ. Плоско корневые растения, такие как дуб кошенильный (Quercus coccinea), способны извлекать питательные вещества из гумусных слоев с помощью своих широко раскинутых тарелкообразных корней более эффективно, чем глубоко корневые деревья. Глубоко корневые растения, например сосна жесткая (Pinus rigida), своими стержневыми корнями проникают в глубокие слои с грунтовыми водами и способствуют обогащению экосистемы кальцием. Однако содержание ионов металлов в глубоко корневых и плоско корневых растениях различно.

Поделиться:
Добавить комментарий