Informacija

Zašto fosfor ili dušik nisu ograničavajući nutrijent za životinje?

Zašto fosfor ili dušik nisu ograničavajući nutrijent za životinje?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dušik i fosfor obično su ograničavajuće hranjive tvari za biljke, osobito za alge. Fosfor se koristi za DNK, ATP i fosfolipide, a dušik se koristi za gotovo svaki protein koji stanica želi proizvesti. Odnosno, njihova potreba za biološkim procesima nije vezana izričito uz fotosintezu: sve što živi trebat će ih, uglavnom za sve što bi moglo učiniti. Bilo bi logično da budu ograničavajući nutrijent za gotovo sve što pokušava rasti, biljku ili životinju.

Ipak, čini se da je za životinje ograničavajući "nutrijent" uvijek energija, tj. hrana. Zašto životinje nisu ograničene nedostatkom hranjivih tvari na isti način kao i biljke? Očito je i životinjama potrebne ove hranjive tvari. Ili da preokrenemo pitanje, zašto biljke trebaju toliko više fosfora/dušika nego životinje?

Moja najbolja pretpostavka je da je životinjska probava biljnog materijala relativno neučinkovita u smislu energije, ali relativno učinkovita u pogledu hranjivih tvari. Dakle, da bi životinja pojela dovoljno hrane da ima dovoljno energije za preživljavanje, vjerojatno je jela više nego dovoljno dušika i fosfora za svoje potrebe. Ali samo nagađam i ne mogu pronaći nikakve podatke koji bi potvrdili tu pretpostavku.


Fosfor

Vaša sugestija da ćemo dobiti dovoljno kalorija, ako ispunjavamo naše potrebe za kalorijama, vrijedi za fosfor. Većina namirnica sadrži puno fosfora. Maksimalna potreba za prehranom javlja se tijekom rasta adolescenata, procjenjuje se na 1250 mg dnevno. Uz pretpostavku unosa kalorija od 2500 kcal možemo izračunati 2500 kcal ekvivalentnog sadržaja fosfora za različite namirnice:

obrano mlijeko sadrži 7.400 mg fosfora na 2500 kcal

pečena pileća prsa sadrže 7500 mg fosfora na 2500 kcal

kuhana bijela riža sadrži 3840 mg na 2500 kcal

(Izračuni se temelje na vrijednostima dobivenim putem ove stranice.)

Dušik

Naše potrebe za dušikom zadovoljavaju se našim unosom proteina: neadekvatan unos proteina očituje se kao kwashiorkor koji je u osnovi posljedica nedostatka esencijalnih aminokiselina u prehrani. Drugim riječima, jedini način da se postigne dijeta s nedostatkom dušika je da ne jedemo proteine, a to ne bi ublažio niti jedan anorganski izvor dušika, čak i kada bismo mogli unositi dovoljno takvog izvora N.


Iz vrha moje glave:

  • Biljke su fotosintetske pa imaju neograničen pristup energiji. Kad bi životinja imala neograničen pristup energiji, vjerojatno bi imala dušik ili fosfor ili nešto drugo kao ograničavajuću hranjivu tvar.
  • Životinje jedu biljke i/ili jedni druge. Sve što životinje jedu imat će u većoj ili manjoj mjeri dovoljno proteina/masti/nukleinskih kiselina itd. da zadovolji minimalne prehrambene potrebe. Kao što je navedeno u Chrisovom komentaru, mogu postojati neka ograničenja specifična za vrstu poput dostupnosti soli u prehrani biljojeda ili potrebe ljudi za vanjskim izvorom vitamina C.

Zašto fosfor ili dušik nisu ograničavajući nutrijent za životinje? - Biologija

Biogeokemijski ciklusi
Procesi u kojima se elementi, kemijski spojevi i drugi oblici tvari prenose s jednog organizma na drugi i iz jednog dijela biosfere u drugi.

Kao što ta riječ sugerira, ciklusi materije uključuju biološke procese, geološke procese i kemijske procese. Ljudska aktivnost također može igrati važnu ulogu. Kako se materija kreće kroz te cikluse, ona se transformira. Nikada se ne stvara ili uništava – samo se mijenja.

Postoji mnogo načina na koje se mogu klasificirati procesi uključeni u biogeokemijske cikluse. Ovdje ćemo koristiti sljedeće smjernice:

Biološki procesi
Biološki procesi se sastoje od svih aktivnosti koje izvode živi organizmi. Ti procesi uključuju jedenje, disanje, 'sagorijevanje' hrane i eliminaciju otpadnih proizvoda.

Geološki procesi
Geološki procesi uključuju vulkanske erupcije, formiranje i razbijanje stijena, te velika kretanja tvari unutar i ispod površine zemlje.

Kemijski i fizikalni procesi
Kemijski i fizikalni procesi uključuju stvaranje oblaka i oborina, protok tekuće vode i djelovanje munje.

Ljudska aktivnost
Ljudske aktivnosti koje utječu na cikluse tvari na globalnoj razini uključuju rudarenje i spaljivanje fosilnih goriva, krčenje zemljišta za gradnju i poljoprivredu, spaljivanje šuma te proizvodnju i korištenje gnojiva.

Ovi procesi, prikazani na slici 3.14, uvijek iznova prolaze iste atome i molekule. Zamislite, na trenutak, da ste ugljikov atom u molekuli ugljičnog dioksida koja je upravo izbačena iz vulkana. List grma borovnice u obližnjem planinskom lancu upija vas tijekom fotosinteze. Postajete dio molekule ugljikohidrata u borovnici. Karibu pojede voće i u roku od nekoliko sati vi se onesvijestite iz tijela životinje. Uskoro vas proguta balegarica, koju pojede gladna rovka. Kombinirani ste u tjelesno tkivo rovke, koju potom jede sova. Otpušteni ste natrag u atmosferu kada sova izdahne ugljični dioksid, otopi se u kapi kišnice i poteče kroz rijeku u ocean.

Ovo bi samo mogao biti dio beskrajnog ciklusa atoma ugljika kroz biosferu. Atomi ugljika u vašem tijelu možda su nekada bili dio stijene na dnu oceana, rep dinosaura ili čak dio povijesne ličnosti poput Julija Cezara!

Vodeni ciklus
Kako voda kruži kroz biosferu?

  • Voda se neprestano kreće između oceana, atmosfere i kopna – ponekad izvan živih organizama, a ponekad unutar njih.

Vodena para se može prenositi vjetrovima na velike udaljenosti. Ako se zrak koji ga nosi ohladi, vodena para se kondenzira u sitne kapljice koje tvore oblake. Kad kapljice postanu dovoljno velike, padaju na površinu Zemlje kao oborine u obliku kiše, snijega, susnježice ili tuče. Na kopnu, neke oborine teku duž površine, što znanstvenici nazivaju otjecanjem, sve dok ne uđu u rijeku ili potok koji ih nosi u ocean ili jezero. Oborine se također mogu apsorbirati u tlo i tada se nazivaju podzemne vode. Podzemne vode mogu ući u biljke kroz njihovo korijenje ili teći u rijeke, potoke, jezera ili oceane. Neke podzemne vode prodiru dovoljno duboko u tlo da postanu dio podzemnih rezervoara. Voda koja ponovno ulazi u atmosferu transpiracijom ili isparavanjem započinje ciklus iznova.

Ciklusi hranjivih tvari
Koja je važnost glavnih ciklusa hranjivih tvari?

  • Svakom organizmu potrebne su hranjive tvari za izgradnju tkiva i obavljanje životnih funkcija. Poput vode, hranjive tvari prolaze kroz organizme i okoliš kroz biogeokemijske cikluse. Tri puta ili ciklusa koji pomiču ugljik, dušik i fosfor kroz biosferu posebno su kritični za život.

Ugljik je glavna komponenta svih organskih spojeva, uključujući ugljikohidrate, lipide, proteine ​​i nukleinske kiseline. Zapravo, ugljik je tako ključni sastojak živog tkiva i ekosustava da se život na Zemlji često opisuje kao život temeljen na ugljiku. Ugljik u obliku kalcijevog karbonata (CaCO3) važna je komponenta mnogih različitih vrsta životinjskih skeleta a također se nalazi u nekoliko vrsta stijena. Ugljik i kisik tvore plin ugljični dioksid (CO2), koji je važna komponenta atmosfere i otopljen je u oceanima.

Neki spojevi koji sadrže ugljik koji su nekoć bili dio drevnih šuma zakopani su i pretvoreni geološkim procesima u ugljen. Tijela morskih organizama koji sadrže ugljik pretvorena su u naftu ili prirodni plin. Ugljen, nafta i prirodni plin često se nazivaju fosilnim gorivima jer su u biti 'fosilizirani' ugljik. Glavni rezervoari ugljika u biosferi uključuju atmosferu, oceane, stijene, fosilna goriva i šume.

Slika 3 17 prikazuje kako se ugljik kreće kroz biosferu. Ugljični dioksid se kontinuirano izmjenjuje između atmosfere i oceana putem kemijskih i fizikalnih procesa. Biljke uzimaju ugljični dioksid tijekom fotosinteze i koriste ugljik za izgradnju ugljikohidrata. Ugljikohidrati zatim prolaze kroz prehrambene mreže do potrošača. Mnoge životinje – i na kopnu i u moru – kombiniraju ugljik s kalcijem i kisikom dok životinje grade kostur od kalcijevog karbonata. Organizmi disanjem oslobađaju ugljik u obliku plina ugljičnog dioksida. Također, kada organizmi umru, razlagači razgrađuju tijela, oslobađajući ugljik u okoliš. Geološke sile mogu pretvoriti akumulirani ugljik u stijene koje sadrže ugljik ili fosilna goriva. Ugljični dioksid se oslobađa u atmosferu vulkanskom aktivnošću ili ljudskim aktivnostima, kao što su spaljivanje fosilnih goriva te krčenje i spaljivanje šuma.

Znanstvenici znaju mnogo o biološkim, geološkim, kemijskim i ljudskim procesima koji su uključeni u ciklus ugljika, ali ostaju važna pitanja. Koliko se ugljika kreće kroz svaki put? Kako ekosustavi reagiraju na promjene koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi? Koliko ugljičnog dioksida može apsorbirati ocean? Kasnije u ovoj cjelini naučit ćete zašto su odgovori na ova pitanja toliko važni.

Svim organizmima je dušik potreban za stvaranje aminokiselina, koje se koriste za izgradnju nukleinskih kiselina, koje se spajaju u DNK, RNA i proteine. U biosferi se prirodno pojavljuju mnogi različiti oblici dušika. Plin dušik (N2) čini 78 posto Zemljine atmosfere. Tvari koje sadrže dušik kao što su amonijak (NH3), nitratni ioni (NO3?) i nitritni ioni (NO2?) nalaze se u tlu, u otpadu kojeg proizvode mnogi organizmi, te u mrtvoj i raspadajućoj organskoj tvari. Otopljeni dušik također postoji u nekoliko oblika u oceanu i drugim velikim vodenim tijelima. Slika 3 18 pokazuje kako različiti oblici dušika kruže kroz biosferu.

Iako je plin dušik najzastupljeniji oblik dušika na Zemlji, samo određene vrste bakterija mogu izravno koristiti ovaj oblik. Ove bakterije žive u tlu i na korijenju određenih biljaka, kao što su kikiriki i grašak, koji se nazivaju mahunarkama. Bakterije pretvaraju plinoviti dušik u amonijak, u procesu poznatom kao fiksacija dušika. Druge bakterije u tlu taj fiksirani dušik pretvaraju u nitrate i nitrite. Kada su ti oblici dušika dostupni, primarni proizvođači ih mogu koristiti za proizvodnju proteina i nukleinskih kiselina. Potrošači jedu proizvođače i ponovno koriste dušik za proizvodnju vlastitih spojeva koji sadrže dušik. Razlagači otpuštaju dušik iz otpada i mrtvih organizama u obliku amonijaka, nitrata i nitrita koje proizvođači mogu ponovno preuzeti. Druge bakterije u tlu dobivaju energiju pretvaranjem nitrata u dušikov plin, koji se oslobađa u atmosferu u procesu tzv. denitrifikacija. Relativno mala količina plina dušika pretvara se u upotrebljive oblike munjom u procesu koji se naziva atmosferska fiksacija dušika. Ljudi dodaju dušik u biosferu kroz proizvodnju i korištenje gnojiva. Višak gnojiva često se padalinama prenosi u površinske ili podzemne vode.

Fosfor je neophodan za žive organizme jer čini dio vitalnih molekula kao što su DNA i RNA. Iako je fosfor od velike biološke važnosti, u biosferi ga nema u izobilju. Za razliku od ugljika, kisika i dušika, fosfor ne ulazi u atmosferu u značajnim količinama. Umjesto toga, fosfor u obliku anorganskog fosfata ostaje uglavnom na kopnu, u obliku fosfatnih stijena i minerala tla, te u oceanu, kao otopljeni fosfati i fosfatni sedimenti, kao što se vidi na slici 3 19.

Kako se stijene i sedimenti postupno troše, oslobađa se fosfat. Dio fosfata ostaje na kopnu i kruži između organizama i tla. Biljke vežu fosfat u organske spojeve kada ga apsorbiraju iz tla ili vode. Organski fosfat se kreće kroz mrežu hrane, od proizvođača do potrošača i do ostatka ekosustava. Ostali fosfati ispire se u rijeke i potoke, gdje se otapa. Ovaj fosfat bi na kraju mogao doći do oceana, gdje ga morski organizmi prerađuju i ugrađuju u biološke spojeve.

Koja su tri puta koja pomiču hranjive tvari kroz biosferu?

Koju ulogu ima kisik u ciklusima hranjivih tvari?

Zašto je ugljik važan za život?

Koja su dva važna spoja ugljika i zašto su važna?

Koja su tri glavna dušikova spoja i gdje se nalaze?

Što je fiksacija dušika i zašto je to važno?

Što je denitrifikacija?

Zašto je fosfor važan za živa bića?

Ograničenje hranjivih tvari
Kako je dostupnost hranjivih tvari povezana s primarnom produktivnošću ekosustava?

  • Ako je dostupno dovoljno sunčeve svjetlosti i vode, primarna produktivnost ekosustava može biti ograničena dostupnošću hranjivih tvari.

Ograničenje hranjivih tvari u tlu

Na svim osim u najbogatijem tlu, rast usjeva obično je ograničen jednim ili više hranjivih tvari koje biljke moraju unijeti kroz svoje korijenje. Zato poljoprivrednici koriste gnojiva! Većina gnojiva sadrži velike količine dušika, fosfora i kalija, koji pomažu biljkama da bolje rastu u siromašnom tlu. Mikronutrijenti poput kalcija, magnezija, sumpora, željeza i mangana potrebni su u relativno malim količinama, a ti elementi su ponekad uključeni u specijalna gnojiva. (Ugljik nije uključen u kemijska gnojiva jer biljke dobivaju ugljični dioksid iz atmosfere tijekom fotosinteze.) Svi ciklusi hranjivih tvari rade zajedno poput zupčanika na slici 3 20. Ako nema dovoljno hranjivih tvari, ako se neki kotač zaglavi, cijeli se sustav usporava ili potpuno zaustavlja.

Ograničenje nutrijenata u vodenim ekosustavima

Otvoreni oceani svijeta siromašni su hranjivim tvarima u usporedbi s mnogim kopnenim područjima. Morska voda obično sadrži samo 0,00005 posto dušika, ili 1/10 000 količine koja se često nalazi u tlu. U oceanima i drugim okruženjima sa slanom vodom, dušik je često ograničavajući nutrijent. U potocima, jezerima i slatkovodnim okolišima, fosfor je obično ograničavajući nutrijent.

Ponekad, poput obilnih kiša, vodeni ekosustav prima veliki unos ograničavajućih hranjivih tvari – na primjer, otjecanje s jako gnojenih polja. Kada se to dogodi, rezultat može biti cvjetanje algi.

Cvjetanje algi
Dramatično povećanje količine algi i drugih primarnih proizvođača koje je rezultat velikog unosa ograničavajućih hranjivih tvari, promjene boje vode, stvaranja neugodnih mirisa i lošeg okusa, ili ponekad stvaranja toksina ili trošenja slobodnog kisika u vodi, što dovodi do ribe izumrijeti.

Zašto otjecanje s gnojenih polja može proizvesti cvjetanje algi? Dostupno je više hranjivih tvari, tako da proizvođači mogu brže rasti i razmnožavati se. Ako nema dovoljno potrošača da jedu alge, može doći do cvjetanja algi, u tom slučaju alge mogu prekriti površinu vode i poremetiti funkcioniranje ekosustava.


Ciklus fosfora (sa dijagramom)

Fosforov ciklus, za razliku od ciklusa ugljika i dušika, nema atmosfersku komponentu.

Globalni ciklus fosfora uključuje samo vodene i zemljišne odjeljke. Kao osnovni sastojak nukleinskih kiselina, fosfolipida i brojnih fosforiliranih spojeva, fosfor je jedan od nutrijenata od velike važnosti za biološke sustave.

Nadalje, kako je Hutchinson primijetio, budući da omjer fosfora i drugih elemenata u organizmima ima tendenciju da bude znatno veći od omjera fosfora u dostupnim i primarnim izvorima, fosfor postaje ekološki značajan kao najvjerojatniji ograničavajući ili regulirajući element u produktivnosti.

Osnovni izvor i veliki rezervoar fosfora su stijene ili druge naslage koje su nastale u prošlim geološkim dobima. Oni postupno erodiraju, oslobađajući fosfate u ekosustave. No, mnogo fosfata bježi u more gdje se dio taloži u plitkim sedimentima, a dio se gubi u duboke sedimente (slika 5.9).

Međutim, sredstva za vraćanje fosfora u ciklus su neadekvatna da nadoknade gubitak. Glavni globalni tok fosfora sastoji se od kretanja oko 21 x 10 12 g P yr.-1 iz kopnenog bazena u oceane kroz rijeke. Fosfatna gnojiva, koja se koriste u poljoprivredi, dodaju se tlu u količini od oko 14 x 10 12 g godišnje -1, koja se također prenose u oceane otjecanjem i rijekama (Schlasinger 1991, Caraco 1993).

Mnogo se fosfata gubi u ovom središnjem ciklusu fizičkim procesima, kao što je sedimentacija, koji ga odvode izvan dosega podizanja i velike cirkulacije vode. Biološki procesi, kao što su formiranje zuba i kostiju, te izlučivanje također uzrokuju značajne gubitke iz većeg dijela ciklusa.

Ribe i morske ptice također su važne u ciklusu fosfora. Potonji su očito igrali važnu ulogu u vraćanju fosfora u ciklus. U tom kontekstu možemo razmotriti ogromne naslage guana (gnoj od morskih ptica) duž zapadne obale Južne Amerike.

Iako čovjek lovi mnogo morske ribe, prema Hutchsinsonu, na ovaj se način vrati samo oko 60.000 tona elementarnog fosfora godišnje, u usporedbi s milijun do dva milijuna tona fosfatnih stijena koje se eksploatiraju i od kojih se većina ispire i gubi .

Za svoju ishranu biljke apsorbiraju vodu otopljene anorganske fosfate iz tla bilo kao dihidrogen fosfat (H2PO4) ili kao hidrogenfosfat (HPO4) (Sl. 5.10) i pretvoriti ih u organski fosfat. Potonji se prenosi na životinjske konzumente i razlagače.

Razlagači vraćaju fosfor u tlo kao fosfatni ion. Fosfat apsorbiran iz tla vraća se u njega u mrtvim biljnim i životinjskim organskim ostacima, koji se djelovanjem mikroorganizama tla pretvaraju u humus. Velik dio fosfata u tlu je fiksiran ili adsorbiran na čestice tla, ali dio se gubi ispiranjem u vodotoke.

U slatkoj vodi, plutajuće alge ili fitoplankton brzo apsorbiraju topive anorganske fosfate i pretvaraju ih u organofosfate (slika 5.11). Alge daju hranu za zooplankton koji zauzvrat konzumiraju druge životinje. Sve biljke i životinje na kraju umiru i s vremenom se njihovi organski ostaci ili ostaci propadaju pod djelovanjem mikroorganizama, a fosfati se puštaju u vodu za recikliranje. U vodenim biljkama fosfor ograničava rast biljaka.

Određene specijalizirane gljive igraju važnu ulogu u ciklusu fosfora. U mnogim slučajevima biljne vrste imaju mikorizu (korijenje gljiva), uzajamni odnos između nepatogene gljive i živih stanica korijena biljaka (Salisbury i Ross, 1985.). Ove mikorize igraju važnu ulogu u kruženju hranjivih tvari u tlu.

Eksperimenti provedeni s radioaktivno obilježenim elementima pokazuju da biljka ima koristi od povećanja brzine kojom može preuzeti fosfate i druge ograničavajuće hranjive tvari ili vodu, a gljiva zauzvrat prima organske spojeve iz biljke.

Zagađenje može jako utjecati na prirodni ciklus fosfata. Poljoprivredna gnojiva koja sadrže superfosfat ili trostruki superfosfat danas se često koriste na poljima, a kanalizacija, čak i nakon pročišćavanja, sadrži fosfate dobivene iz izlučevina i deterdženata.

Ovi fosfati mogu na kraju dospjeti u slatkovodne tokove i rijeke kroz kopno i otpadne vode. Zagađenje rijeka i jezera fosfatima uzrokovalo je prekomjeran rast algi, što smanjuje sadržaj otopljenog kisika u vodi i remeti prirodne lance hrane.


Zašto fosfor ili dušik nisu ograničavajući nutrijent za životinje? - Biologija

Sjajno pitanje. Evo mjerila. Kad kakimo, riješimo se hrpe stvari koje ne možemo probaviti ili koje naše tijelo ne može iskoristiti. Ali još uvijek ima puno korisnih hranjivih tvari u izmetu. Sva živa bića izgrađena su od stanica. A te su stanice napravljene od molekula. A te su molekule izgrađene od hranjivih tvari. Ako pogledate vrećicu gnojiva, vidjet ćete riječi poput "dušik" i "fosfor". To su hranjive tvari koje biljke mogu koristiti za izgradnju svojih molekula i stanica. I izmet je pun tih hranjivih tvari.

Obično ne koristimo ljudski izmet kao gnojivo jer bi klice i paraziti mogli ući u našu hranu. Ali mi koristimo izmet od krava, pilića i šišmiša. Izmet se često ostavi da malo istrune kako bi bakterije, gljivice, insekti i drugi razlagači dobili priliku razgraditi stvari. To olakšava biljkama da dobiju hranjive tvari.

Što mislite zašto su razlagači toliko važni u ekosustavima? Savjet: recikliranje.

Možda želite studirati ekologiju.

U izmetu ima korisnih stvari za biljke. Naša tijela ne koriste svu hranu koju jedemo, a bakterije u našim crijevima stvaraju druge korisne molekule od hrane i otpada u našim crijevima. To je korisno gnojivo za biljke.

Moj muž je stavio gomilu pilećeg izmeta u svoj novi vrt, ali biljke su umrle. U izmetu su bile neke jake kemikalije koje su ubile biljke. Pileći izmet treba pustiti da stoji na suncu, ili ga puno zalijevati, ili nešto učiniti s njim prije nego što ga može koristiti kao gnojivo.

Stavila sam izmet zamorčića na biljke na svom balkonu i čini mi se da su dobro. Izmet zamorčića izlazi u suhim malim kuglicama, tako da mislim da dobivaju zrak i vodu i vrijeme da budu sigurni prije nego što se upije u tlo oko mojih biljaka.

Neke životinje vole jesti svoj izmet. Wikipedia kaže da ljudi misle da bakterije u crijevima životinja stvaraju vitamine koje životinje dobivaju kada pojedu izmet.

Izmet ili stajski gnoj može pomoći biljkama u rastu jer obogaćuje tlo u kojem rastu. Biljke su poput nas, potrebne su nam hranjive tvari koje nam pomažu u rastu. Stajnjak opskrbljuje hranjivim tvarima poput dušika, fosfora, kalija, što ubrzava razgradnju i snižava pH tla. To pomaže biljkama da rastu brže!

Izmet sadrži fosfor koji je biljkama potreban, ali ga nema u zraku. Izmet također sadrži dušik koji je u zraku, ali oblik dušika u zraku nije u obliku koji biljke mogu iskoristiti, pa ga opet biljke mogu dobiti iz izmeta.

Hvala na sjajnom pitanju.

Životinje jedu hranu kako bi porasle i za energiju, ali ne koriste sve što je u hrani. Životinje se oslobađaju hrane koju ne koriste kakanjem. Ovo znači to životinjski izmet, ili izmet, sadrži puno hranjivih tvari ili stvari koje su sve biljke i životinje potrebne za rast.

Kada se u prljavštinu doda životinjski izmet, to se zove stajnjak. Stajnjak ima sve vrste stvari koje biljke trebaju za rast, poput dušika. Oni pomažu da tlo postane plodno ili dobro mjesto za rast biljaka. Stajnjak također čini da tlo zadržava više vode, što je također jako dobro za rast biljaka.

Stajnjak je toliko koristan za biljke da bez njega ne bismo imali ni približno toliko hrane.

Hvala još jednom na pitanju!

Izmet, koji ću u nastavku ovog objašnjenja nazvati gnojem, puno pomaže biljkama da rastu. Biljke, poput nas, trebaju hranjive tvari da bi rasle, a ponekad tlo u kojem biljke prirodno rastu nema dovoljno. Stajnjak zapravo ima puno hranjivih tvari koje su biljke potrebne za rast. Osim toga, dodavanjem stajskog gnojiva kao gnojiva se također zagrijava tlo, što ubrzava razgradnju mrtvih biljaka i životinja, čime se biljke mogu hraniti. Hvala vam puno na vašem pitanju!


Zašto fosfor ili dušik nisu ograničavajući nutrijent za životinje? - Biologija

Kliknite ovdje za čitanje
Vizija Faith Jackson

Više stvari

Trenutna anketa

Savjeti za predloške

Poglavlje 54: Ekosustavi

Pojmovi Definicije
Aposematska obojenost Svijetla boja životinja s učinkovitom fizičkom ili kemijskom obranom koja djeluje kao upozorenje grabežljivcima.
Batesova mimikrija Vrsta mimikrije u kojoj bezopasna vrsta izgleda kao vrsta koja je otrovna ili na neki drugi način štetna za grabežljivce.
Biogeografija Proučavanje prošlosti i sadašnjosti rasprostranjenosti vrsta.
Biomanipulacija Pristup koji primjenjuje model organizacije zajednice odozgo prema dolje za promjenu karakteristika ekosustava. Na primjer, ekolozi mogu spriječiti cvjetanje algi i eutrofikaciju mijenjanjem gustoće potrošača više razine u jezerima umjesto upotrebom kemijskih tretmana.
Biomasa ukupna masa žive tvari u danoj jedinici površine
Model odozdo prema gore Model organizacije zajednice u kojem mineralne hranjive tvari kontroliraju organizaciju zajednice jer hranjive tvari kontroliraju broj biljaka, koji zauzvrat kontroliraju broj biljojeda, koji zauzvrat kontroliraju broj grabežljivaca.
Pomak karaktera tendencija da karakteristike budu više divergentne u simpatrijskim populacijama dviju vrsta nego u alopatrijskim populacijama iste dvije vrste.
Komensalizam simbiotski odnos u kojem jedan član udruge ima koristi, a drugi se ne pomaže niti šteti
Zajednica (ekologija) skupina međusobno ovisnih organizama koji nastanjuju istu regiju i međusobno djeluju
Ekologija zajednice Studija o tome kako interakcije između vrsta utječu na strukturu i organizaciju zajednice
Konkurentsko isključenje Koncept da kada se populacije dviju sličnih vrsta natječu za iste ograničene resurse, jedna populacija će koristiti resurse učinkovitije i imati reproduktivnu prednost koja će na kraju dovesti do eliminacije druge populacije
Zagonetna obojenost Kamuflaža, što otežava uočavanje potencijalnog plijena na njegovoj pozadini
Poremećaj Prirodni događaj ili događaj uzrokovan čovjekom koji mijenja biološku zajednicu i obično uklanja organizme iz nje. Poremećaji, kao što su požari i oluje, igraju ključnu ulogu u strukturiranju mnogih zajednica.
Dominantne vrste One vrste u zajednici koje imaju najveću brojnost ili najveću biomasu. Ove vrste vrše snažnu kontrolu nad pojavom i distribucijom drugih vrsta.
Hipoteza dinamičke stabilnosti Ideja da su dugi lanci ishrane manje stabilni od kratkih lanaca.
Ekološka niša zbroj upotrebe vrste biotičkih i abiotičkih resursa u svom okolišu
Ekološka sukcesija Prijelaz u sastavu vrsta biološke zajednice, često nakon ekološkog poremećaja zajednice, uspostava biološke zajednice na području gotovo neplodnom.
Ektoparazit Parazit koji se hrani vanjskom površinom domaćina.
Endoparazit parazit koji živi u unutrašnjosti svog domaćina
Energetska hipoteza Koncept da je duljina prehrambenog lanca ograničena neučinkovitošću prijenosa energije duž lanca.
Evapotranspiracija Ukupno isparavanje vode iz ekosustava, uključujući isparavanje iz tla i izvan biljaka, kao i transpiraciju vode iz biljaka kroz stomate.
Voditeljica Vrsta koja pozitivno utječe na opstanak i razmnožavanje drugih vrsta u zajednici i koja utječe na strukturu zajednice.
Hranidbeni lanac Put kojim se energija hrane prenosi s trofičke razine na trofičku razinu, počevši od proizvođača.
Mreža hrane međusobno povezani lanci ishrane
Biljojedi Interakcija u kojoj biljožder jede dijelove biljke ili alge
Domaćin Veći sudionik u simbiotskom odnosu, služi kao dom i izvor hrane za manji simbiont.
Hipoteza srednjeg poremećaja Koncept da umjerene razine uznemiravanja mogu potaknuti veću raznolikost vrsta od niske ili visoke razine uznemiravanja.
Međuvrsno natjecanje Natjecanje za resurse između biljaka, između životinja ili između razlagača kada su resursi u nedostatku
Interspecifična interakcija odnosi između vrsta zajednice
Invazivne vrste Vrsta, koju često unose ljudi, koja se nalazi izvan svog izvornog područja.
Keystone vrste Vrste koje obično nisu obilne u zajednici, ali imaju snažnu kontrolu nad strukturom zajednice prema prirodi svojih ekoloških uloga ili niša
Müllerovska mimikrija međusobna mimikrija dviju neukusnih vrsta.
Neravnotežni model Model zajednica koji naglašava da nisu stabilne u vremenu, već da se stalno mijenjaju nakon što su pogođene poremećajima
Parazit Organizam koji se hrani staničnim sadržajem, tkivima ili tjelesnim tekućinama druge vrste (domaćina) dok je u ili na organizmu domaćina. Paraziti štete, ali obično ne ubijaju svog domaćina
Parazitizam Simbiotski odnos u kojem jedan organizam, parazit, ima koristi na račun drugog, domaćina, živeći unutar ili na domaćinu
Patogen virus ili organizam koji može uzrokovati bolest
Predacija interakcija u kojoj jedan organizam hvata i hrani se drugim organizmom
Primarna sukcesija Vrsta ekološke sukcesije koja se javlja na području gdje izvorno nije bilo prisutnih organizama i gdje tlo još nije formirano.
Relativno obilje Proporcionalno obilje različitih vrsta u zajednici.
Particioniranje resursa Podjela resursa okoliša po koegzistirajućim vrstama tako da se niša svake vrste razlikuje za jedan ili više značajnih čimbenika od niša svih koegzistirajućih vrsta
Sekundarna sukcesija Vrsta sukcesije koja se događa kada je postojeća zajednica očišćena nekim poremećajem koji ostavlja tlo ili supstrat netaknutim.
Shannon raznolikost Indeks raznolikosti zajednice simboliziran s H i predstavljen jednadžbom H = [(pA ln pA) + (pB ln pB) + (pC ln pC) + . . .], gdje su A, B, C . . . su vrste u zajednici, p je relativna brojnost svake vrste, a ln je prirodni logaritam.
Raznolikost vrsta broj i relativno obilje vrsta u biološkoj zajednici
Bogatstvo vrsta broj vrsta u biološkoj zajednici.
Krivulja vrsta-površina uzorak bioraznolikosti, koji je prvi primijetio Alexander von Humboldt, koji ilustrira da što je veće geografsko područje zajednice, to je veći broj vrsta.
Simbioza Ekološki odnos između organizama dviju različitih vrsta koje žive zajedno u izravnom i intimnom kontaktu.
Model odozgo prema dolje Model organizacije zajednice u kojem grabež utječe na organizaciju zajednice kontrolirajući broj biljojeda, koji zauzvrat kontroliraju broj biljaka ili fitoplanktona, koji zauzvrat kontroliraju razinu hranjivih tvari također se naziva trofički kaskadni model.
Trofička struktura Različiti odnosi hranjenja u ekosustavu, koji određuju put protoka energije i obrazac kemijskog ciklusa
Vektor Organizam koji prenosi patogene s jednog domaćina na drugog.
Zoonotski patogen Uzročnik bolesti koji se na ljude prenosi s drugih životinja.

  • Ekosustav se sastoji od svih organizama koji žive u zajednici kao i svih abiotskih čimbenika s kojima su u interakciji.
  • Dinamika ekosustava uključuje dva procesa koja se ne mogu u potpunosti opisati procesima i pojavama stanovništva ili zajednice: protok energije i kemijski ciklus.
  • Energija u većinu ekosustava ulazi u obliku sunčeve svjetlosti.
    • Autotrofi se pretvaraju u kemijsku energiju, prelaze u heterotrofe u organskim spojevima hrane i raspršuju se kao toplina.
    • Ekosustav mora biti napajan kontinuiranim priljevom energije iz vanjskog izvora, obično sunca.

    Koncept 54.1 Ekologija ekosustava naglašava protok energije i kemijski ciklus

    • Ekolozi ekosustava gledaju na ekosustave kao na transformatore energije i prerađivače materije.
    • Možemo pratiti transformaciju energije grupiranjem vrsta u zajednici u trofičke razine odnosa hranjenja.

    Ekosustavi se pokoravaju fizičkim zakonima.

    • Zakon održanja energije kaže da se energija ne može stvoriti ili uništiti već samo transformirati.
      • Biljke i drugi fotosintetski organizmi pretvaraju sunčevu energiju u kemijsku, ali se ukupna količina energije ne mijenja.
      • Ukupna količina energije pohranjene u organskim molekulama plus količine reflektirane i raspršene kao toplina moraju biti jednake ukupnoj sunčevoj energiji koju presreće biljka.
      • Možemo mjeriti učinkovitost ekoloških pretvorbi energije.
      • Atom ugljika ili dušika kreće se s jedne trofičke razine na drugu i na kraju do razlagača i natrag.

      Trofički odnosi određuju puteve protoka energije i kemijskog kruženja u ekosustavima.

      • Autotrofi, primarni proizvođači ekosustava, u konačnici podržavaju sve druge organizme.
        • Većina autotrofa su fotosintetske biljke, alge ili bakterije koje koriste svjetlosnu energiju za sintezu šećera i drugih organskih spojeva.
        • Kemosintetski prokarioti su primarni proizvođači u dubokomorskim hidrotermalnim izvorima.
        • Biljojedi koji jedu primarne proizvođače nazivaju se primarnim potrošačima.
        • Mesojedi koji jedu biljojede nazivaju se sekundarnim potrošačima.
        • Mesojedi koji jedu sekundarne proizvođače nazivaju se tercijarni potrošači.
        • Dobivaju energiju iz detritusa, neživog organskog materijala kao što su ostaci mrtvih organizama, izmet, otpalo lišće i drvo.
        • Detritivori igraju važnu ulogu u kruženju materijala.

        Razgradnja povezuje sve trofičke razine.

        • Organizmi koji se hrane kao detritivori čine glavnu vezu između primarnih proizvođača i potrošača u ekosustavu.
        • Detritivori igraju važnu ulogu u stavljanju kemijskih elemenata na raspolaganje proizvođačima.
          • Detritivori razgrađuju organski materijal i prenose kemijske elemente u anorganskim oblicima u abiotske rezervoare kao što su tlo, voda i zrak.

          Koncept 54.2 Fizički i kemijski čimbenici ograničavaju primarnu proizvodnju u ekosustavima

            Količina svjetlosne energije koju autotrofi ekosustava pretvaraju u kemijsku energiju u određenom vremenskom razdoblju primarna je proizvodnja ekosustava.

          Energetski proračun ekosustava ovisi o primarnoj proizvodnji.

          • Većina primarnih proizvođača koristi svjetlosnu energiju za sintezu organskih molekula, koje se mogu razgraditi kako bi se proizveo ATP.
          • Količina fotosintetske proizvodnje postavlja granicu potrošnje cijelog ekosustava.
          • Može se analizirati globalni energetski proračun.
            • Svaki dan Zemlju bombardira otprilike 1023 džula sunčevog zračenja.
              • Intenzitet sunčeve energije koja pada na Zemlju varira ovisno o geografskoj širini, pri čemu tropi primaju najveći unos.
              • Većina tog zračenja atmosfera se raspršuje, apsorbira ili odbija.
              • Velik dio sunčevog zračenja koje dosegne Zemljinu površinu slijeće na golu zemlju ili na vodena tijela koja apsorbiraju ili reflektiraju energiju.
              • Samo mali dio zapravo pogađa alge, fotosintetske prokariote ili biljke, a samo dio toga ima valne duljine prikladne za fotosintezu.
              • Od vidljive svjetlosti koja dopire do fotosintetskih organizama, samo se oko 1% pretvara u kemijsku energiju.
              • To je količina svjetlosne energije koja se pretvara u kemijsku energiju u jedinici vremena.
                NPP = GPP - R
              • To se ne smije miješati s ukupnom biomasom fotosintetskih autotrofa prisutnih u određenom vremenu, koje se naziva stajaći usjev.
              • Primarna proizvodnja je količina nove biomase dodana u određenom vremenskom razdoblju.
              • Iako šuma ima veliku stajaću križnu biomasu, njezina primarna proizvodnja zapravo može biti manja od one na nekim travnjacima, koji ne akumuliraju vegetaciju jer životinje brzo konzumiraju biljke.
              • Tropske kišne šume su među najproduktivnijim kopnenim ekosustavima.
              • Estuari i koraljni grebeni također su vrlo produktivni, ali pokrivaju samo malo područje u usporedbi s onim prekrivenim tropskim kišnim šumama.
              • Otvoreni ocean ima relativno nisku proizvodnju po jedinici površine, ali doprinosi većoj neto primarnoj proizvodnji od bilo kojeg drugog pojedinačnog ekosustava zbog svoje vrlo velike veličine.

              U vodenim ekosustavima svjetlost i hranjive tvari ograničavaju primarnu proizvodnju.

              • Svjetlost je ključna varijabla koja kontrolira primarnu proizvodnju u oceanima, budući da sunčevo zračenje može prodrijeti samo do određene dubine poznate kao fotička zona.
                • Prvi metar vode apsorbira više od polovice sunčevog zračenja.
                • Ne postoji takav gradijent.
                • Postoje dijelovi oceana u tropima i suptropima koji pokazuju nisku primarnu proizvodnju, dok su neke oceanske regije na visokim geografskim širinama relativno produktivne.
                • U otvorenom oceanu, razine dušika i fosfora su vrlo niske u fotičkoj zoni, ali su veće u dubljim vodama gdje svjetlost ne prodire.
                • Ovo znanje može se koristiti za sprječavanje cvjetanja algi ograničavanjem onečišćenja koje gnoji fitoplankton.
                • Na primjer, Sargaško more ima vrlo nisku gustoću fitoplanktona.
                • Eksperimenti obogaćivanja hranjivim tvarima pokazali su da dostupnost željeza ograničava primarnu proizvodnju u ovom području.
                • Došlo je do velikog cvjetanja fitoplanktona, uz 27-struko povećanje koncentracije klorofila u uzorcima vode s mjesta ispitivanja.
                • Prašina vjetrom s kopna dostavlja željezo u ocean, a relativno malo prašine dopire do središnjeg Pacifika i Atlantskog oceana.
                • Željezo --> cijanobakterija --> fiksacija dušika --> proizvodnja fitoplanktona
                • Ova područja imaju iznimno visoku primarnu proizvodnju, što podupire hipotezu da dostupnost hranjivih tvari određuje primarnu proizvodnju u moru.
                • Područja uzdizanja su glavna mjesta za ribolov.
                • Taj se proces naziva eutrofikacija i ima širok raspon ekoloških utjecaja, uključujući gubitak većine ribljih vrsta.
                • Njegovo istraživanje dovelo je do upotrebe deterdženata bez fosfata i drugih reformi kvalitete vode.

                U kopnenim ekosustavima temperatura i vlaga su ključni čimbenici koji ograničavaju primarnu proizvodnju.

                • Tropske kišne šume, sa svojim toplim, vlažnim uvjetima, najproduktivnije su od svih kopnenih ekosustava.
                • Nasuprot tome, ekosustavi niske produktivnosti općenito su suhi (pustinje) ili suhi i hladni (arktička tundra).
                • Između ovih ekstrema nalaze se umjereni šumski i travnjački ekosustavi s umjerenom klimom i srednjom produktivnošću.
                • Ti se kontrasti u klimi mogu predstaviti mjerom koja se zove stvarna evapotranspiracija, a to je količina vode koju biljke godišnje transpiriraju i ispare iz krajolika.
                  • Stvarna evapotranspiracija raste s oborinama i količinom sunčeve energije koja je dostupna za pokretanje isparavanja i transpiracije.
                  • Poljoprivrednici mogu maksimizirati prinose usjeva s pravom ravnotežom hranjivih tvari za lokalno tlo i vrstu usjeva.

                  Koncept 54.3 Prijenos energije između trofičkih razina obično je manji od 20% učinkovitosti

                  • Količina kemijske energije u hrani potrošača koja se pretvara u njihovu vlastitu novu biomasu tijekom određenog vremenskog razdoblja naziva se sekundarna proizvodnja ekosustava.
                  • Učinkovitost životinja kao energetskih transformatora možemo izmjeriti pomoću sljedeće jednadžbe:
                    • učinkovitost proizvodnje = neto sekundarna proizvodnja / asimilacija primarne proizvodnje
                    • To se razlikuje među organizmima.
                      • Ptice i sisavci općenito imaju nisku proizvodnu učinkovitost od 1% do 3% jer troše toliko energije za održavanje stalne tjelesne temperature.
                      • Ribe imaju proizvodnu učinkovitost od oko 10%.
                      • Kukci su još učinkovitiji, a učinkovitost proizvodnje u prosjeku iznosi 40%.
                      • Trofička učinkovitost uvijek mora biti manja od učinkovitosti proizvodnje jer uzima u obzir ne samo energiju izgubljenu disanjem i sadržanu u izmetu, već i energiju u organskom materijalu na nižim trofičkim razinama koja se ne troši.
                      • Trofička učinkovitost obično se kreće od 5% do 20%.
                      • Drugim riječima, 80-95% energije dostupne na jednoj trofičkoj razini ne prenosi se na sljedeću.
                      • Ako se 10% energije prenese od primarnih proizvođača do primarnih potrošača, a 10% te energije prenese sekundarnim potrošačima, tada je samo 1% neto primarne proizvodnje dostupno sekundarnim potrošačima.
                      • Veličina svakog bloka u piramidi proporcionalna je novoj proizvodnji svake trofičke razine, izražena u energetskim jedinicama.
                      • Većina piramida biomase naglo se sužava od primarnih proizvođača do vrhunskih mesoždera jer su prijenosi energije tako neučinkoviti.
                      • U nekim vodenim ekosustavima piramida je obrnuta i primarni potrošači nadmašuju proizvođače.
                      • Takve obrnute piramide biomase nastaju zato što proizvođači - fitoplankton - rastu, razmnožavaju se i zooplankton ih konzumira tako brzo da nikada ne razviju veliki usjev koji stoji.
                      • Imaju kratko vrijeme obrta, što znači da imaju malu stajaću biomasu usjeva u odnosu na njihovu proizvodnju.
                        • vrijeme obrta = stajaća biomasa usjeva (mg/m2) / proizvodnja (mg/m2/dan)
                        • Uz neke iznimke, grabežljivci su obično veći od plijena koji jedu.
                        • Predatori najviše razine obično su prilično velike životinje.
                        • Kao rezultat toga, ograničena biomasa na vrhu ekološke piramide koncentrirana je u malom broju velikih jedinki.
                        • Konzumiranje mesa je neučinkovit način iskorištavanja fotosintetske proizvodnje.
                        • Poljoprivreda diljem svijeta mogla bi prehraniti mnogo više ljudi kada bi se svi ljudi hranili kao primarni potrošači, jedući samo biljni materijal.

                        Biljojedi konzumiraju mali postotak vegetacije: hipoteza zelenog svijeta.

                        • Prema hipotezi zelenog svijeta, biljojedi konzumiraju relativno malo biljne biomase jer ih drže pod kontrolom niz faktora, uključujući grabežljivce, parazite i bolesti.
                        • Koliko je naš svijet zelen?
                          • 83 × 1010 metričkih tona ugljika pohranjeno je u biljnoj biomasi kopnenih ekosustava.
                          • Biljojedi godišnje potroše manje od 17% ukupne neto primarne proizvodnje.
                          • Biljke imaju obranu od biljojeda.
                          • Hranjive tvari, a ne opskrba energijom, obično ograničavaju biljojede.
                            • Životinje trebaju određene hranjive tvari koje biljke obično opskrbljuju u relativno malim količinama.
                            • Rast i razmnožavanje mnogih biljojeda ograničeni su dostupnošću esencijalnih hranjivih tvari.
                            • Temperatura i vlaga mogu ograničiti nosivost biljojeda ispod razine koja bi ogoljela vegetaciju.
                            • Teritorijalno ponašanje i kompetitivno ponašanje mogu smanjiti gustoću populacije biljojeda.
                            • Paraziti, grabežljivci i bolesti ograničavaju rast populacija biljojeda.
                            • Ovo primjenjuje model strukture zajednice odozgo prema dolje.

                            Koncept 54.4 Biološki i geokemijski procesi pomiču hranjive tvari između organskih i anorganskih dijelova ekosustava

                            • Kemijski elementi dostupni su ekosustavima samo u ograničenim količinama.
                              • Život na Zemlji ovisi o recikliranju esencijalnih kemijskih elemenata.
                              • U atmosferi se javljaju plinoviti oblici ugljika, kisika, sumpora i dušika, a ciklusi tih elemenata su globalni.
                              • Elementi koji su manje pokretni u okolišu, poput fosfora, kalija, kalcija i elemenata u tragovima općenito kratkoročno kruže na lokaliziranijim razmjerima.
                                • Tlo je glavni abiotički rezervoar za te elemente.
                                • Svaki rezervoar definiran je s dvije karakteristike: sadrži li organske ili anorganske materijale i jesu li materijali izravno dostupni za upotrebu organizmima ili ne.
                                • Ekolozi proučavaju kemijski ciklus dodajući male količine radioaktivnih izotopa elementima koje prate.

                                Postoji niz važnih biogeokemijskih ciklusa.

                                Krug vode

                                • Biološka važnost
                                  • Voda je neophodna za sve organizme i njezina dostupnost utječe na brzinu procesa u ekosustavu.
                                  • Tekuća voda je primarni oblik u kojem se voda koristi.
                                  • Oceani sadrže 97% vode u biosferi.
                                  • 2% je vezano kao led, a 1% je u jezerima, rijekama i podzemnim vodama.
                                  • Zanemarljiva količina je u atmosferi.
                                  • Glavni procesi koji pokreću ciklus vode su isparavanje tekuće vode sunčevom energijom, kondenzacija vodene pare u oblake i oborine.
                                  • Transpiracija kopnenih biljaka pokreće značajne količine vode.
                                  • Površinski i podzemni tok vraća vodu u oceane.

                                  Ugljični ciklus

                                  • Biološka važnost
                                    • Organske molekule imaju ugljični okvir.
                                    • Autotrofi pretvaraju ugljični dioksid u organske molekule koje koriste heterotrofi.
                                    • Glavni rezervoari ugljika uključuju fosilna goriva, tla, vodene sedimente, oceane, biljnu i životinjsku biomasu i atmosferu (CO2).
                                    • Fotosinteza biljaka i fitoplanktona fiksira atmosferski CO2.
                                    • CO2 se dodaje u atmosferu staničnim disanjem proizvođača i potrošača.
                                    • Vulkani i izgaranje fosilnih goriva dodaju CO2 atmosferi.

                                    Ciklus dušika

                                    • Biološka važnost
                                      • Dušik je sastavni dio aminokiselina, proteina i nukleinskih kiselina.
                                      • Može biti ograničavajuća biljna hranjiva.
                                      • Biljke i alge mogu koristiti amonij (NH4+) ili nitrat (NO3?).
                                      • Razne bakterije također mogu koristiti NH4+, NO3? ili NO2.
                                      • Životinje mogu koristiti samo organske oblike dušika.
                                      • Glavni rezervoar dušika je atmosfera, koja je 80% plinovitog dušika (N2).
                                      • Dušik je također vezan u tlu i sedimentima jezera, rijeka i oceana.
                                      • Dio dušika otopljen je u površinskim i podzemnim vodama.
                                      • Dušik se pohranjuje u živoj biomasi.
                                      • Dušik ulazi u ekosustave prvenstveno putem bakterijske fiksacije dušika.
                                        • Dio dušika fiksira se munjom i industrijskom proizvodnjom gnojiva.

                                        Ciklus fosfora

                                        • Biološka važnost
                                          • Fosfor je sastavni dio nukleinskih kiselina, fosfolipida, ATP-a i drugih molekula koje pohranjuju energiju.
                                          • Mineralni je sastojak kostiju i zuba.
                                          • Jedini biološki važan anorganski oblik fosfora je fosfat (PO43?), koji biljke apsorbiraju i koriste za sintezu organskih spojeva.
                                          • Glavni rezervoar fosfora su sedimentne stijene morskog podrijetla.
                                          • Također postoje velike količine fosfora u tlu, otopljenog u oceanima i u organizmima.
                                          • Odlaganje stijena postupno dodaje fosfat u tlo.
                                          • Dio fosfata ispire u podzemne i površinske vode i prelazi u more.
                                          • Proizvođači mogu uzeti fosfat i ugraditi ga u organski materijal.
                                          • Vraća se u tlo ili vodu razgradnjom biomase ili izlučivanjem od strane potrošača.

                                          Brzine razgradnje uvelike određuju stope kruženja hranjivih tvari.

                                          • Brzine kruženja hranjivih tvari u različitim ekosustavima izrazito su varijabilne kao rezultat varijabilnih brzina razgradnje.
                                            • Razgradnja traje u prosjeku četiri do šest godina u umjerenim šumama, dok se u tropskim kišnim šumama većina organskog materijala razgrađuje za nekoliko mjeseci do nekoliko godina.
                                            • Razlika je velikim dijelom rezultat toplijih temperatura i obilnijih oborina u tropskim kišnim šumama.
                                            • 75% hranjivih tvari u ekosustavu nalazi se u drvenastim stablima drveća.
                                            • U tlu je koncentrirano 10% hranjivih tvari.
                                            • Međutim, alge i vodene biljke obično asimiliraju hranjive tvari izravno iz vode.
                                            • Vodeni sedimenti mogu predstavljati ponor hranjivih tvari.

                                            Kruženje hranjivih tvari snažno je regulirano vegetacijom.

                                            • Dugoročna ekološka istraživanja (LTER) prate dinamiku ekosustava tijekom dugog vremenskog razdoblja.
                                              • Eksperimentalna šuma Hubbard Brook proučava se od 1963. godine.
                                              • Mjesto istraživanja je listopadna šuma s nekoliko dolina, od kojih svaku drenira mali potok koji je pritoka potoka Hubbard.
                                              • Sav izvorni biljni materijal ostavljen je na mjestu da se razgradi.
                                              • Koncentracija Ca2+ u potoku se povećala četiri puta, dok je koncentracija K+ porasla 15 puta.
                                              • Gubitak nitrata povećan je za faktor 60.

                                              Koncept 54.5 Ljudska populacija remeti kemijske cikluse u cijeloj biosferi

                                                Ljudske aktivnosti i tehnologije poremetile su trofičku strukturu, protok energije i kemijski ciklus ekosustava diljem svijeta.

                                              Ljudska populacija prenosi hranjive tvari iz jednog dijela biosfere u drugi.

                                              • Ljudska aktivnost zadire u cikluse hranjivih tvari.
                                                • Hranjive tvari iz poljoprivrednog tla mogu otjecati u potoke i jezera, iscrpljujući hranjive tvari u jednom području, uzrokujući višak u drugom i poremeteći kemijske cikluse na oba mjesta.
                                                • Ljudi također dodaju potpuno nove materijale - mnoge otrovne - u ekosustave.
                                                • Nakon nekog vremena prirodna zaliha hranjivih tvari može se iscrpiti.
                                                • Tlo se ne može koristiti za uzgoj usjeva bez dodataka hranjivim tvarima.
                                                • Oranje i miješanje tla povećavaju stopu razgradnje organske tvari, oslobađajući iskoristivi dušik koji se zatim uklanja iz ekosustava kada se beru usjevi.
                                                • To može povećati količinu dušikovih oksida u atmosferi i pridonijeti zagrijavanju atmosfere, iscrpljenju ozona i moguće kiselim oborinama.
                                                • Dušični minerali u tlu koji premašuju kritično opterećenje na kraju se ispuštaju u podzemne vode ili otječu u slatkovodne i morske ekosustave, zagađujući zalihe vode, gušeći vodene putove i ubijajući ribe.
                                                • U oligotrofnom jezeru primarna produktivnost je relativno niska jer su mineralne hranjive tvari potrebne za fitoplankton oskudne.
                                                • Ukupna produktivnost je veća u eutrofnim jezerima.
                                                • Kanalizacijski i tvornički otpad te otjecanje životinjskog otpada s pašnjaka i stoka preopteretili su dušikom mnoge slatkovodne potoke i jezera.
                                                • To rezultira eksplozivnim povećanjem gustoće fotosintetskih organizama, oslobođenih od ograničenja hranjivih tvari.
                                                • Plitka područja postaju zagušena korovom i algama.
                                                • Kako fotosintetski organizmi umiru i organski materijali se nakupljaju na dnu jezera, detritivori koriste sav raspoloživi kisik u dubljim vodama.
                                                • To može eliminirati vrste riba.

                                                Izgaranje fosilnih goriva glavni je uzrok kiselih oborina.

                                                • Spaljivanjem fosilnih goriva oslobađaju se oksidi sumpora i dušika koji reagiraju s vodom u atmosferi i stvaraju sumpornu i dušičnu kiselinu.
                                                • Ove kiseline se vraćaju na zemlju kao kisele oborine - kiša, snijeg, susnježica ili magla s pH manjim od 5,6.
                                                • Kisele oborine su regionalni ili globalni problem, a ne lokalni.
                                                  • Visoki ispušni dimnjaci izgrađeni za talionice i generiranje planova izvoze problem daleko niz vjetar.
                                                  • Sa smanjenim pH, kalcij i druge hranjive tvari ispiraju iz tla.
                                                  • Nastali nedostaci hranjivih tvari utječu na zdravlje biljaka i ograničavaju njihov rast.
                                                  • Jezera podvučena granitnom stijenom imaju slab puferski kapacitet zbog niske razine bikarbonata.
                                                  • Riblja populacija je opala u mnogim jezerima u Norveškoj, Švedskoj i Kanadi kako razina pH pada.
                                                    • Jezerske pastrve su ključni grabežljivci u mnogim kanadskim jezerima.
                                                    • Kada ih zamijene vrste otporne na kiseline, dinamika prehrambenih mreža u jezerima dramatično se mijenja.
                                                    • Zbog toga se kemijski sastav vode mnogih potoka i slatkovodnih jezera polako poboljšava.
                                                    • Ekolozi procjenjuju da će trebati još 10 do 20 godina da se ti ekosustavi oporave, čak i ako se emisije nastave smanjivati.

                                                    Toksini se mogu koncentrirati u uzastopnim trofičkim razinama prehrambenih mreža.

                                                    • Ljudi unose mnoge otrovne kemikalije u ekosustave.
                                                      • Te tvari organizmi unose i metaboliziraju te se mogu akumulirati u masnom tkivu životinja.
                                                      • Ovi toksini postaju sve više koncentrirani u uzastopnim trofičkim razinama prehrambene mreže, proces koji se naziva biološko povećanje.
                                                        • Povećanje se događa jer se biomasa na bilo kojoj trofičkoj razini proizvodi iz mnogo veće biomase unesene s razine ispod.
                                                        • Stoga su vrhunski mesožderi organizmi na koje najviše utječu otrovni spojevi u okolišu.
                                                        • Na primjer, živa se rutinski izbacivala u rijeke i oceane u netopivom obliku.
                                                        • Bakterije u donjem mulju pretvorile su ga u metil živu, iznimno otrovan topljivi spoj koji se nakupljao u tkivima organizama, uključujući ljude koji su lovili ribu u kontaminiranim vodama.

                                                        Ljudske aktivnosti mogu uzrokovati klimatske promjene povećanjem atmosferskog ugljičnog dioksida.


                                                        Fosfor

                                                        Fosfor je esencijalni nutrijent i kao dio nekoliko ključnih spojeva biljne strukture i kao kataliza u pretvorbi brojnih ključnih biokemijskih reakcija u biljkama. Fosfor je posebno poznat po svojoj ulozi u hvatanju i pretvaranju sunčeve energije u korisne biljne spojeve.

                                                        Fosfor je vitalna komponenta DNK, genetska "jedinica pamćenja" svih živih bića. Također je komponenta RNA, spoja koji čita genetski kod DNK za izgradnju proteina i drugih spojeva bitnih za strukturu biljke, prinos sjemena i genetski prijenos. Strukture i DNK i RNA međusobno su povezane fosfornim vezama.

                                                        Fosfor je vitalna komponenta ATP-a, "energetske jedinice" biljaka. ATP nastaje tijekom fotosinteze, ima fosfor u svojoj strukturi i procese od početka rasta presadnica do formiranja zrna i zrelosti.

                                                        Dakle, fosfor je neophodan za opće zdravlje i snagu svih biljaka. Neki specifični čimbenici rasta koji su povezani s fosforom su:

                                                        Stimuliran razvoj korijena

                                                        Povećana snaga stabljike i stabljike

                                                        Poboljšano formiranje cvjetova i proizvodnja sjemena

                                                        Ujednačenija i ranija zrelost usjeva

                                                        Povećana sposobnost fiksiranja dušika N u mahunarkama

                                                        Poboljšanja kvalitete usjeva

                                                        Povećana otpornost na biljne bolesti

                                                        Podržava razvoj tijekom cijelog životnog ciklusa

                                                        Nedostatak fosfora u biljkama

                                                        Nedostatak fosfora teže je dijagnosticirati nego nedostatak dušika ili kalija. Usjevi obično ne pokazuju očite simptome nedostatka fosfora, osim općeg zaostajanja biljke tijekom ranog rasta. Do trenutka kada se prepozna vizualni nedostatak, možda će biti prekasno za ispravljanje jednogodišnjih usjeva. Neki usjevi, kao što je kukuruz, imaju tendenciju da pokazuju abnormalnu promjenu boje kada nedostaje fosfor. Biljke su obično tamno plavkasto-zelene boje s lišćem i stabljikom koji postaju ljubičasti. Na stupanj ljubičaste boje utječe genetski sastav biljke, pri čemu neki hibridi pokazuju mnogo veću promjenu boje od drugih. Ljubičasta boja nastaje zbog nakupljanja šećera koji pogoduje sintezi antocijana (pigment purpurne boje), koji se javlja u lišću biljke.

                                                        Fosfor je vrlo pokretljiv u biljkama, a kada mu nedostaje, može se prenijeti iz starog biljnog tkiva u mlada područja koja aktivno rastu. Posljedično, često se uočavaju rani vegetativni odgovori na fosfor. Kako biljka sazrijeva, fosfor se prenosi u plodna područja biljke, gdje su potrebni visoki energetski zahtjevi za stvaranje sjemena i ploda. Nedostatak fosfora u kasnoj sezoni rasta utječe i na razvoj sjemena i na normalnu zrelost usjeva. Postotak ukupne količine svake unesene hranjive tvari veći je za fosfor u kasnoj sezoni rasta nego za dušik ili kalij.

                                                        Simptomi u kukuruzu

                                                        Fotografija lijevo prikazuje biljku kukuruza s nedostatkom P. Stariji listovi su zahvaćeni prije mlađih zbog preraspodjele P u biljci. Kukuruz može imati ljubičastu ili crvenkastu boju na donjim listovima i stabljikama. Ovo stanje je povezano s nakupljanjem šećera u biljkama s nedostatkom P, osobito u vrijeme niskih temperatura.

                                                        Sve fotografije su dobivene ljubaznošću Međunarodnog instituta za ishranu bilja (IPNI) i njegove zbirke slika o nedostatku hranjivih tvari u usjevima. Gornje fotografije primjer su veće zbirke, koja pruža opsežno uzorkovanje stotina klasičnih slučajeva nedostatka usjeva s istraživačkih parcela i poljoprivrednih polja smještenih diljem svijeta. Za pristup cijeloj zbirci, možete posjetiti IPNI web stranicu.

                                                        Fosfor u tlima

                                                        Ukupni sadržaj fosfora većine površinskih tala je nizak, u prosjeku samo 0,6% fosfora. To se uspoređuje s prosječnim sadržajem tla od 0,14% dušika i 0,83% kalija. Sadržaj fosfora u tlima je prilično varijabilan, u rasponu od manje od 0,04% P₂O₅ u pješčanim tlima atlantskih i obalnih ravnica Zaljeva do više od 0,3% u tlima sjeverozapadnih Sjedinjenih Država.

                                                        Na sadržaj fosfora u tlu utječu mnogi čimbenici:

                                                        Vrsta matičnog materijala od kojeg je tlo izvedeno

                                                        Stupanj trošenja i erozije

                                                        Uklanjanje usjeva i gnojidba

                                                        Organski fosfor

                                                        Fosfor u tlu dijeli se u dvije široke skupine, organski i anorganski. Organski fosfor se nalazi u biljnim ostacima, stajskom gnoju i mikrobnim tkivima. Tla s niskim sadržajem organske tvari mogu sadržavati samo 3% ukupnog fosfora u organskom obliku, ali tla s visokim sadržajem organske tvari mogu sadržavati 50% ili više ukupnog sadržaja fosfora u organskom obliku.

                                                        Anorganski fosfor

                                                        Anorganski oblici fosfora u tlu sastoje se od apatita (izvornog izvora svih fosfora), kompleksa željeznih i aluminijevih fosfata, te fosfora apsorbiranog na čestice gline. Topljivost ovih spojeva fosfora kao i organskog fosfora je izuzetno niska, a samo vrlo male količine fosfora u tlu su u jednom trenutku u otopini. Većina tla sadrži manje od funte po hektaru topljivog fosfora, a neka tla sadrže znatno manje.

                                                        Kroz odgovarajuću gnojidbu fosforom i dobro upravljanje usjevima/tlom, fosfor u otopini tla može se dovoljno brzo zamijeniti za optimalnu proizvodnju usjeva.

                                                        Dostupnost fosfora u tlu

                                                        Topljivi fosfor, bilo iz gnojiva ili prirodnog trošenja, reagira s glinom, željezom i aluminijevim spojevima u tlu, te se lako pretvara u manje dostupne oblike postupkom fiksacije fosfora.Zbog ovih procesa fiksacije, fosfor se vrlo malo kreće u većini tala (manje od jednog inča), ostaje blizu mjesta porijekla, a usjevi rijetko apsorbiraju više od 20 posto fosfora gnojiva tijekom prve sezone usjeva nakon primjene. Kao rezultat, ispiranjem se gubi malo fosfora u tlu. Ovaj fiksni, preostali fosfor ostaje u zoni ukorjenjivanja i polako će biti dostupan sljedećim usjevima. Erozija tla i uklanjanje usjeva značajni su načini gubitka fosfora u tlu.

                                                        Čimbenici dostupnosti fosfora

                                                        Tlo pH

                                                        Taloženje fosfora kao slabo topljivih kalcijevih fosfata događa se u vapnenačkim tlima s pH vrijednosti oko 8,0. U kiselim uvjetima fosfor se taloži kao Fe ili Al fosfati niske topljivosti. Maksimalna dostupnost fosfora općenito se javlja u a pH raspon od 6,0 ​​do 7,0. Ovo je jedan od blagotvornih učinaka vapnenja kiselih tla. Održavanje tla pH u ovom rasponu također pogoduje prisutnost H₂PO₄⁻ iona, koje biljka lakše apsorbira od HPO₄⁺ iona, koji se javljaju kod pH vrijednosti iznad 7,0.

                                                        Uravnotežena prehrana usjeva

                                                        Adekvatne zalihe drugih biljnih hranjivih tvari imaju tendenciju da povećaju apsorpciju fosfora iz tla. Primjena amonijevih oblika dušika s fosforom povećava unos fosfora iz gnojiva u usporedbi s primjenom samo fosfornog gnojiva ili odvojenom primjenom dušika i fosfornih gnojiva. Primjena sumpora često povećava dostupnost fosfora u tlu na neutralnim ili bazičnim tlima, gdje je fosfor u tlu prisutan u obliku kalcijevih fosfata.

                                                        Organska tvar

                                                        Tla bogata organskom tvari sadrže znatne količine organskog fosfora koji je mineraliziran (slično organskom dušiku) i osigurava dostupan fosfor za rast biljaka. Osim što opskrbljuje fosforom, organska tvar djeluje i kao kelat i spaja se sa željezom, čime sprječava stvaranje netopivih željeznih fosfata. Teške primjene organskih materijala kao što su stajski gnoj, biljni ostaci ili usjevi zelene gnojidbe na tla s visokim pH vrijednosti ne samo da opskrbljuju fosfor, već nakon razgradnje daju kisele spojeve, koji povećavaju dostupnost mineralnih oblika fosfora u tlu.

                                                        Vrsta gline

                                                        Čestice gline teže zadržavanju ili fiksiranju fosfora u tlu. Posljedično, tla fine teksture kao što su glinena ilovasta tla imaju veći kapacitet fiksiranja fosfora od pješčanih tla grube teksture. Gline tipa 1:1 (kaolinit) imaju veći kapacitet fiksiranja fosfora od glina tipa 2:1 (montmorilonit, ilit, vermikulit). Tla nastala pod velikim količinama oborina i visokim temperaturama sadrže velike količine kaolinitnih glina, te stoga imaju mnogo veći kapacitet fiksiranja fosfora od tla koja sadrže glinu tipa 2:1. Visoke temperature i velika količina oborina također povećavaju količinu željeznih i aluminijskih oksida u tlu, što uvelike pridonosi fiksaciji fosfora koji se dodaje u ta tla.

                                                        Vrijeme primjene

                                                        Fiksacija fosfora u tlu se povećava s vremenom kontakta između topljivog fosfora i čestica tla. Posljedično, učinkovitije korištenje gnojiva fosfora općenito se postiže primjenom gnojiva neposredno prije sadnje usjeva. Ova praksa je posebno učinkovita na tlima s visokim kapacitetom fiksiranja fosfora. Na obalnim ravničarskim područjima gnojiva se mogu primijeniti nekoliko mjeseci prije sadnje uz malo ili nimalo smanjenja dostupnosti gnojiva fosfora za usjeve. Također je mnogo vjerojatnije da će vezivanje gnojiva za međuredne usjeve povećati učinkovitost fosfora gnojiva na tlima visokog kapaciteta fiksiranja fosfora nego na tlima niskog kapaciteta fiksiranja fosfora.

                                                        Temperatura tla/Prozračivanje/Vlaga i zbijanje

                                                        Apsorpcija fosfora od strane biljke je smanjena niskom temperaturom tla i lošom aeracijom tla. Veća je vjerojatnost da će početna gnojiva koja sadrže fosfor topiv u vodi povećati rast usjeva tijekom hladnog vremena. Prekomjerna vlažnost tla ili zbijenost tla smanjuje opskrbu tla kisikom i smanjuje sposobnost korijena biljke da apsorbira fosfor iz tla. Zbijanje smanjuje prozračivanje i prostor pora u zoni korijena. To smanjuje unos fosfora i rast biljaka. Zbijanje također smanjuje volumen tla u koji prodire korijenje biljaka, ograničavajući njihov ukupni pristup fosforu u tlu.

                                                        Ispitivanje razine fosfora u tlu

                                                        Reakcije usjeva na fosfor gnojiva bit će veće i češće će se javljati na tlima s niskim udjelom fosfora nego na tlima s visokim udjelom fosfora. Međutim, prinosi na tlima s visokim P razinama ispitivanja tla obično su veći. Odaziv na fosforno gnojivo na tlima s visokim stupnjem testiranja je sve veći, a važno je održavati visoke razine fosfora u tlu kako bi se podržala optimalna proizvodnja usjeva.

                                                        Postavljanje fosfora

                                                        Ako uzgajivač traži maksimalan povrat od ulaganja s visokim sadržajem fosfora na tlima s niskim ispitivanjem, najbolja je primjena trakom. Tamo gdje se prakticira konzervatorska obrada tla, mogu biti potrebne kombinacije opsežne i emitirane primjene fosfora. To osigurava ranu, pristupačnu opskrbu fosforom za razvoj presadnica i rezervu hranjivih tvari kasnije tijekom vegetacije, kada potražnja za fosforom ostaje jaka.

                                                        Prednosti aplikacija za emitiranje/spuštanje fosfora

                                                        Visoke stope se mogu primijeniti bez ozljeđivanja biljke

                                                        Raspodjela hranjivih tvari u cijeloj zoni korijena potiče dublje ukorjenjivanje, dok postavljanje traka uzrokuje koncentraciju korijena oko vrpce

                                                        Dublje ukorjenjivanje omogućuje veći kontakt korijena i tla, osiguravajući veći rezervoar vlage i hranjivih tvari

                                                        Praktičan način primjene gnojiva na stočnu hranu

                                                        Pomaže osigurati plodnost pune hrane kako bi usjev u potpunosti iskoristio povoljne uvjete rasta tijekom vegetacije

                                                        Utvrđeno je da je dvostruka primjena bezvodnog amonijaka i amonijevih polifosfata pri sjetvu pšenice bolja od radiodifuzne ili bandažne primjene amonijevih polifosfata.

                                                        Postavljanje izravno ispod reda sijačice (trakasta sjetva) za krmne kulture pokazalo se boljim od posipanja ili bočnog postavljanja.

                                                        Prilagođeno iz "Priručnika za učinkovitu upotrebu gnojiva",
                                                        Fosforno poglavlje dr. Billa Griffitha


                                                        37.3 Biogeokemijski ciklusi

                                                        U ovom odjeljku istražit ćete sljedeća pitanja:

                                                        • Koje su osnovne faze u biogeokemijskim ciklusima vode, dušika, fosfora i sumpora?
                                                        • Kako su ljudske aktivnosti utjecale na te biogeokemijske cikluse i koje su potencijalne posljedice za Zemlju?

                                                        Veza za AP ® tečajeve

                                                        Kao što smo naučili u Protoku energije kroz ekosustave, energija ide jednosmjernim putem (teče u smjeru) kroz trofičke razine u ekosustavu. Međutim, materija koja se sastoji od živih organizama konzervira se i reciklira kroz ono što se naziva biogeokemijskih ciklusa. Šest najčešćih elemenata povezanih s organskim molekulama – ugljik, dušik, vodik, kisik, fosfor i sumpor – poprimaju različite kemijske oblike i mogu postojati dugo vremena u Zemljinoj atmosferi, na kopnu, u vodi ili ispod površine našeg planeta. . Geološki procesi, uključujući vremenske utjecaje i eroziju, igraju ulogu u ovom recikliranju materijala iz okoliša u žive organizme. U svrhu AP ®, to činite ne moraju znati pojedinosti svakog biogeokemijskog ciklusa, iako su neki detalji tih ciklusa obrađeni u ovom odjeljku.

                                                        Predstavljene informacije i primjeri istaknuti u odjeljku podržavaju koncepte navedene u Velikoj ideji 2 i Velikoj ideji 4 okvira AP ® biološkog kurikuluma. Ciljevi učenja AP ® navedeni u Okviru kurikuluma pružaju transparentnu osnovu za tečaj AP ® biologije, laboratorijsko iskustvo temeljeno na upitima, nastavne aktivnosti i AP ® ispitna pitanja. Cilj učenja spaja traženi sadržaj s jednom ili više od sedam znanstvenih praksi.

                                                        Velika ideja 2 Biološki sustavi koriste slobodnu energiju i molekularne građevne blokove za rast, reprodukciju i održavanje dinamičke homeostaze.
                                                        Trajno razumijevanje 2.A Za rast, reprodukciju i održavanje živih sustava potrebna je besplatna energija i materija.
                                                        Osnovno znanje 2.A.3 Organizmi moraju izmjenjivati ​​materiju s okolinom kako bi rasli, razmnožavali i održavali organizaciju.
                                                        Znanstvena praksa 1.1 Student može stvarati prikaze i modele prirodnih ili umjetnih pojava i sustava u tom području.
                                                        Znanstvena praksa 1.4 Student može koristiti prikaze i modele za analizu situacija ili rješavanje problema kvalitativno i kvantitativno.
                                                        Cilj učenja 2.9 Student je sposoban grafički ili kvantitativno modelirati razmjenu molekula između organizma i njegove okoline, te kasniju upotrebu tih molekula za izgradnju novih molekula koje olakšavaju dinamičku homeostazu, rast i reprodukciju.
                                                        Velika ideja 4 Biološki sustavi međusobno djeluju, a ti sustavi i njihove interakcije posjeduju složena svojstva.
                                                        Trajno razumijevanje 4.A Interakcije unutar bioloških sustava dovode do složenih svojstava.
                                                        Osnovno znanje 4.A.6 Interakcije između živih sustava i njihove okoline rezultiraju kretanjem materije i energije.
                                                        Znanstvena praksa 1.4 Student može koristiti prikaze i modele za analizu situacija ili rješavanje problema kvalitativno i kvantitativno.
                                                        Cilj učenja 4.15 Učenik je sposoban koristiti vizualne prikaze za analizu situacija ili kvalitativno rješavanje problema kako bi ilustrirao kako interakcije između živih sustava i njihove okoline rezultiraju kretanjem materije i energije.

                                                        Voda sadrži vodik i kisik, koji su neophodni za sve životne procese. The hidrosfera je područje Zemlje u kojem se odvija kretanje i skladištenje vode: kao tekuća voda na površini i ispod površine ili zamrznuta (rijeke, jezera, oceani, podzemne vode, polarne ledene kape i ledenjaci), te kao vodena para u atmosferi. Ugljik se nalazi u svim organskim makromolekulama i važan je sastojak fosilnih goriva. Dušik je glavna komponenta naših nukleinskih kiselina i proteina i ključan je za ljudsku poljoprivredu. Fosfor, glavna komponenta nukleinske kiseline (zajedno s dušikom), jedan je od glavnih sastojaka u umjetnim gnojivima koja se koriste u poljoprivredi i s njima povezani utjecaji na okoliš na naše površinske vode. Sumpor, kritičan za 3-D savijanje proteina (kao kod vezivanja disulfida), oslobađa se u atmosferu izgaranjem fosilnih goriva, poput ugljena.

                                                        Kruženje ovih elemenata je međusobno povezano. Na primjer, kretanje vode je ključno za ispiranje dušika i fosfata u rijeke, jezera i oceane. Nadalje, sam ocean je glavni rezervoar ugljika. Dakle, mineralne hranjive tvari kruže, brzo ili sporo, kroz cijelu biosferu, od jednog živog organizma do drugog, te između biotičkog i abiotskog svijeta.

                                                        Poveznica na učenje

                                                        Posjetite ovu web stranicu kako biste saznali više o biogeokemijskim ciklusima.

                                                        1. Na Zemlji postoji promjenjiva količina svakog elementa.
                                                        2. Rezervoar je mjesto gdje elementi ostaju kroz vrijeme.
                                                        3. Samo vanjski izvori energije pokreću kretanje elemenata.
                                                        4. Geokemijske cikluse karakterizira kretanje elemenata.

                                                        Vodeni (hidrološki) ciklus

                                                        Voda je osnova svih živih procesa. Ljudsko tijelo je više od 1/2 vode, a ljudske stanice više od 70 posto vode. Stoga je većini kopnenih životinja potrebna zaliha svježe vode za preživljavanje. Međutim, kada se ispituju zalihe vode na Zemlji, 97,5 posto je slana voda koja nije za piće (slika 37.13). Od preostale vode, 99 posto je zatvoreno pod zemljom kao voda ili kao led. Dakle, manje od 1 posto slatke vode lako je dostupno iz jezera i rijeka. Mnoga živa bića, kao što su biljke, životinje i gljive, ovise o maloj količini svježe površinske vode, čiji nedostatak može imati velike učinke na dinamiku ekosustava. Ljudi su, naravno, razvili tehnologije za povećanje dostupnosti vode, kao što je kopanje bunara za prikupljanje podzemne vode, skladištenje kišnice i korištenje desalinizacije za dobivanje pitke vode iz oceana. Iako je ova potraga za pitkom vodom u tijeku kroz ljudsku povijest, opskrba slatkom vodom još uvijek je veliki problem u modernim vremenima.

                                                        Kruženje vode iznimno je važno za dinamiku ekosustava. Voda ima veliki utjecaj na klimu, a time i na okoliš ekosustava, od kojih se neki nalaze na udaljenim dijelovima Zemlje. Većina vode na Zemlji dugo se pohranjuje u oceanima, pod zemljom i u obliku leda. Slika 37.14 ilustrira prosječno vrijeme koje pojedinačna molekula vode može provesti u glavnim rezervoarima vode na Zemlji. Vrijeme boravka je mjera prosječnog vremena boravka pojedinačne molekule vode u određenom rezervoaru. Velika količina Zemljine vode je zaključana u tim rezervoarima kao led, ispod zemlje i u oceanu, te je stoga nedostupna za kratkotrajno kruženje (samo površinska voda može ispariti).

                                                        Postoje različiti procesi koji se događaju tijekom kruženja vode, prikazani na slici 37.15. Ovi procesi uključuju sljedeće:

                                                        • isparavanje/sublimacija
                                                        • kondenzacija/precipitacija
                                                        • protok podzemne vode
                                                        • površinsko otjecanje/otapanje snijega
                                                        • strujanje potoka

                                                        Kruženje vode pokreće sunčeva energija dok zagrijava oceane i druge površinske vode. To dovodi do isparavanja (voda u vodenu paru) tekuće površinske vode i sublimacije (led u vodenu paru) smrznute vode, što taloži velike količine vodene pare u atmosferu. S vremenom se ova vodena para kondenzira u oblake kao tekućina ili smrznute kapljice i na kraju je praćena oborinama (kiša ili snijeg), koja vraća vodu na površinu Zemlje. Kiša na kraju prodire u tlo, gdje može ponovno ispariti ako je blizu površine, teći ispod površine ili se pohraniti dulje vrijeme. Lakše se promatra površinsko otjecanje: tok slatke vode bilo od kiše ili leda koji se topi. Otjecanje tada može proći kroz potoke i jezera do oceana ili teći izravno u same oceane.

                                                        Poveznica na učenje

                                                        Posjetite ovu web stranicu kako biste saznali više o opskrbi svježom vodom u svijetu.

                                                        1. Ljudi koriste vodu iz oceana, što je najčešći ekosustav.
                                                        2. Ljudi koriste slatku vodu, koja je najrjeđi ekosustav.
                                                        3. Ljudi koriste slatku vodu, koja je najčešći ekosustav.
                                                        4. Ljudi koriste vodu iz oceana, što je najrjeđi ekosustav.

                                                        Kiša i površinsko otjecanje glavni su načini na koje se minerali, uključujući ugljik, dušik, fosfor i sumpor, kruže od kopna do vode. O učincima otjecanja na okoliš raspravljat će se kasnije kada budu opisani ti ciklusi.

                                                        Ugljični ciklus

                                                        Ugljik je drugi najzastupljeniji element u živim organizmima. Ugljik je prisutan u svim organskim molekulama, a njegova je uloga u strukturi makromolekula od primarne važnosti za žive organizme. Spojevi ugljika sadrže posebno visoku energiju, posebice one dobivene iz fosiliziranih organizama, uglavnom biljaka, koje ljudi koriste kao gorivo. Od 1800-ih, broj zemalja koje koriste ogromne količine fosilnih goriva se povećao. Od početka industrijske revolucije, globalna potražnja za ograničenim zalihama fosilnih goriva na Zemlji je porasla, stoga se povećala količina ugljičnog dioksida u našoj atmosferi. Ovo povećanje ugljičnog dioksida povezano je s klimatskim promjenama i drugim poremećajima u Zemljinim ekosustavima i predstavlja veliku zabrinutost za okoliš u cijelom svijetu. Dakle, "ugljični otisak" temelji se na tome koliko se ugljičnog dioksida proizvodi i koliko zemlje fosilnih goriva troše.

                                                        Ugljični ciklus najlakše se proučava kao dva međusobno povezana podciklusa: jedan se bavi brzom izmjenom ugljika među živim organizmima, a drugi se bavi dugotrajnim kruženjem ugljika kroz geološke procese. Cijeli ciklus ugljika prikazan je na slici 37.16.

                                                        Poveznica na učenje

                                                        Kliknite ovu vezu da biste pročitali informacije o Znanstvenom programu za ugljični ciklus Sjedinjenih Država.

                                                        1. Izvori ugljika, kao što su izgaranje fosilnih goriva, proizvode ugljik dok ponori ugljika, poput oceana, apsorbiraju ugljik.
                                                        2. Izvori ugljika, kao što je vulkanska aktivnost, apsorbiraju ugljik dok ponori ugljika, poput vegetacije, proizvode ugljik.
                                                        3. Izvori ugljika, kao što je vegetacija, proizvode ugljik dok ponori ugljika, poput vulkanske aktivnosti, apsorbiraju ugljik.
                                                        4. Izvori ugljika, kao što je vulkanska aktivnost, proizvode ugljik dok ponori ugljika, kao što su izgaranje fosilnih goriva, apsorbiraju ugljik.

                                                        Biološki ciklus ugljika

                                                        Živi organizmi su povezani na mnogo načina, čak i između ekosustava. Dobar primjer ove veze je izmjena ugljika između autotrofa i heterotrofa unutar i između ekosustava putem atmosferskog ugljičnog dioksida. Ugljični dioksid je osnovni građevni blok koji većina autotrofa koristi za izgradnju višeugljičnih, visokoenergetskih spojeva, kao što je glukoza. Energiju dobivenu od sunca ti organizmi koriste za stvaranje kovalentnih veza koje povezuju atome ugljika. Ove kemijske veze pohranjuju tu energiju za kasniju upotrebu u procesu disanja. Većina kopnenih autotrofa dobiva svoj ugljični dioksid izravno iz atmosfere, dok ga morski autotrofi dobivaju u otopljenom obliku (ugljična kiselina, H2CO3 − ). Kako god se ugljični dioksid dobiva, nusproizvod procesa je kisik. Fotosintetski organizmi odgovorni su za taloženje približno 21 posto sadržaja kisika u atmosferi koju danas promatramo.

                                                        Heterotrofi i autotrofi su partneri u biološkoj razmjeni ugljika (osobito primarni potrošači, uglavnom biljojedi). Heterotrofi dobivaju visokoenergetske spojeve ugljika od autotrofa tako što ih konzumiraju i razgrađuju disanjem kako bi dobili staničnu energiju, kao što je ATP. Najučinkovitiji tip disanja, aerobno disanje, zahtijeva kisik dobiven iz atmosfere ili otopljen u vodi. Dakle, postoji stalna izmjena kisika i ugljičnog dioksida između autotrofa (koji trebaju ugljik) i heterotrofa (koji trebaju kisik). Izmjena plinova kroz atmosferu i vodu jedan je od načina na koji ciklus ugljika povezuje sve žive organizme na Zemlji.

                                                        Biogeokemijski ciklus ugljika

                                                        Kretanje ugljika kroz zemlju, vodu i zrak je složeno i u mnogim slučajevima se događa mnogo sporije geološki nego što se vidi između živih organizama. Ugljik se dugo pohranjuje u takozvanim rezervoarima ugljika, koji uključuju atmosferu, tijela tekuće vode (uglavnom oceane), oceanski sediment, tlo, kopnene sedimente (uključujući fosilna goriva) i unutrašnjost Zemlje.

                                                        Kao što je navedeno, atmosfera je glavni rezervoar ugljika u obliku ugljičnog dioksida i neophodna je za proces fotosinteze. Na razinu ugljičnog dioksida u atmosferi uvelike utječe rezervoar ugljika u oceanima. Izmjena ugljika između atmosfere i rezervoara vode utječe na to koliko se ugljika nalazi na svakom mjestu, a svaki utječe na drugi recipročno. Ugljični dioksid (CO2) iz atmosfere otapa se u vodi i spaja se s molekulama vode da nastane ugljična kiselina, a zatim se ionizira u karbonatne i bikarbonatne ione (slika 37.17)

                                                        Koeficijenti ravnoteže su takvi da se više od 90 posto ugljika u oceanu nalazi kao bikarbonatni ioni. Neki od tih iona spajaju se s kalcijem morske vode i tvore kalcijev karbonat (CaCO3), glavna komponenta školjki morskih organizama. Ti organizmi na kraju formiraju sedimente na dnu oceana. Tijekom geološkog vremena, kalcijev karbonat tvori vapnenac, koji čini najveći rezervoar ugljika na Zemlji.

                                                        Na kopnu se ugljik pohranjuje u tlu kao rezultat razgradnje živih organizama (od strane razlagača) ili zbog trošenja kopnenih stijena i minerala. Taj se ugljik može ispirati u rezervoare vode površinskim otjecanjem. Dublje pod zemljom, na kopnu i u moru, nalaze se fosilna goriva: anaerobno razgrađeni ostaci biljaka kojima su potrebni milijuni godina da se formiraju. Fosilna goriva smatraju se neobnovljivim resursom jer njihova upotreba daleko premašuje njihovu stopu stvaranja. A neobnovljivi resurs, kao što je fosilno gorivo, regenerira se vrlo sporo ili se uopće ne regenerira. Drugi način da ugljik uđe u atmosferu je s kopna (uključujući kopno ispod površine oceana) erupcijom vulkana i drugih geotermalnih sustava. Ugljični sedimenti s oceanskog dna uzimaju se duboko u Zemlju procesom subdukcija: pomicanje jedne tektonske ploče ispod druge. Ugljik se oslobađa kao ugljični dioksid kada vulkan eruptira ili iz vulkanskih hidrotermalnih izvora.

                                                        Ugljični dioksid se također dodaje u atmosferu ljudskim uzgojem životinja. Veliki broj kopnenih životinja koje se uzgajaju za prehranu rastuće populacije Zemlje rezultira povećanjem razine ugljičnog dioksida u atmosferi zbog poljoprivrednih praksi i disanja i proizvodnje metana. Ovo je još jedan primjer kako ljudska aktivnost neizravno utječe na biogeokemijske cikluse na značajan način. Iako se velik dio debate o budućim učincima povećanja atmosferskog ugljika na klimatske promjene usredotočuje na fosilna goriva, znanstvenici uzimaju u obzir prirodne procese, poput vulkana i disanja, dok modeliraju i predviđaju budući utjecaj tog povećanja.

                                                        Dušikov ciklus

                                                        Teško je unijeti dušik u živi svijet. Biljke i fitoplankton nisu opremljeni da inkorporiraju dušik iz atmosfere (koji postoji kao čvrsto vezan, trostruko kovalentni N2) iako ova molekula čini otprilike 78 posto atmosfere. Dušik ulazi u živi svijet putem slobodnoživućih i simbiotskih bakterija, koje ugrađuju dušik u svoje makromolekule kroz fiksaciju dušika (pretvorba N2). Cijanobakterije žive u većini vodenih ekosustava gdje je prisutna sunčeva svjetlost i igraju ključnu ulogu u fiksaciji dušika. Cijanobakterije su sposobne koristiti anorganske izvore dušika za "fiksiranje" dušika. Rhizobium bakterije žive simbiotski u korijenskim čvorićima mahunarki (kao što su grašak, grah i kikiriki) i osiguravaju im organski dušik koji im je potreban. Slobodno žive bakterije, kao npr Azotobacter, također su važni fiksatori dušika.

                                                        Organski dušik posebno je važan za proučavanje dinamike ekosustava budući da su mnogi procesi ekosustava, kao što su primarna proizvodnja i razgradnja, ograničeni raspoloživim zalihama dušika. Kao što je prikazano na slici 37.18, dušik koji fiksacijom dušika ulazi u žive sustave, bakterije sukcesivno pretvaraju iz organskog dušika natrag u plinoviti dušik. Taj se proces u kopnenim sustavima odvija u tri koraka: amonifikacija, nitrifikacija i denitrifikacija. Prvo, proces amonifikacije pretvara dušični otpad iz živih životinja ili iz ostataka mrtvih životinja u amonij (NH4 + ) određenim bakterijama i gljivicama. Drugo, amonij se pretvara u nitrite (NO2 − ) nitrificirajućim bakterijama, kao npr Nitrozomonas, nitrifikacijom. Nakon toga, nitriti se pretvaraju u nitrate (NO3 − ) od strane sličnih organizama. Treće, dolazi do procesa denitrifikacije, pri čemu bakterije, kao npr Pseudomonas i Clostridium, pretvaraju nitrate u plinoviti dušik, omogućujući mu da ponovno uđe u atmosferu.

                                                        Vizualna veza

                                                        1. Amonifikacija pretvara organsku dušičnu tvar iz živih organizama u amonij (NH4 + ).
                                                        2. Denitrifikacija bakterijama pretvara nitrate (NO3 - ) u plinoviti dušik (N2).
                                                        3. Nitrifikacija bakterijama pretvara nitrate (NO3 - ) u nitrite (NO2 - ).
                                                        4. Bakterije koje fiksiraju dušik pretvaraju plinoviti dušik (N2) u organske spojeve.

                                                        Ljudska djelatnost može otpustiti dušik u okoliš na dva osnovna načina: izgaranjem fosilnih goriva, pri čemu se oslobađaju različiti dušikovi oksidi, i korištenjem umjetnih gnojiva u poljoprivredi, koja se površinskim otjecanjem zatim ispiru u jezera, potoke i rijeke. Atmosferski dušik povezan je s nekoliko učinaka na Zemljine ekosustave, uključujući proizvodnju kiselih kiša (kao što je dušična kiselina, HNO3) i staklenički plin (kao dušikov oksid, N2O) potencijalno izazivanje klimatskih promjena. Glavni učinak otjecanja gnojiva je slana i slatka voda eutrofikacija, proces u kojem otjecanje hranjivih tvari uzrokuje prekomjeran rast mikroorganizama, smanjujući razinu otopljenog kisika i ubijajući faunu ekosustava.

                                                        Sličan proces događa se u ciklusu morskog dušika, gdje procese amonifikacije, nitrifikacije i denitrifikacije izvode morske bakterije. Dio tog dušika pada na dno oceana kao sediment, koji se zatim može premjestiti na kopno u geološkom vremenu uzdizanjem Zemljine površine i na taj način ugrađen u kopnene stijene. Iako se kretanje dušika iz stijene izravno u žive sustave tradicionalno smatra beznačajnim u usporedbi s dušikom fiksiranim iz atmosfere, nedavna studija je pokazala da ovaj proces doista može biti značajan i da ga treba uključiti u bilo koju studiju globalnog ciklusa dušika. 3

                                                        Povezivanje znanstvene prakse za AP® tečajeve

                                                        Razmisli o tome

                                                        Što je proces fiksacije dušika i kako je povezan s plodoredom u poljoprivredi?

                                                        Podrška učiteljima

                                                        Razmislite o tome: fiksacija dušika je ugradnja anorganskog dušika u biološke molekule. Određeni usjevi lakše fiksiraju dušik, ostavljajući dušik u tlu za sljedeću kap posađenu tamo. Pitanje je primjena AP ® Learning Objective 2.8 i Science Practice 4.1 jer studenti opisuju kako bakterije preuzimaju neku vrstu molekule/elementa kako bi se koristile za sintezu makromolekula potrebnih za stanične procese u drugim organizmima.

                                                        Fiksacija dušika dio je ciklusa dušika. Ovdje je dostupna animacija koja studentima pomaže vizualizirati još jedan biogeokemijski ciklus, ciklus ugljika. Učenici također mogu simulirati učinke ciklusa ugljika slijedeći ovaj model.

                                                        Ciklus fosfora

                                                        Fosfor je esencijalna hranjiva tvar za životne procese, glavna je komponenta nukleinske kiseline i fosfolipida, a kao kalcijev fosfat čini potporne komponente naših kostiju. Fosfor je često ograničavajuća hranjiva tvar (neophodna za rast) u vodenim ekosustavima (slika 37.19).

                                                        Fosfor se u prirodi javlja kao fosfatni ion (PO4 3− ). Osim otjecanja fosfata kao posljedica ljudske aktivnosti, prirodno površinsko otjecanje nastaje kada se vremenskim utjecajem ispire iz stijena koje sadrže fosfate, te tako šalju fosfate u rijeke, jezera i oceane. Ova stijena potječe iz oceana. Oceanski sedimenti koji sadrže fosfate nastaju prvenstveno iz tijela oceanskih organizama i iz njihovih izlučevina. Međutim, u udaljenim regijama, vulkanski pepeo, aerosoli i mineralna prašina također mogu biti značajni izvori fosfata. Taj se sediment zatim pomiče na kopno tijekom geološkog vremena podizanjem područja Zemljine površine.

                                                        Fosfor se također recipročno izmjenjuje između fosfata otopljenog u oceanu i morskih ekosustava. Kretanje fosfata iz oceana na kopno i kroz tlo je izuzetno sporo, s prosječnim fosfatnim ionom koji ima oceansko vrijeme boravka između 20.000 i 100.000 godina.

                                                        Višak fosfora i dušika koji dospije u ove ekosustave s otjecanjem gnojiva i iz kanalizacije uzrokuje prekomjeran rast mikroorganizama i iscrpljuje otopljeni kisik, što dovodi do smrti mnogih faune ekosustava, kao što su školjke i peraje. Ovaj proces je odgovoran za mrtve zone u jezerima i na ušćima mnogih velikih rijeka (Slika 37.19).

                                                        A mrtva zona je područje unutar slatkovodnog ili morskog ekosustava gdje su velike površine osiromašene svojom normalnom florom i faunom, te zone mogu biti uzrokovane eutrofikacijom, izlijevanjem nafte, odlaganjem otrovnih kemikalija i drugim ljudskim aktivnostima. Broj mrtvih zona se povećava već nekoliko godina, a od 2008. bilo je prisutno više od 400 tih zona. Jedna od najgorih mrtvih zona je uz obalu Sjedinjenih Država u Meksičkom zaljevu, gdje otjecanje gnojiva iz Sliv rijeke Mississippi stvorio je mrtvu zonu od preko 8463 četvornih milja. Otjecanje fosfata i nitrata iz gnojiva također negativno utječe na nekoliko ekosustava jezera i zaljeva uključujući zaljev Chesapeake na istoku Sjedinjenih Država.

                                                        Svakodnevna veza

                                                        Zaljev Chesapeake

                                                        Zaljev Chesapeake dugo je bio cijenjen kao jedno od najslikovitijih područja na Zemlji, sada je u nevolji i prepoznat je kao ekosustav u opadanju. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća, zaljev Chesapeake bio je jedan od prvih ekosustava koji je identificirao mrtve zone, koje i dalje ubijaju mnoge ribe i vrste koje žive na dnu, kao što su školjke, kamenice i crvi. Nekoliko vrsta je opalo u zaljevu Chesapeake zbog otjecanja površinskih voda koje sadrže višak hranjivih tvari iz umjetnog gnojiva korištenog na kopnu. Izvor gnojiva (s visokim udjelom dušika i fosfata) nije ograničen samo na poljoprivrednu praksu. U blizini se nalaze mnoga urbana područja i više od 150 rijeka i potoka koji se ulijevaju u zaljev koji nose otjecanje gnojiva s travnjaka i vrtova. Stoga je propadanje zaljeva Chesapeake složeno pitanje i zahtijeva suradnju industrije, poljoprivrede i svakodnevnih vlasnika kuća.

                                                        Zaštitnike prirode od posebnog je zanimanja populacija kamenica za koju se procjenjuje da je u zaljevu 1700-ih postojalo više od 200.000 hektara grebena od kamenica, ali se taj broj sada smanjio na samo 36.000 hektara. Berba kamenica je nekoć bila glavna industrija za Chesapeake Bay, ali je opala za 88 posto između 1982. i 2007. Taj pad nije bio samo zbog otjecanja gnojiva i mrtvih zona, već i zbog prekomjerne žetve. Kamenice zahtijevaju određenu minimalnu gustoću populacije jer moraju biti u neposrednoj blizini da bi se razmnožile. Ljudska aktivnost promijenila je populaciju kamenica i lokacije, uvelike narušivši ekosustav.

                                                        Obnova populacije kamenica u zaljevu Chesapeake traje već nekoliko godina s različitim uspjehom. Ne samo da mnogi ljudi smatraju da su kamenice dobre za jelo, već i čiste zaljev. Kamenice su filter hranilice, a dok jedu, čiste vodu oko sebe. U 1700-ima procijenjeno je da je populaciji kamenica bilo potrebno samo nekoliko dana da filtrira cijeli volumen zaljeva. Danas, s promijenjenim vodnim uvjetima, procjenjuje se da bi sadašnjem stanovništvu trebalo gotovo godinu dana da obavi isti posao.

                                                        Neprofitne organizacije, kao što je Zaklada Chesapeake Bay, već nekoliko godina rade na obnovi. Cilj obnove je pronaći način za povećanje gustoće populacije kako bi se kamenice mogle učinkovitije razmnožavati. Mnoge sorte otporne na bolesti (razvijene na Virginia Institute of Marine Science za College of William and Mary) sada su dostupne i korištene su u izgradnji eksperimentalnih grebena od kamenica. Napori Virginije i Delawarea da očiste i obnove zaljev otežani su jer velik dio onečišćenja koje ulazi u zaljev dolazi iz drugih država, što naglašava potrebu međudržavne suradnje kako bi se postigla uspješna obnova.

                                                        Novi, snažni sojevi kamenica također su iznjedrili novu i ekonomski održivu industriju – akvakulturu kamenica – koja ne samo da opskrbljuje kamenice za hranu i profit, već ima i dodatnu prednost čišćenja zaljeva.

                                                        1. Višak dušika iz gnojiva smanjuje rast mikroba, iscrpljuje otopljeni kisik u vodi, ubijajući tako faunu ekosustava.
                                                        2. Otjecanje gnojiva smanjuje koncentraciju ugljičnog dioksida u vodi, ubijajući tako faunu ekosustava.
                                                        3. Otjecanje gnojiva stvara mrtvu zonu u zaljevu Chesapeake povećanjem koncentracije kisika u ekosustavu.
                                                        4. Višak dušika iz gnojiva povećava rast mikroba, iscrpljujući otopljeni kisik u vodi, ubijajući tako faunu ekosustava.

                                                        Ciklus sumpora

                                                        Sumpor je bitan element za makromolekule živih bića. Kao dio aminokiseline cisteina, on je uključen u stvaranje disulfidnih veza unutar proteina, koje pomažu u određivanju njihovih 3-D obrazaca savijanja, a time i njihove funkcije. Kao što je prikazano na slici 37.21, sumpor kruži između oceana, kopna i atmosfere. Atmosferski sumpor se nalazi u obliku sumporovog dioksida (SO2) i u atmosferu ulazi na tri načina: razgradnjom organskih molekula, vulkanskom aktivnošću i geotermalnim otvorima te izgaranjem fosilnih goriva od strane ljudi.

                                                        Na kopnu se sumpor taloži na četiri glavna načina: oborine, izravne padavine iz atmosfere, trošenje stijena i geotermalni otvori (slika 37.22). Atmosferski sumpor se nalazi u obliku sumporovog dioksida (SO2), a kako kiša pada kroz atmosferu, sumpor se otapa u obliku slabe sumporne kiseline (H2TAKO3). Sumpor također može pasti izravno iz atmosfere u procesu tzv ispasti. Također, trošenje stijena koje sadrže sumpor oslobađa sumpor u tlo. Ove stijene potječu iz oceanskih sedimenata koji se pomiču na kopno geološkim podizanjem oceanskih sedimenata. Kopneni ekosustavi tada mogu iskoristiti te sulfate tla (SO 4 − SO 4 −), a nakon smrti i razgradnje tih organizama, otpuštati sumpor natrag u atmosferu u obliku sumporovodika (H2S) plin.

                                                        Sumpor ulazi u ocean putem otjecanja s kopna, atmosferskih padavina i podvodnih geotermalnih izvora. Neki ekosustavi (slika 37.9) oslanjaju se na kemoautotrofe koji koriste sumpor kao biološki izvor energije. Ovaj sumpor zatim podržava morske ekosustave u obliku sulfata.

                                                        Ljudske aktivnosti odigrale su veliku ulogu u promjeni ravnoteže globalnog ciklusa sumpora. Spaljivanjem velikih količina fosilnih goriva, posebno iz ugljena, u atmosferu se oslobađaju veće količine plinovitog sumporovodika. Kako kiša pada kroz ovaj plin, stvara se fenomen poznat kao kisela kiša. Kisela kiša je korozivna kiša uzrokovana kišnicom koja pada na tlo kroz plin sumporov dioksid, pretvarajući ga u slabu sumpornu kiselinu, što uzrokuje štetu vodenim ekosustavima. Kisele kiše oštećuju prirodni okoliš snižavanjem pH vrijednosti jezera, što ubija mnoge stanovnike faune, a također utječe na okoliš koji je stvorio čovjek kroz kemijsku degradaciju zgrada. Na primjer, mnogi mramorni spomenici, kao što je Lincoln Memorial u Washingtonu, DC, pretrpjeli su značajnu štetu od kiselih kiša tijekom godina. Ovi primjeri pokazuju široke učinke ljudskih aktivnosti na naš okoliš i izazove koji ostaju za našu budućnost.

                                                        Poveznica na učenje

                                                        Kliknite ovu poveznicu kako biste saznali više o globalnim klimatskim promjenama.

                                                        1. Učinak staklenika je smanjen zbog ljudskih aktivnosti.
                                                        2. Ljudske aktivnosti jačaju efekt staklenika zadržavajući više topline u atmosferi.
                                                        3. Ljudske aktivnosti smanjuju oslobađanje plina ugljičnog dioksida, čime se jača učinak staklenika.
                                                        4. Ljudske aktivnosti uzrokuju zarobljavanje manje topline u atmosferi i smanjenje temperature.

                                                        Kretanje mineralnih hranjivih tvari kroz organizme i njihovu okolinu naziva se ________ ciklus.

                                                        Ugljik je prisutan u atmosferi kao ________.

                                                        Većina vode pronađene na Zemlji je:

                                                        Prosječno vrijeme koje molekula provede u svom rezervoaru poznato je kao ________.

                                                        Proces u kojem se kisik iscrpljuje rastom mikroorganizama zbog viška hranjivih tvari u vodenim sustavima naziva se ________.

                                                        Proces kojim se dušik dovodi u organske molekule naziva se ________.

                                                        Opišite fiksaciju dušika i zašto je važna za poljoprivredu.

                                                        Fiksacija dušika je proces dovođenja plina dušika iz atmosfere i njegovog ugradnje u organske molekule. Većina biljaka nema tu sposobnost i za to se moraju osloniti na slobodno živeće ili simbiotske bakterije. Kako je dušik često ograničavajuća hranjiva tvar u rastu usjeva, poljoprivrednici koriste umjetna gnojiva kako bi osigurali izvor dušika biljkama dok rastu.

                                                        Koji su čimbenici koji uzrokuju mrtve zone? Posebno opišite eutrofikaciju kao uzrok.

                                                        Mnogi čimbenici mogu ubiti život u jezeru ili oceanu, kao što je eutrofikacija površinskim otjecanjem bogatim hranjivim tvarima, izlijevanje nafte, izlijevanje toksičnog otpada, promjene klime i odlaganje smeća u ocean. Eutrofikacija je rezultat otjecanja bogatog hranjivim tvarima iz zemlje korištenjem umjetnih gnojiva s visokim sadržajem dušika i fosfora. Ove hranjive tvari uzrokuju brz i prekomjeran rast mikroorganizama, koji iscrpljuju lokalni otopljeni kisik i ubijaju mnoge ribe i druge vodene organizme.

                                                        Zašto je opskrba pitkom vodom još uvijek glavna briga za mnoge zemlje?

                                                        Većina vode na Zemlji je slana voda, koju ljudi ne mogu piti ako se sol ne ukloni. Dio slatke vode je zatvoren u ledenjacima i polarnim ledenim kapama ili je prisutan u atmosferi. Zalihe vode na Zemlji ugrožene su zagađenjem i iscrpljenošću. Napor opskrbe svježom pitkom vodom sve veće ljudske populacije planeta smatra se glavnim izazovom u ovom stoljeću.


                                                        Matrica za upravljanje dušikom

                                                        Sljedeća matrica upravljanja dušikom može se koristiti za procjenu trenutnog upravljanja dušikom na farmi i pružanje smjernica o prihvatljivim i poboljšanim praksama upravljanja dušikom. Ova se matrica temelji na 4Rs konceptu upravljanja hranjivim tvarima, koji pruža okvir za postizanje ciljeva sustava usjeva, kao što su povećana proizvodnja, povećana profitabilnost poljoprivrednika, poboljšana zaštita okoliša i poboljšana održivost korištenjem pravog izvora, prave količine, primijenjene na u pravo vrijeme i na pravom mjestu. Kategorije upravljanja u lijevom stupcu matrice temelje se na 4R. Prakse navedene u desnom stupcu nisu prihvatljive prema važećim propisima Zakona 38 u Pennsylvaniji. Prakse navedene kao "poštene" predstavljale bi minimalno upravljanje potrebno za ispunjavanje propisa iz Zakona 38. Kategorije “dobro” i “bolje” upravljanja daju smjernice na temelju 4R-a za poboljšanje upravljanja N-om iznad zakonskog minimuma. Ovu matricu treba koristiti u donošenju odluka upravljanja N za gnojivo i stajski gnoj u svim planovima upravljanja hranjivim tvarima.Cilj upravljanja tijekom vremena je eliminirati menadžment u kategoriji “neprihvatljivo” i premjestiti N menadžment iz “poštene” u “dobre” i “bolje” kategorije. Nakon ove matrice nalazi se više pojedinosti o praksama upravljanja koje će poboljšati upravljanje N za proizvodnju usjeva na vašoj farmi i osigurati da ispunjavate regulatorne zahtjeve za zaštitu okoliša.

                                                        gnojivo
                                                        Upravljanje
                                                        BoljeDobroPravedanNije prihvatljivo odredbama Zakona 38
                                                        Gnojivo Dušik N stopa gnojiva Stopa ne premašuje preporuku N usjeva ili uklanjanje N mahunarkama i uzima u obzir prethodni usjev mahunarki, prethodnu povijest gnojiva i planiranu metodu primjene stajskog gnoja i PSNT, mjerač klorofila ili druge testove koji se koriste za prilagodbu doze N bočne strane Stopa ne prelazi preporuku N usjeva ili uklanjanje N mahunarkama i uzima u obzir prethodni usjev mahunarki, prethodnu povijest gnojiva i planiranu metodu primjene stajskog gnoja Stopa ne prelazi preporuku za usjev N ili uklanjanje N mahunarkama Stopa premašuje preporuku za usjev N i ne uzima u obzir prethodni usjev mahunarki, prethodnu povijest stajnjaka i planiranu primjenu stajnjaka
                                                        N Vrijeme za gnojenje Gnojivo se primjenjuje u podijeljenim aplikacijama u skladu s unosom usjeva (npr. nanosi se rezanjem na travnatu krmnu smjesu, bočno N na kukuruzu, nanosi veći dio N u proljeće na ozime žitarice) Gnojivo se primjenjuje neposredno (danima) prije sadnje jednogodišnjih usjeva
                                                        ili
                                                        primijenjen ranije (tjednima) na rastući pokrovni usjev
                                                        ili
                                                        primijenjen ranije (tjednima) s inhibitorom nitrifikacije
                                                        Gnojivo se primjenjuje mnogo prije (tjednima) sadnje jednogodišnjih usjeva bez pokrovnog usjeva ili očekivanog unosa od višegodišnjeg usjeva Gnojivo se primjenjuje mjesec dana ili više prije sadnje jednogodišnjeg usjeva ili očekivanog unosa višegodišnjeg usjeva
                                                        N vrijeme za ugradnju gnojiva (mješavine UAN, uree i uree) Gnojivo se stavlja ili ubrizgava izravno u tlo Gnojivo uneseno u roku od 1 dana Gnojivo uneseno u roku od 1 tjedna Gnojivo nije ugrađeno (pogledajte “N Metode ugradnje gnojiva” u nastavku za alternative ugradnji)
                                                        N metoda ugradnje gnojiva (mješavine UAN, uree i uree) Gnojivo se stavlja ili ubrizgava izravno u tlo uz minimalno ometanje tla Gnojivo ugrađeno metodama konzervacijske obrade tla
                                                        ili
                                                        nije ugrađen i inhibitor ureaze koji se koristi s ureom ili UAN gnojivom
                                                        ili
                                                        nije ugrađena površinska traka primjena UAN-a
                                                        ili
                                                        nisu ugrađeni, ali se primjenjuju neposredno prije padalina koje ne stvaraju otjecanje
                                                        Gnojivo ugrađeno konvencionalnim metodama obrade tla
                                                        ili
                                                        nije ugrađen
                                                        Nije primjenjivo
                                                        Stajski dušik Mjesto gnoja Gnoj se primjenjuje na ravnom, dobro dreniranom tlu daleko od vode s rastućim usjevom ili 25 posto ostataka usjeva i primjenom praksi očuvanja Gnoj se primjenjuje na nagnutim, dobro dreniranim tlima s rastućim usjevom ili 25 posto ostataka usjeva i primjenom praksi očuvanja Gnoj se primjenjuje na strmim padinama ili na područjima sklona poplavama i pretjerano dobro dreniranim ili slabo dreniranim tlima Gnoj se primjenjuje unutar potrebnih zastoja primjene ili ako je ograničeno P indeksom ili na nagibu većem od 15 posto zimi
                                                        Stajnjak N stopa Stopa ne prelazi zahtjev za neto usjev za N i uzima u obzir prethodni usjev mahunarki, prethodni stajnjak i gnojivo N koje treba primijeniti bez obzira na stajnjak (npr. starter N) ukupni gnoj N koji se primjenjuje kako bi se zadovoljio zahtjev za neto usjev za raspoloživi N je ≤ 2X neto N zahtjev Stopa ne prelazi zahtjev za neto usjev za N i uzima u obzir prethodni usjev mahunarki, prethodni stajnjak i gnojivo N koje treba primijeniti bez obzira na stajnjak (npr. starter N) ukupni gnoj N koji se primjenjuje kako bi se zadovoljio zahtjev za neto usjev za raspoloživi N je ≤ 3X neto N zahtjev Stopa ne prelazi zahtjeve za neto usjev za N i uzima u obzir prethodni usjev mahunarki, prethodni stajnjak i gnojivo N koje treba primijeniti bez obzira na stajnjak (npr. starter N) ukupni stajnjak N primijenjen za ispunjavanje zahtjeva za neto usjev za raspoloživi N je > 3X neto N zahtjev Stopa premašuje zahtjev za neto usjevom N
                                                        Vrijeme primjene gnojiva Stajnjak koji se primjenjuje za uzgoj usjeva (prvenstveno travnih krmnih usjeva)
                                                        ili
                                                        primjenjuje se neposredno (danima) prije sadnje jednogodišnjih usjeva
                                                        Gnoj se nanosi na rastući pokrovni usjev unutar 4 tjedna od sadnje jednogodišnjih usjeva
                                                        ili
                                                        injektirani stajski gnoj primijenjen s inhibitorom nitrifikacije unutar 4 tjedna od sadnje jednogodišnjih usjeva
                                                        Gnoj se nanosi dosta prije (mjesec ili više) sadnje jednogodišnjih usjeva s pokrovnim usjevom ili najmanje 25 posto pokrovnog ostatka Gnoj se primjenjuje zimi na smrznuto/snjegom prekriveno tlo ili se primjenjuje znatno prije (mjesec ili više) sadnje jednogodišnjih usjeva bez pokrovnog usjeva ili manje od 25 posto pokrivenosti ostatkom
                                                        Vrijeme ugradnje gnojiva Gnoj se stavlja ili ubrizgava izravno u tlo Stajnjak unesen u roku od 1 dana 3 Gnoj se ugradi u roku od 1 tjedna Stajnjak nije ugrađen (pogledajte “Metode ugradnje gnojiva” u nastavku za alternative ugrađivanju)
                                                        Metoda ugradnje gnojiva Gnoj se stavlja ili ubrizgava izravno u tlo uz minimalno ometanje tla Stajski gnoj ugrađen metodama konzervacijske obrade tla
                                                        ili
                                                        nisu ugrađeni, ali se primjenjuju neposredno prije padalina koje ne stvaraju otjecanje
                                                        Stajnjak ugrađen konvencionalnim metodama obrade tla
                                                        ili
                                                        nije ugrađen
                                                        Nije primjenjivo


                                                        Zašto fosfor ili dušik nisu ograničavajući nutrijent za životinje? - Biologija

                                                        Gotovo sav život na Zemlji podržavaju biljke jer imaju jedinstvenu sposobnost pretvaranja sunčeve energije u organsku tvar koja služi kao hrana za sve ostale. Pritom također proizvode kisik koji je praktički svima potreban. Postoji i mnogo bakterija koje to mogu učiniti. Ove biljke i bakterije proizvode energiju koju ostatak ekosustava može koristiti, pa se tako nazivaju primarni proizvođači. Energija koju proizvode zove se primarna proizvodnja, a brzina kojom proizvode energiju naziva se produktivnost.

                                                        U oceanu, većina primarnih proizvođača su mikroskopske jednostanične alge. Te se stanice mjere u milijunskim dijelovima metra ili mikrometara ili mikrona. Alge su obično 5-50 mikrona što je otprilike širina dlake. A oni su u biti odgovorni za život u oceanu!

                                                        Biljke pretvaraju sunčevu energiju u kemijsku energiju pohranjenu kao organska tvar kroz proces fotosinteza. U tom procesu sunčeva svjetlost uklanja kisik iz ugljičnog dioksida. Usamljeni atomi ugljika su vrlo reaktivni i tako "hvataju" molekule vode. Oslobađaju se molekule kisika. Ovaj proces hidratacije proizvodi ugljikohidrati koji su prilično stabilni i mogu se pohraniti za kasniju upotrebu. Biljke također čine lipida ili masti, i proteini ili aminokiseline s ugljikohidratima. To je ono od čega se sastoji organska tvar poput vas.

                                                        Ta pohranjena energija može se kasnije osloboditi izgaranjem ili oksidirajući ugljik. U ovom slučaju kisik se dodaje ugljikohidratima --- upravo obrnuto od fotosinteze:

                                                        C(H2O) + O2 à C02 + H20 + energija

                                                        Ovaj proces se zove disanje. To je ono što vam daje svu potrebnu energiju za život. A sve je izvorno došlo od sunca, preko biljaka. A ti si mislio da si važan!

                                                        Što biljke trebaju da bi to učinile za nas? Pa, razmislite o svojim sobnim biljkama. Što trebate učiniti da ih održite na životu. Dajete im svjetlo, vodu i ako ste stvarno savjesni, gnojivo. Alge u oceanu trebaju iste stvari. Voda, naravno, nije problem. Alge su dizajnirane da plutaju tako da ostaju blizu površine i mogu dobiti sunčevu svjetlost. Što je s gnojivom? Baš kao i vaše biljke, ove hranjive tvari su ograničavajući faktor u rastu algi. Obično dušik i fosfora su u najvećoj potražnji i prilično su rijetki u morskom okolišu. odakle dolaze?

                                                        Budući da su hranjive tvari ograničavajući čimbenik u rastu algi, što više hranjivih tvari to je veća produktivnost. Prvo kako znamo kolika je produktivnost? Postoji nekoliko načina za mjerenje ovoga. Prvo, općenito, što je veća produktivnost u okruženju, to je veće obilje života. Dakle, jedan od načina mjerenja produktivnosti je kvantificiranje mase živih organizama --- recimo organizama po kubnom metru, na primjer (kvadratni metar ako govorite o zemljištu). Budući da se životinje obično kreću, to se najučinkovitije radi s biljkama. U oceanu to znači brojanje stanica algi.

                                                        Budući da alge proizvode kisik, drugi način kvantifikacije (tj. mjerenja) algi je stavljanje uzorka morske vode u zatvoreni spremnik i mjerenje povećanja količine kisika u vodi nakon određenog vremenskog razdoblja. To se obično radi na 24 sata. Ova metoda obično uspoređuje povećanje kisika u boci koja propušta svjetlost u usporedbi s bocom koja je zamračena. U zamračenoj boci može doći samo do disanja, pa se kisik koji se potroši tim procesom može odrediti i dodati kisiku proizvedenom fotosintezom u svjetlosnoj boci (u svijetloj boci se odvija ista količina disanja kao i tamna). ). Na taj se način može izmjeriti ukupna proizvodnja kisika. Ovo se zove metoda svijetlo-tamne boce.

                                                        Ove metode djeluju u malim područjima, ali kako gledati na cijeli ocean? Novi i lakši način procjene oceanske produktivnosti je satelitsko mjerenje. Sateliti mogu mjeriti boju oceana. Što je površinska oceanska voda zelenija, to je više algi, dakle veća je produktivnost. Tako se mogu izraditi globalne karte produktivnosti kao što je ova u nastavku. Ovdje crvene boje označavaju vrlo visoku produktivnost, a ljubičaste nisku produktivnost. Očito su podaci označeni bojama kako bi se poboljšala jasnoća. Oceani nisu baš ljubičasti.

                                                        Gledajući tu kartu, koje uzorke vidite?

                                                        Gdje su crvena područja najveće produktivnosti? Najočiglednije mjesto je na Arktiku i Antarktiku. Vjerojatno ih zamišljate kao hladna, neprijateljska mjesta na kojima se ne događa mnogo, a ipak pogledajte ovu produktivnost. Što se događa? Razmislite što je potrebno za produktivnost: voda, sunčeva svjetlost i hranjive tvari. Voda u oceanu nikada nije problem. Sunčeva svjetlost? Pa, sunčano je oko sjevernog i južnog pola 24 sata na dan pola godine. To je puno sunca. Što je s hranjivim tvarima? Sigurno ne erodira mnogo hranjivih tvari iz leda? Istina, ali uzorci vjetra i struje koje se kreću po Arktiku i Antarktiku uzrokuju mnogo uzdizanje. Zapamtite da je to kada se površinska voda pomiče i duboka voda izlazi na površinu kako bi je zamijenila. Ta duboka voda puna je hranjivih tvari koje su se istaložile. Stoga imamo puno sunca i puno hranjivih tvari, dakle, postoji velika produktivnost.

                                                        Gdje je još visoka produktivnost?

                                                        Duž većine obala. Zašto je ovo? Pa, naravno, posvuda ima puno vode i poprilično sunca. Što je s hranjivim tvarima? Pa, odakle dolaze hranjive tvari? Upwelling je jedan od izvora i imamo nekoliko situacija kao što je u blizini Južne Amerike u Pacifiku gdje imamo uzlazno kretanje zbog struja koje vode vodu na moru (sjetite se naše rasprave o El Ninu/Južnoj oscilaciji). Uzdizanje postoji i iz drugih razloga. Pogledaj sliku:

                                                        Osim toga, voda duž epikontinentalnog pojasa je relativno plitka i stoga jest turbulentan. Ova turbulencija odn miješanje održava taloženje hranjivih tvari uzburkano i dostupno. To je jedan od glavnih razloga zašto je zaljev Chesapeake toliko produktivan. Dno je vrlo blizu vrha. Konačno, puno hranjivih tvari erodira sa samih kontinenata, pa je voda blizu obale obično bogata hranjivim tvarima.

                                                        Gdje produktivnost nije visoka?

                                                        Za produktivnost vam je potrebna sunčeva svjetlost i hranjive tvari. U dubokoj vodi ima puno hranjivih tvari, ali nema sunčeve svjetlosti. Zato je razumno mjeriti produktivnost samo promatranjem površinske vode. U površinskim vodama daleko od obale, općenito ima puno sunca, ali nema dovoljno hranjivih tvari. Dakle, većina površine oceana nije vrlo produktivna. Voda je preduboka da bi oluje uzburkale hranjive tvari s dna i nema podizanja.

                                                        Prosječna produktivnost oceana je oko 50 grama ugljika po kvadratnom metru godišnje. Produktivnost otvoreni ocean (ocean udaljen od obala) usporediva je s proizvodnjom u pustinji. To znači da je većina oceana, ili oko 90%, u biti pustinja. A budući da ocean čini preko 70% Zemljine površine, nije previše iznenađujuće da je kopno mnogo produktivnije od oceana, iako bi se činilo da je život na kopnu čvršće kopnene biljke koje se ne kupaju u vodi. Prosječna produktivnost zemljišta iznosi 160 grama ugljika po kvadratnom metru godišnje. Problem u oceanu je što je voda toliko duboka da hranjive tvari brzo padaju ispod dosega algi i vrlo ih je teško vratiti natrag. U većini slučajeva to se jednostavno ne događa. U područjima uz obalu gdje se hranjive tvari vraćaju, produktivnost je 5-6 puta veća od one na otvorenom oceanu i veća od kopnenog prosjeka. Ipak nije tako visoka kao prašume ili ušća/slane močvare.

                                                        Ova dubokomorska zamka hranjivih tvari očita je ako pogledamo tropske vode i sezonske obrasce. Trope smatramo visoko produktivnim područjima. I jesu, na kopnu. U oceanu, površinska voda postaje vrlo topla i zapamtite da je topla voda manje gustoće od hladne. To znači da se topla voda zapravo zaglavi iznad hladne vode gdje su svi hranjivi sastojci. U umjerenim zonama to se događa samo ljeti. U jesen kada se površinske vode hlade, počinju se miješati s vodama ispod sebe, a to miješanje, uz pomoć zimskih oluja, uzburkava hranjive tvari. Dakle, ocean je produktivniji u umjerenim zonama. Ovo također objašnjava zašto tropski krajevi imaju tu prilično bistru plavu vodu. Nema puno života u njemu! Naša voda izgleda zeleno jer je puna algi. Ovaj obrazac je ilustriran u nastavku:

                                                        Dakle, u umjerenim zonama upravo sam rekao da se zimi voda lako miješa i da su hranjive tvari dostupne i da je produktivnost visoka, zar ne? Pa ne. Zimi nema dovoljno sunca. Ipak, u proljeće, hranjive tvari su još uvijek tu, sunce se povećava, a alge lude. Ovo se zove proljetni cvat. Alge se brzo množe, voda može biti malo mutna neko vrijeme, ali na kraju se ti hranjivi sastojci potroše, a budući da se tijekom tog vremena površinska voda zagrijava, ona se postupno ponovno zaglavi na vrhu eliminirajući izvor hranjivih tvari. Ovo završava cvatnju do ljeta.

                                                        Previše dobre stvari

                                                        Rekli smo da hranjive tvari dolaze s kopna, pa je obalna voda najproduktivnija. Ovo ima lošu stranu. Zagađenje obale je veliki problem. Svi zagađivači koje izbacimo preko kopna na kraju se na ovaj ili onaj način ispiru u vodu ili jednostavno direktno bacamo u vodu. Ovo je funkcioniralo kad nas nije bilo puno. Nažalost, ljudi vole živjeti uz obalu, a sve više nas to čini. Čak i ako ste na kanalizacijskom cjevovodu pa se vaša kanalizacija pročišćava prije nego što zavrti u vodi, a vi ste savjesni da ne bacate toksine u odvod, vi ste dio problema. Vaš auto emitira sve vrste gadnih stvari. Struju vjerojatno dobivate iz parne elektrane na ugljen, koji u obalnu vodu stavlja živu. Kada pada jaka kiša tako da naši sustavi za pročišćavanje otpadnih voda ne mogu podnijeti vodu, višak se ionako prelije i zavrti u vodi. Postoji mnogo toksina o kojima bismo mogli razgovarati, ali budući da se bavimo hranjivim tvarima, zašto su oni problem?

                                                        Prije svega, to su hranjive tvari, posebno dušik i fosfor ograničavajući. To znači da bi alge rasle više da ih ima više na raspolaganju. Pa, pogodi što? Dušik je primarni nutrijent u kanalizaciji, bilo da se radi o vašim ili farmama svinja. Osim toga, farme i tereni za golf koriste gnojiva na svojim terenima, a mnogo toga ima tendenciju da otječe i završi u vodi. Fosfor se nalazi u mnogim našim proizvodima za čišćenje koji svi završavaju u odvodu i vodi. I tako obalne alge često imaju na raspolaganju redoviti obrok hranjivih tvari. Kao odgovor na to, it cvjeta. Tako? To je više hrane za ribu, zar ne? Pa da, do neke točke. Ali vrlo brzo ima više hrane nego što riba može pojesti. Zapravo ima toliko algi da one zapravo počinju blokirati vlastiti izvor svjetlosti i tako počinju umirati. Ne jede previše mrtve alge. Uglavnom u procesu propadanja rade bakterije. Ali bakterije moraju disati, pa proces propadanja troši kisik. Nema puno života bez kisika i ovako završite s ubijanjem ribe. A to nije najgori scenarij. Same alge mogu biti otrovne. Ovo bi bilo a crvena plima, ili ste vjerojatno čuli pfisterija koji je otrovan i čini se da se sve više pojavljuje ovdje na jugoistoku. Čini se da se toksične plime općenito pojavljuju češće. Koraljni grebeni su pod sve većim stresom. Lamantini prolaze teško. Je li to rezultat povećanog unosa onečišćenja? Toplija voda zbog globalnog zatopljenja? Imamo li luksuz čekati okolo da to shvatimo prije nego što se sustav trajno ošteti?

                                                        Za kraj, ponekad rješenje ovog problema prekomjernog unosa hranjivih tvari nije previše teško. 70-ih godina odlučeno je da se zabrani korištenje fosfata u deterdžentima koji se prodaju u slivovima zaljeva Chesapeake (razvodno područje uključuje sve izvore vode za vodno tijelo). Ovaj jednostavan korak pomogao je poboljšati kvalitetu vode. Trenutno, države oko zaljeva donose programe u kojima morate ostaviti tampon ili rub drveća ili močvare između poljoprivrednog zemljišta i vode, jer stabla, budući da su tako velike biljke, dobro upijaju hranjive tvari. Močvare općenito su također vrlo dobre u tome i oboje to rade besplatno. Konačno, vjerojatno ste primijetili da oko gradilišta uvijek postoje plastične pregrade ili barem bale sijena. Njihova svrha je spriječiti da se krhotina s radilišta ispire u vodu. Djeluju li ovi koraci? Pa, oni pomažu. Sigurno nismo riješili problem i nema sumnje da ćemo imati puno drugih koraka koje ćemo morati poduzeti, ali mislim da je dobro zapamtiti da nije beznadno.


                                                        Ljudski utjecaj na ciklus fosfora

                                                        Otkako su ljudi počeli hodati Zemljom, bili smo u interakciji s mnogim prirodnim procesima i utjecali na njih, a ciklus fosfora nije iznimka. Budući da su fosfati prirodno prilično ograničeni u tlu, moderne poljoprivredne prakse često uključuju primjenu gnojiva teških anorganskih fosfata. Kada se fosfor u ekosustav dodaje neprirodnim ili prekomjernim sredstvima – otjecanjem s farmi (i gnojiva i životinjskim izmetom), kanalizacijom ili deterdžentima koji sadrže fosfate – naglo povećanje dostupnosti hranjivih tvari može imati dramatičan učinak na rast biljaka .

                                                        Tlo ima točku zasićenja s obzirom na to koliko fosfata može zadržati, a biljke imaju ograničenje koliko brzo ga mogu preuzeti, tako da primjena previše fosfata rezultira i ispiranjem u vodoopskrbu i otjecanjem u jezera, potoke i oceane. Budući da vodeni ekosustavi prirodno imaju vrlo niske koncentracije fosfata, kad god fosfat uđe u vodeni stupac, fitoplankton poput algi brzo ga konzumira.

                                                        Kao što su Schindler i njegov tim pokazali s ELA-om, ako se dotok fosfata stalno nastavi neko vrijeme, alge i drugi vodeni fitoplankton mogu se razmnožavati tako brzo i učinkovito da doslovno tvore prostirku na površini vode, blokiranje svjetlosti za druge biljke i organizme koji žive ispod (slika 8). To smanjuje sposobnost biljaka koje žive na dnu fotosinteze, smanjujući količinu kisika koja se oslobađa u vodu.

                                                        Slika 8: Jezero Myvatn - plitko eutrofno jezero na sjeveru Islanda. image © Israel Hervas Bengochea/Shutterstock

                                                        Kako alge umiru, one padaju na dno gdje ih razgrađuju bakterije - proces koji koristi veliku količinu otopljenog kisika. Kako se ovaj otopljeni kisik troši, ribe i drugi organizmi koji žive u vodenom tijelu polako se guše i umiru.

                                                        Iako smo naučili bolje i uložili mnogo napora da se promijenimo, učinci ovih praksi još uvijek traju. Prekomjerna primjena gnojiva s visokom koncentracijom fosfata i dalje je problem, a najviše pate vodene površine u mjestima s teškim poljoprivrednim zajednicama. Srećom, dok učimo više o utjecajima koje naše akcije imaju na našu okolinu, možemo svjesno donositi odluke koje će koristiti, a ne štetiti našoj okolini.

                                                        Tijelo istraživanja fosfora provedeno na području eksperimentalnih jezera bio je značajan doprinos znanosti o okolišu. Dok se ciklus fosfora može pojednostaviti, kao što smo učinili gore, na ciklus koji uključuje geološku komponentu i biološku komponentu, ciklus je zapravo daleko detaljniji od ovoga.

                                                        Sažetak

                                                        Svim živim organizmima potreban je fosfor za preživljavanje i rast. Ovaj modul opisuje oblike koje fosfor poprima u prirodi i kako element kruži kroz prirodni svijet. Povijesno putovanje ističe kako smo shvatili ovaj vitalni element. Projekt Eksperimentalna jezera pokazuje štetne učinke prevelike količine fosfora na okoliš kao rezultat ljudskih aktivnosti.

                                                        Ključni koncepti

                                                        Ciklus fosfora je skup biogeokemijskih procesa u kojima fosfor prolazi kroz kemijske reakcije, mijenja oblik i kreće se kroz različite rezervoare na Zemlji, uključujući žive organizme.

                                                        Ciklus fosfora jedini je biogeokemijski proces koji ne uključuje značajnu plinovitu fazu.

                                                        Fosfor je potreban svim organizmima za život i rast jer je bitna komponenta ATP-a, strukturnog okvira koji drži DNK i RNA zajedno, stanične membrane i druge kritične spojeve.

                                                        Poljoprivredno otjecanje, prekomjerna gnojidba i kanalizacija povećavaju količinu fosfata dostupnog biljkama i mogu uzrokovati značajnu ekološku štetu.