Circulatia Materiei in Ecosisteme

26
ARGUMENT Sensul cuvântului ecosistem derivă din componentele sale: oikos, din greceşte cu înţelesul de sat sau casă şi systema, din latineşte cu sensul de ansamblu de elemente. Prin ecosistem înţelegem unitatea elementară a biosferei formată dintr-un biotop, ocupat de o biocenoză. Un ecosistem cuprinde întreaga materie vie dintr-un spaţiu finit, deci toate animalele, plantele, microorganisme (ciuperci, bacterii şi virusuri), împreună cu toată substanţa organică moartă existentă în acel teritoriu. Ecosistemul se caracterizează printr-o organizare specifică, fiind alcătuit din două structuri funcţionale: structura de biotop (mediul neviu sau componenta abiotică) şi structura de biocenoză (mediul viu sau componenta biotică). Funcţionarea ecosistemului depinde de relaţiile dintre speciile biocenozei, cât şi de interacţiunea dintre acestea şi factorii de biotop. Pe baza acestor relaţii, ecosistemul poate asigura desfăşurarea a trei funcţii esenţiale: funcţia energetică, funcţia de circulaţie a materiei şi funcţia de autoreglare. Prin urmare, se poate considera ecosistem doar prin combinaţia viaţă – mediu în care între formele de viaţă şi mediu au loc permanente schimburi de energie şi materie. Această circulaţie internă realizată prin intrări şi ieşiri continue de 1

description

circulatia materiei in ecosisteme

Transcript of Circulatia Materiei in Ecosisteme

ARGUMENTSensul cuvntului ecosistem deriv din componentele sale: oikos, din grecete cu nelesul de sat sau cas i systema, din latinete cu sensul de ansamblu de elemente.

Prin ecosistem nelegem unitatea elementar a biosferei format dintr-un biotop, ocupat de o biocenoz. Un ecosistem cuprinde ntreaga materie vie dintr-un spaiu finit, deci toate animalele, plantele, microorganisme (ciuperci, bacterii i virusuri), mpreun cu toat substana organic moart existent n acel teritoriu. Ecosistemul se caracterizeaz printr-o organizare specific, fiind alctuit din dou structuri funcionale: structura de biotop (mediul neviu sau componenta abiotic) i structura de biocenoz (mediul viu sau componenta biotic).

Funcionarea ecosistemului depinde de relaiile dintre speciile biocenozei, ct i de interaciunea dintre acestea i factorii de biotop. Pe baza acestor relaii, ecosistemul poate asigura desfurarea a trei funcii eseniale: funcia energetic, funcia de circulaie a materiei i funcia de autoreglare. Prin urmare, se poate considera ecosistem doar prin combinaia via mediu n care ntre formele de via i mediu au loc permanente schimburi de energie i materie. Aceast circulaie intern realizat prin intrri i ieiri continue de substan i energie, asigur o anumit stabilitate a sistemului. Intrrile sunt alctuite n principal din energia solar, precipitaii i substane organice i minerale. Ieirile sunt reprezentate n principal de: cldur, dioxid de carbon, oxigen i materiile pe care le antreneaz apa.

n acest sens se poate spune c: orice unitate care include toate organismele de pe un teritoriu dat, care interacioneaz cu mediul i care are o anumit structur trofic, o diversitate de specii i un circuit de energie i substane n teritoriul sistemului, reprezint un ecosistem.

I. CICLUL APEIApa este un element vital, indispensabil vieii pe Pmnt.Este o component anorganic esenial a materiei vii, reprezentnd la mamifere cca. 93% din greutatea sngelui i 80% din masa muscular. La om, apa constituie 6365% din greutatea corporal a adultului. La alte animale inferioare, aa cum sunt spongierii i meduzele, organismul este alctuit n procente de peste 96-98% din ap.

Din suprafaa total a planetei, hidrosfera reprezint cca. 71%, respectiv o cantitate de cca. 13000 15000 miliarde tone. Din aceast cantitate, cea mai mare parte, de 97,2% o reprezint apa srat a mrilor i oceanelor. Doar 2,8% din total reprezint apa dulce. Cea mai mare parte de apa dulce (78,5%), este stocat sub form solid n calotele glaciare. Restul de 21,40% este ap dulce continental. Din aceast cantitate, 21% o constituie apele subterane i din sol, 0,35% este apa din lacuri i mlatini, 0,04% este apa sub form de vapori n atmosfer i numai 0,01% este ap dulce curgtoare.

Apa din mri i oceane reprezint leagnul vieii, n care au aprut primele forme de via. Mediul acvatic conine resurse material - energetice pentru a ntreine populaiile de productori, de consumatori i descompuntori din ap, precum i pentru asigurarea hranei unor organisme terestre mai ales psri i mamifere. Oxigenul produs de fitoplanctonul din ap, alturi de cel eliminat de plantele terestre, asigur procesul de respiraie al tuturor organismelor vii.

Apele curgtoare antreneaz mari cantiti de substane dizolvate, materii aflate n suspensie i nenumrate microorganisme, realiznd o migraie a substanelor organice, de proporii uriae. Ca exemplu, numai n urma proceselor de denudaie sunt transportate anual, de pe uscat n oceane, o cantitate de cca. 2,7x 107 tone de material solid. Apele naturale provoac procese de dizolvare a rocilor i levigare a solurilor, prin splarea elementelor solubile care sunt transportate la mari distane i apoi depuse de apele curgtoare n zonele joase ale cursurilor n mari depozite sedimentare (aluviuni), bogate n numeroase elemente: Ca, Mg, Si, Fe, Mn, P, C, H, N, O i alte elemente combinate. Solurile formate pe aluviuni au fertilitate natural crescut, datorit prezenei n cantiti mari a acestor substane organice transportate de apele curgtoare.

n natur, apa se gsete sub form lichid n biotopurile acvatice i terestre, sub form de vapori n atmosfer, precum i sub form solid n ghea. ntr-un biotop terestru principalele surse de ap sunt: precipitaiile, care depind de poziia geografic, de relief, de vnturi i de covorul vegetal; apa nglobat n sol i apa scurs de la suprafa n spaiile mari din straturile geologice ale pmntului. Sub aciunea energiei solare i a temperaturii, apa trece dintr-o form n alta, efectund un circuit complex care se datoreaz micrilor din aer, din atmosfer i curenilor marini. n acest circuit se disting urmtoarele etape principale:

ascensiunea vaporilor de ap n atmosfer i deplasarea lor dintr-o zon n alta, prin aciunea curenilor atmosferici;

condensarea vaporilor de ap n nori;

precipitarea sub form de ploaie, grindin, zpad;

scurgerea apelor pe suprafeele terestre n pant, prin cursurile de ap, spre oceane;

infiltrarea n sol a unor pri din apa de suprafa, care se scurge prin cursuri subterane.

Micarea ciclic a apei n cadrul biosferei reprezint circulaia sau transferul apei din nveliurile scoarei terestre, n materia vie (mediul biotic) i apoi din nou n mediul abiotic (neviu). Astfel, ntr-o pdure de foioase apa din precipitaii alimenteaz pnza freatic din subsol sau se scurge n apele curgtoare, o alt parte se evapor, iar restul se absoarbe n sol. Din sol, apa ajunge n plante de unde cea mai mare parte este eliminat prin transpiraie, restul fiind utilizat la producerea de biomas.

Plantele absorb i redau atmosferei cca. 38% din volumul anual de precipitaii. Se estimeaz c 1 ha de pdure de foioase din zonele temperate elimin prin procesul de transpiraie cca. 3000 7000 t ap /an. La nivel planetar, din totalul precipitaiilor anuale (771mm) mai puin de jumtate (367 mm) trec n mare. Restul (404 mm, adic 52%) se rentorc n atmosfer prin evapotranspiraie (apa evaporat din sol i rezultat din transpiraia plantelor). Doar 1% din apa czut prin ploi este folosit n sinteza materiei vii. Omul consum pentru nevoile sale menajere i industriale 2,5% din precipitaiile totale.Consumul de ap dulce este n prezent un indicator sintetic al nivelului de trai, de dezvoltare i de civilizaie. n rile dezvoltate valoarea acestui consum este de 2000 - 2500m3/an/locuitor, n timp ce n rile subdezvoltate este de cca. 40 - 50m3/an/locuitor. Aciunea omului asupra componentelor biosferei poate avea influene grave asupra circuitului apei. Astfel, spre exemplu, prin poluarea apei i defriarea iraional, produse prin extinderea agriculturii, industriei i construciilor, omul a produs mari dezechilibre n natur. nlturarea complet a pdurilor de pe suprafee ntinse determin modificri ale circuitului apei prin: modificarea regimului de precipitaii, al micrii curenilor de aer, degradarea i eroziunea solurilor, inundaiile. Datorit eroziunii, solul nu poate primi cantitatea de ap necesar dezvoltrii covorului vegetal, iar rezervele de ap din sol descresc. Deversarea apelor poluate n cursurile de ap, face ca circuitul apei prin ecosistem s duneze biocenozelor i s pun chiar n pericol echilibrul ntregului ecosistem.

mri i oceane 100 000 km3 / 1300x106 km3

ntr-o pdure de foioase din zona temperat, cantitatea de precipitaii este de 8000 m3/ha/an, 15% din acestea sunt reinute pe suprafaa plantelor i restituite atmosferei prin evaporare. Din restul apei care ajunge pe solul pdurii, 5% se scurg n cursurile de ap, iar 15% se infiltreaz n subsol alimentnd pnza freatic i apele de profunzime. Solul reine 65% (5200 m3)din totalul precipitaiilor. Din aceast cantitate 3500 m3 sunt restituii atmosferei prin transpiraia plantelor, iar 800 m3 sunt recirculai prin evaporare de pe sol. Din apa absorbit de plante numai 1% (15-20 m3) intr n structura produciei primare de biomas. n lemn i coaja plantelor se stocheaz cca. 1600 m3. La nivel planetar cantitatea de precipitaii anuale este de cca. 100 000 km3. Sub aciunea radiaiei solare apa din mri i oceane se evapor ntr-o proporie de cca. 400 000 km3. Procesele de evapo-transpiraie de la nivelul ecosistemelor continentale redau circuitului 65 000 km3 de ap. Dac se face bilanul ntre cantitatea de ap evaporat i cea provenit din precipitaii, se constat c n cazul oceanelor i mrilor bilanul este negativ, iar pentru continente este pozitiv. Astfel, precipitaiile continentale formate pe seama proceselor de evaporare a mrilor i oceanelor reprezint 35 000 km3, volum din care se ntorc prin apele rurilor, fluviilor, iroire sau drenaj, numai 25 000 km3. Diferena de 10 000 km3 este apa ce se infiltreaz n sol, n pnzele de ap freatic de unde rentoarcerea spre mri i oceane este mai lent.Fig. 1 Ciclul global al apeiII. CIRCUITE BIOGEOCHIMICE.Biogeochimia este tiina care se ocup cu studiul fenomenelor de migraie a atomilor n pturile terestre (migraie geochimic) i prin organismele vii (migraiune biogeochimic). Din punct de vedere ecologic, se distinge mediul geochimic, adic mediul constituit din diferite combinaii minerale i atomi, n care iau fiin i i desfoar activitatea biocenozele. Transformarea mediului geochimic n mediu biogeochimic, odat cu apariia vieii, a nsemnat i contribuia / controlul migraiei atomilor de ctre sistemele vii. In acest sens se disting anumite funcii geochimice generale ale sistemelor vii:

acumularea atomilor - ce poate s fie dependent de mediu sau independent de mediu;

mprtierea atomilor - se poate produce o dat cu deplasarea organismelor pe baza piramidei inverse de biotop sau odat cu migraiile;

producerea de gaze are loc pe de o parte prin respiraie, la organismele vii, i, pe de alt parte, n procesele de mineralizare a substanei organice.

Migraia atomilor poate fi:

a) ciclic ce const n trecerea alternativ a atomilor din mediu n componentele vii i n cele nevii ale ecosistemului;

b) aciclic ce const n aceea c atomii acumulai n organismele vii, dup moartea acestora nu mai intr n circuitul biogeochimic, ci formeaz depozite pe fundul mrilor sau oceanelor etc.

n biogeochimie sunt trei principii fundamentale:

1. Principiul parcimoniei, formulat de Karl Ernst von Baer n anul l964: ,,acelai material chimic este utilizat de mai multe ori pentru construirea sistemelor vii,,.

2. Principiul I al lui V. I. Vernadski: ,,substana vie tinde spre creterea cantitii de atomi angrenai n migraia biogeochimic,,. Spre exemplu, atomii eliberai dup dezagregarea i alterarea rocilor, prin instalarea vegetaiei, intr n compoziia organismelor, astfel c ndeprtarea lor din biotop prin levigare sau alte procese este mpiedicat (ntrziat). Ca urmare se formeaz solul, cu acumulri de substane organice.

3. Principiul al II-lea a lui V. I. Vernadski: ,,evoluia substanei vii tinde spre creterea ariei cuprinse n migraii biogeochimice,,. De exemplu, insulele de origine vulcanic pe care, dup apariie se instaleaz organismele vii i ncep procesele de solificare.

Se deosebesc dou aspecte ale circuitului materiei:

circuite biogeochimice globale - care reprezint rezultanta activitilor ce se desfoar ntre toate ecosistemele de pe glob (fig. 2); circuite locale - care se produc n ecosisteme specifice. Fiecare circuit este caracteristic unei categorii de ecosisteme (ex.: terestru : forestier, agrar; acvatic: ap dulce, ap stttoare, ap curgtoare, ap srat etc.), dar care depinde i de variaiile sezoniere ale climei.

n cadrul circuitelor biogeochimice globale se pot distinge dou categorii:

circuite gazoase, n care rezervorul principal al elementelor este atmosfera (C, N, O);

circuite sedimentare, n care rezervorul principal al elementelor l reprezint litosfera (fosfor, sulf).

Fig. 2 Circuitul biogeochimic globalIII. CIRCUITUL CARBONULUICiclul parcurs n natur de carbon (C) este reprezentat de schimbul efectuat ntre dioxidul de carbon (CO2) i organismele vii de pe Terra, de la nivelul: litosferei, hidrosferei i atmosferei.

Carbonul este prezent n natur sub dou forme: mineral, reprezentat de carbonaii din structura rocilor calcaroase i sub forma gazoas a dioxidului de carbon (CO2) sau anhidrida carbonic din atmosfer, unica form de circulaie a carbonului anorganic n biosfer. n aerul atmosferic, concentraia medie de dioxid de carbon este de 0,03% respectiv cca. 340 ppm.

Circulaia dioxidului de carbon condiioneaz n biosfer dou procese biologice fundamentale: fotosinteza i respiraia. n procesul de fotosintez plantele verzi (i unele microorganisme fotosintetizatoare) care posed pigmeni de clorofil fixai pe cloroplaste, folosesc dioxidul de carbon pentru sinteza compuilor organici (glucide, protide i lipide).

Procesul de sintez are loc sub aciunea radiaiilor solare, a CO2 din aer i a apei cu sruri minerale, pe care plantele le iau din sol i ap. Din fotosintez rezult oxigenul din care o parte este utilizat de plante n procesul de respiraie, iar o alt parte este eliberat n atmosfer, fiind folosit n respiraia animalelor. n condiii naturale normale cele dou procese (fotosinteza i respiraia) se echilibreaz reciproc, dei fixarea de CO2 prin fotosinteza plantelor depete cedarea de CO2 prin respiraia animalelor. Echilibrarea se produce prin dioxidul de carbon degajat n urma procesului de degradare a materiei organice moarte, precum i a resturilor de biomas vegetal sau animal, rmase neconsumate din ap sau sol, precum i cel rezultat din arderile de combustibili.

Schimburile de CO2 care se nregistreaz ntre hidrosfer, atmosfer i litosfer se pot schematiza astfel:

CO2 din atmosfer ( CO2 dizolvat n ap ( CO2+H2O ( H2CO3 (acidul carbonic) ( calciu din ap ( bicarbonai Ca(H2CO3)2Acidul carbonic se leag uor de calciul prezent n ap, formnd bicarbonai care sedimenteaz n depozite calcaroase. Reacia este de tip reversibil i reprezint un mijloc important de meninere a valorilor de pH, prin tamponarea variaiilor de pH din ap.

Respiraia, fermentaiile i combustiile, asigur rentoarcerea CO2 n atmosfer. Se estimeaz c rezervele de carbon din atmosfer (sub form de CO2) reprezint 700 x 109 t, iar cele ale hidrosferei 50.000 x 109 t. Fitobiomasa realizat anual prin sinteza de substane organice este cuprins ntre valorile de 30 150 x 109 t. Coninutul aerului n CO2 nu se diminueaz. El se menine relativ constant deoarece respiraia, fermentaiile i combustiile restituie fr ncetare dioxidul de carbon.

Variaiile de concentraie a CO2 din atmosfer sunt autoreglabile. Dac apare tendina de cretere a concentraiei de CO2 din atmosfer, intervine o reglare de tip feed-back negativ, prin care creterea concentraiei este diminuat pe dou ci: mrirea intensitii de consum a CO2 n procesul de fotosintez i sporirea proceselor de dizolvare n ap cu formare de bicarbonai.

n ultimii ani cantitatea de CO2 provenit din arderile de combustibili a crescut ngrijortor. n fiecare an intr n atmosfer cca. 1 miliard t carbon, iar concentraia de CO2 a crescut cu 10%.

La nivel planetar, dioxidul de carbon contribuie la declanare a efectului de ser. Fenomenul este un proces fizic caracterizat prin faptul c n aerul atmosferic, CO2 acioneaz ca un adevrat ecran de protecie. Noaptea, suprafaa terestr se rcete i cedeaz o mare parte din energia solar recepionat n timpul zilei. Dioxidul de carbon din aer oprete o mare parte din radiaiile infraroii emise pe durata nopii de scoara terestr, asigurnd astfel meninerea la suprafaa planetei noastre a unei temperaturi medii anuale de 15o C, cu o reducere considerabil a variaiilor termice dintre zi i noapte. n caz contrar, temperatura medie la suprafaa scoarei ar fi de 18oC.

Creterile permanente a emisiilor de CO2, din ultimii ani, datorate n principal intensificrii industriei i a transporturilor, determin accentuarea efectului de ser care poate avea consecine catastrofale pentru Terra. Astfel, creterea treptat a temperaturii medii anuale va determina: aridizarea treptat a climei, accentuarea procesului de deertificare, topirea calotei glaciare i inundarea multor zone de coast.

Fig. 3 Circuitul global al carbonuluiIV. CIRCUITUL OXIGENULUIOxigenul este indispensabil pentru existena majoritii organismelor, ns el nu este un factor limitant deoarece proporia n atmosfer rmne constant. Atmosfera conine aproximativ 1,2 x 1015 t O2. n urma fotosintezei se formeaz anual 2,3 x 1011 t substan organic uscat i 2,5 x 1011 t O2.

Aproape toat aceast cantitate de oxigen este folosit n procesele de respiraie i fermentaie a substanelor organice de ctre organismele heterotrofe. Cantitatea de oxigen nefolosit de organismele heterotrofe se apreciaz dup masa substanei organice care se depune n roci i iese din circuitul global al compuilor organici. Cantiti mari de oxigen din aer sunt consumate i prin arderea combustibililor industriali. n aceste reacii oxigenul este transformat n CO2 i n ap. Procesul natural prin care bioxidul de carbon se transform din nou n oxigen este asimilaia n plantele verzi. Aadar, circuitul oxigenului se desfoar n strns legtur cu circuitul carbonului.

n mediul acvatic, cantitatea de oxigen este mult mai mic, ea fiind determinat de coeficientul de solubilitate al oxigenului n ap i poate varia n funcie de anumii factori abiotici (temperatura apei, salinitate etc.) i de activitatea organismelor.

Circuitul oxigenului este complicat ntruct acesta particip la multe combinaii chimice i se prezint sub diverse forme. Ca urmare, vor existenta mai multe cicluri ntre litosfer i atmosfer, precum i ntre litosfer i alte medii (fig. 4).

Fig. 4 Circuitul oxigenului n biosferV. CIRCUITUL AZOTULUIRolul biologic al azotului este esenial deoarece intr n structura aminoacizilor i deci a substanelor proteice, n structura acizilor nucleici, a alcaloizilor, a ureei i a altor substane.

Rezervorul principal l reprezint atmosfera (80%), humusul, substanele organice cu azot din organismele vii i sedimente de natur organic sau mineral.

Circuitul azotului este relativ simplu, el realizndu-se prin procese de fixare a azotului molecular, nitritificare i denitrificare (fig. 5).

Fig. 5 Circuitul azotului

Fixarea biologic a azotului este realizat de microorganismele libere, pe cale aerob sau anaerob i de microorganismele simbionte ale unor plante superioare (genul Rhizobium care formeaz simbioze cu plantele leguminoase, cele din genul Frankia (actinomicet) care realizeaz simbioze cu diverse specii de arbuti, sau genurile Anabaena sau Azolla, importante n culturile de orez.).

In condiii aerobe, procesul este realizat de bacterii din genurile Azotobacter i Azospirillum, n timp ce n condiii anaerobe, cele mai importante bacterii libere care fixeaz azotul aparin genului Clostridium. Fixarea azotului realizat de cianobacterii - din genurile Anabaena i Oscillatoria - poate determina mbogirea n azot a apelor dulci sau a celor marine.

Procesul de fixare a azotului implic o serie de etape de reducere care necesit un important consum de energie. Amoniacul, produsul rezultat prin reducere este rapid ncorporat n diferii compui organici. Procesele reductoare sunt foarte sensibile la oxigen, astfel c se realizeaz doar n condiii anaerobe, chiar i n cazul microorganismelor aerobe. Protecia enzimelor implicate n procesul de fixare a azotului (de ex. nitrogenaza, hidrogenaza) se realizeaz prin diferite mijloace.

Nitrificarea reprezint procesul aerob prin care ionul de amoniu (NH4+) este oxidat mai nti la nitrit (NO2-), iar ulterior la nitrat (NO3-). In prima etap sunt implicate bacteriile din genurile Nitrosomonas i Nitrosococcus, iar n a doua etap, bacteriile din genul Nitrobacter sau alte bacterii chemolitoautotrofe. Bacteriile din acest grup prefer medii alcaline (pH-ul = 8,3 - 8,9) dar suport i medii slab acide. Indiferent de tolerana fa de pH, absolut indispensabil pentru nitrificare este calciul, dar i fierul, fosforul i magneziu. Alte elemente precum molibdenul, borul, vanadiul, wolframul i litiul n cantiti mici stimuleaz i ele nitrificarea. Nitrificarea heterotrof realizat de bacterii i fungi contribuie semnificativ la realizarea procesului n medii acide. Att excesul de umiditate ct i uscciunea solului poate mpiedica nitrificarea. O parte din nitritul format n sol este utilizat pentru acoperirea nevoilor metabolice ale microflorei i ale plantelor superioare, iar o alt parte se pierde prin levigare.

Denitrificarea necesit o serie de condiii de mediu diferite fa de nitrificare. Procesele de dezasimilaie n care nitratul este oxidat n condiii anaerobe sunt realizate de bacterii heterotrofe de tipul Pseudomonas denitrificans i Pseudomonas stutzeri. Principalii produi ai procesului de denitrificare sunt: azotul gazos, oxidul de azot (N2O) i nitriii, acetia din urm fiind periculoi n mediu deoarece pot contribui la formarea unor compui cancerigeni (nitrozaminele). In final, nitraii pot fi transformai n amoniac prin reducerea realizat de diferite bacterii, cum ar fi Geobacter metallireducens, Desulfovibrio sp. i Clostridium sp. Asimilarea azotului se realizeaz atunci cnd azotul anorganic este utilizat ca element nutritiv i este incorporat n noua biomas. Ionul amoniu, aflat n form redus, poate fi incorporat direct, fr consum energetic. In schimb, n cazul asimilrii nitrailor este necesar reducerea lor, proces ce necesit energie. Procesul de denitrificare este favorizat n condiii de anaerobioz de prezena substanelor organice, n special a celor solubile i uor oxidabile, de prezena secreiilor radiculare din rizosfer i de umiditatea ridicat. La pH = 5,5 denitrificarea este inhibat, la pH = 6,0 - 6,5 procesul se oprete n cea mai mare parte la N2O (care se acumuleaz n cantitate mare), iar la pH mai ridicat nitraii sunt redui pn la N2. Denitrificarea se face lent la temperaturile extreme: 2C i 60C i are o intensitate maxim la 25 - 30C. Reducerea nitrailor pn la N2 gazos este un proces negativ pentru meninerea fertilitii solului, deoarece pierderile de azot pot ajunge la 120 kg N2/ha/an. O reducere incomplet a nitrailor pn la stadiile intermediare de nitrii este mai puin duntoare, deoarece amoniacul poate fi folosit de unele microorganisme heterotrofe, n timp ce nitriii sunt preluai de nitrobacterii i reoxidai n nitrai.Rata de mineralizare a azotului n unele ecosisteme este prezentat n fig. 6.

Fig. 6 Rata net de mineralizare a azotului n diferite ecosisteme

Deoarece azotul se gsete n cantiti mici n sol, fermierii n mod frecvent suplimenteaz necesarul de azot pentru a obine o cretere maxim a plantelor.VI. CIRCUITUL SULFULUICompuii sulfului sunt foarte rspndii n natur. Sulful n stare liber se ntlnete n straturile superioare ale scoarei terestre i la suprafaa ei i are o mare importan industrial. De asemenea, sulful se mai ntlnete i sub form de zcminte minerale de sulfai i sulfii sau sub form de impuriti n crbune i petrol.

Se cunosc mai mult de 200 minerale ce conin sulf. Dintre sulfuri cele mai rspndite sunt: calcozina (Cu2S), pirita (FeS2), calcopirita (CuFeS2), stanina (CuFeSnS4), etc.; dintre sulfai: anhidrita (CaSO4), gipsul (CaSO4 x 2H2O) i glauberita (Na2SO4 xCaSO4). Sulful n stare liber se ntlnete sub form de zcminte care servesc drept surs de obinere a acestui element.

Sulful este rspndit n sistemele biologice, el intrnd n componena aminoacizilor: metionina i cisteina. Rolul biologic al sulfului este legat de facilitarea transformrilor oxidoreductoare: 2RSH RSSR + {2H} Aceste transformri joac rolul principal n formarea structurilor cuaternare ale proteinelor i n restructurarea lor conformaional. De asemenea, joac un rol cheie n lanul transportor de electroni.

Compuii sulfului sunt sintetizai de unele bacterii anaerobe care folosesc sulful anorganic drept surs de echivaleni oxidani pentru oxidarea compuilor organici ce particip ca donori de hidrogen ({2H}): H2SO4 + 4{2H} H2S + 4H2O. Oxidarea bacterian a sulfurilor minerale, aa cum este pirita (proces n care sunt implicate bacteriile din specia Thiobacillus ferrooxidans), reprezint principalul factor n formarea deversrilor miniere acide. Astfel, pirita este degradat pn la acid sulfuric i ion feros, astfel c valoarea pH scade la valoarea 2,0. Acidul format atac i elibereaz alte minerale din rocile asociate crbunilor i piritei (aa cum este aluminiul), astfel c ele se acumuleaz n apele de deversare n concentraii toxice pentru organismele acvatice.

n aerul atmosferic sulful se gsete ndeosebi sub forma a trei compui: oxid de sulf i sulfur de hidrogen (produi gazoi) i aerosoli de sulfai. Sursa principal de sulf din atmosfer este hidrogenul sulfurat. n atmosfer, H2S se oxideaz repede pn la SO2. Viaa medie a H2S n atmosfer este de 48 ore. O alt surs de sulf atmosferic este cea rezultat n urma arderii combustibilului (12,5% din coninutul total de sulf). Exist trei procese biogeochimice naturale care elibereaz sulf n atmosfer: descompunerea enzimatic a compuilor cu sulf din fitoplancton (se formeaz dimetil sulfur - DMS), respiraia anaerob a bacteriilor sulfat reductoare i activitatea vulcanic.

Dioxidul de sulf (SO2) este oxidat pn la trioxid de sulf, apoi se combin cu apa i prin splare ajunge la suprafaa pmntului ca acid sulfuric sau sulfai. Apoi bacteriile, convertesc sulfaii (CaSO4) n hidrogen sulfurat (H2S) care apoi este oxidat n dioxid de sulf (SO2). Acest ciclu menine concentraia atmosferic a dioxidului de sulf (SO2) la un nivel aproximativ constant (fig. 7).

Fig. 7 Ciclul sulfului (DMS = dimetil sulfur)Din punct de vedere ecologic circuitul sulfului are un rol important n formarea ploilor acide.

VII. CIRCUITUL FOSFORULUICiclul fosforului (P) e un ciclu biogeochimic sedimentar legat de circuitul hidrologic, deoarece fosforul nu formeaz componeni gazoi i este prezent n mod natural n ap i sol. Rezervorul principal al fosforului l reprezint rocile sedimentare i eruptiile vulcanice (apatit si magm) de pe uscat, care cedeaz apelor de precipitaii i celor de suprafa fosfaii din structura lor. Prin splarea rocilor de ctre apele de scurgere, o cantitate mare din fosfai este antrenat n mri i oceane unde se depune n sedimente de adncime.

Fig. 8 Circuitul fosforului

Rentoarcerea fosforului n circuit are loc parial, prin procesul de orogenez (proces tectonic de formare a lanurilor muntoase). Sub aciune acestui proces i a curenilor de ap o parte din sedimentele de adncime sunt aduse la suprafaa mrilor i oceanelor de unde ajung pe platforma continental. Cea mai mare cantitate de fosfor rmne la mare adncime si nu se mai ntoarce n circuit, fiind practic pierdut pentru biosfer. Fosforul anorganic din apele marine este folosit de plante n sinteza compuilor organici. Prin intermediul lanurilor tropice: fitoplancton zooplancton peti psri ihtiofage, P ajunge in alimentaia diferitelor organisme vii inclusiv a omului. Prin moartea organismelor planctonice i prin descompunerea lor de ctre microorganisme, cantiti apreciabile de fosfai sunt asimilai de plante. In acest fel Fosforul se rentoarce n circuitul biologic.

n sol, pe lng fosforul anorganic dizolvat din rocile fosfatice i depozitele de guano (gunoiul pasrilor ihtiofage) exist i cantiti nsemnate de fosfor organic provenit din descompunerea cadavrelor de plante i animale. Sub aciunea unor microorganisme specifice, substana organic moart este supus procesului de mineralizare n urma cruia fosforul este eliberat n forma sa solubil. Din sol compuii fosforului sunt preluai de plante, de unde o parte din fosfor este preluat de animale, iar prin excrementele acestora sau din cadavrele lor, fosforul ajunge din nou in sol. n acest fel fosforul este repus, cu pierderi, intr-un nou circuit biologic.

Pierderea de fosfor poate fi compensat parial prin excrementele psrilor ihtiofage sau prin intermediul omului (administrare de ngrminte pe baz de fosfai). Ca urmare a administrrii neraionale de ctre om a ngrmintelor, n apele rurilor, mlatinilor, sau chiar n zonele de coast a mrilor pot aprea cantiti excesive de fosfor care determin dezvoltarea exploziv a algelor, fenomen cunoscut sub denumirea de nflorirea apelor. O consecin a acestui fenomen este poluarea apelor prin procesul de eutrofizare, proces natural, de acumulare a unor cantiti crescute de substane organice pe fundul apei (ml organic brun-murdar) cauzat de descompunerea organismelor moarte, de lipsa de oxigen. Eutrofizarea puternic a apelor favorizeaz dezvoltarea n mas n apa a unor microorganisme (bacterii filamentoase, ciuperci, ciliate, etc.), care pot acoperi n ntregime suprafaa apei, ducnd la distrugerea echilibrului biologic din ecosistemul respectiv. Srurile ce apar in exces duc la creterea duritii apei fcnd-o inutilizabil pentru unele procese industriale sau pentru consumul uman.

BIBLIOGRAFIE I Coste, Ecologie i protecia mediului, Ed. I. Ionescu de la Brad, Iai, 2002.

Daniela Popa, Solul viticol tezaur pentru o dezvoltare durabil, Ed. Universitaria, Craiova,2005

Gh. tefanic i colab, Biologia solurilor agricole, Ed. Elisavaros, 2006 Petrua Cornea, P. Niculi, Bazele microbiologice ale biotehnologiilor, Ed. Printech, 2005 Berca M., 1998 - Strategii pentru protecia mediului i gestiunea resurselor, Ed. Grand, Bucureti.

Botnariuc N., Vdineanu A., 1982 - Ecologie, Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti.

Marton A., 1994 - Ecologie aplicat, protecia mediului nconjurtor, Ed. Societii pentru Protecia Omului i a Mediului nconjurtor, Timioara.

Tufescu V., Tufescu M., 1981- Ecologia i activitatea uman, ED. Albatros, Bucureti.

Stugren B., Killyen H., 1975- Ecologie - probleme generale i de tehnologie didactic, Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti.

INTERNET

18