Теоретические основы круговорота калия в экосистеме моря - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Теоретические основы круговорота калия в экосистеме моря

Алыкулова М.Э. 1
1Курганский госуд университет
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

АКТУАЛЬНОСТЬ. Морские экосистемы покрывают основную часть поверхности Земного шара, будучи в высшей степени разнообразными и протяженными. Прежде всего следует отметить, что морские экосистемы мы знаем гораздо хуже, чем наземные, причем не только располагаем меньшим количеством данных, но и намного слабее понимаем основные протекающие в них процессы.

Но невозможно охранять природу и использовать её ресурсы, не зная, как она устроена, по каким законам существует и развивается, как реагирует на воздействие человека, какие предельно допустимые нагрузки на природные системы может позволить себе общество, чтобы не разрушить их, ведь в результате снятия технических ограничений в использовании природных ресурсов возникло противоречие между внутренне безграничными возможностями развития производства и естественно ограниченными возможностями природной среды. И так, следует лучше изучить особенности среды обитания в морских экосистемах, что позволит глубже понять процессы, происходящие в морских глубинах, и более рационально использовать доступные морские ресурсы.

Так же в курсовой работе будет рассматриваться в каких компонентах морской среды присутствует калий. Калий был впервые обнаружен в 1807 году известным британским химиком Гемфри Дэви при создании нового типа батареи. И лишь в 1957 году был сделан важный шаг в понимании роли калия в клетках животного происхождения. Калий является мягким щелочным металлом. в свободном состоянии калий в природе не встречается, он входит в состав всех клеток. Так же рассмотрим основные круговороты калия в биосфере.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ – морская экосистема.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ - изучение состава морской экосистемы и содержание калия в нем.

ЦЕЛЬЮданного исследования является изучение теоретических основ круговорота калия в морской экосистеме.

Исходя из поставленной цели в работе решаются следующие ЗАДАЧИ:

Теоретически обосновать морскую экосистему.

Выявить факторы морской экосистемы.

Изучить большой и малый(биологический) круговороты калия.

Подобрать методику исследования

Сделать выводы по проведенной работе

Для исследования были использованы такие методы как изучение и анализ литературы, изучение и анализ документации, архивных источников, а также описание и обобщение теоретических данных.

Теоретическая значимость проведенного исследования заключается в том, что полученные результаты могут быть применимы в определенной области знаний, доказательство возможности использования теоретических выводов при оптимизации практической части, а также приобретение умений и навыков по применению полученных знаний на практике.

Практическая значимость исследования: результаты данной работы можно использовать для оценки и прогнозирования состояния морских экосистем.

Структура работы. Работа состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы.

Глава 1 Теоретические основы особенностей сообщества

Характеристика морской экосистемы

Морская экосистема — это сообщество всех морских организмов, от самых мелких до самых крупных; это сложная и хрупкая система их взаимодействий; это система внешних условий, обусловливающая их жизнь в общем доме - Океане.

Сохранение биоразнообразия морских и прибрежных экосистем и правильная организация использования морских биоресурсов невозможны без системного рассмотрения их как целостных систем и понимания явлений и процессов, происходящих в них. Морские экосистемы представляют собой сложные многоуровневые образования, они охватывают всю многокилометровую толщу воды (пелагиаль) и морское дно (бенталь). В пределах этих экосистем, благодаря пищевым цепям, пассивным и активным миграциям организмов на многие сотни и тысячи километров, осуществляются колоссальные потоки вещества и энергии - от планктона и бентоса через рыб к птицам и морским млекопитающим. Наиболее активная жизнедеятельность биоты приурочивается к зонам апвеллинга, кромке морского льда и полыньям, эстуариям крупных рек, районам подводных гидротерм и вершинам рельефа морского дна [5].

Морская среда занимает более 70% поверхности земного шара. В отличие от суши и пресных вод — она непрерывна. Глубина океана огромна. Жизнь в океане — во всех его уголках, но наиболее она богата вблизи материков и островов.

Морские экосистемы представляют собой сложные многоуровневые образования, они охватывают всю многокилометровую толщу воды (пелагиаль) и морское дно (бенталь). В пределах этих экосистем, благодаря пищевым цепям, пассивным и активным миграциям организмов на многие сотни и тысячи километров, осуществляются колоссальные потоки вещества и энергии - от планктона и бентоса через рыб к птицам и морским млекопитающим. Наиболее активная жизнедеятельность биоты приурочивается к зонам апвеллинга, кромке морского льда и полыньям, эстуариям крупных рек, районам подводных гидротерм и вершинам рельефа морского дна [7].

Хотя океанические воды не разделены границами, их обитатели при своем распространении сталкиваются с непреодолимыми барьерами, выявление которых относится к важнейшим проблемам морской биологии.

Если двигаться от пляжа в глубины океана, можно заметить, как меняются физические условия среды и одновременно сменяют друг друга виды животных и растений.

Типы организмов морской экосистемы:

Продуценты, производящие органическую массу (фитопланктон -мелкие и микроскопические морские растительные организмы (многочисленные виды одноклеточных водорослей), обитающие в толще морской воды и необладающие активными средствами передвижения).

В водных экосистемах продуцентами являются водоросли, в мелководных водоемах — прибрежные растения.

Консументы, перерабатывающие живую органическую массу:

зоопланктон (мельчайшие животные организмы - мелкие рачки, черви, медузы, икра и личинки рыб, кишечнополостные, иглокожие и моллюски),

бентос (растения и животные, обитающие на дне и других твердых основаниях - водоросли, кораллы, иглокожие, морские губки, черви и т.д.).

нектон (активно перемещающиеся в толще воды организмы - рыбы, кальмары, осьминоги, змеи, черепахи, тюлени, дельфины, киты);

Редуценты, обеспечивающие разложение отмершей органической массы до минеральных веществ (бактерии, грибы и другие микроорганизмы)

Биоресурсы моря могут быть мигрирующими, бассейновыми и эндемическими (принадлежащими строго определенному месту.

Морские экосистемы можно сгруппировать в следующие классы:

открытые океанические, включая поверхностные и глубинные пелагические;

глубинные океанические и бентосные экосистемы континентального шельфа;

прибрежные морские;

литоральные, в том числе коралловые рифы;

илистые прибрежные отмели и песчаные;

экосистемы эстуариев.

Океанической называется область открытого океана за пределами шельфа, то есть удаленная от берегов суши глубоководная часть пелагиали, в наименьшей степени испытывающая воздействие материков. Океаническая область обладает относительно малой биологической продуктивностью [5].

Прибрежная зона благоприятна по условиям питания, даже в дождевых тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь. Очень богат кормом планктон за счет личинок бентосной фауны. Личинки, которые остаются несъеденными, оседают на субстрат и образуют либо эпифауну (прикрепленную) либо инфауну (закапывающуюся).

Коралловые рифы образуют одну из важнейших экосистем Мирового океана. Их главной особенностью является необычайно высокая продуктивность. В свою очередь, высокая первичная продукция, которая обеспечивается в значительной мере трехмерной пространственной структурой рифов, служит энергетической основой существования чрезвычайно плотных сообществ гетеротрофов (зообентоса, зоопланктона и рыб). Рыбные ресурсы рифов составляют около 9% общих мировых запасов. Рифы являются также местом нереста и созревания молоди многих пелагических рыб.

Основу экосистемы рифа формируют организмы, интенсивно откладывающие известь: коралловые полипы, фораминиферы, известковые водоросли. С их участием осаждается более половины всего известкового материала, оседающего на дно из вод океана. Рифовые постройки – важный элемент геологических структур и топографии дна океана. Древние рифогенные известняки формируют одну из главных фаций осадочных пород и служат основными коллекторами нефти [9].

Наиболее важными представителями животного мира коралловых рифов, бесспорно, являются сами кораллы. Без них рифов попросту не было бы. Другим чрезвычайно важным компонентом сообщества коралловых рифов является планктон, так как в составе рифовой бентосной фауны преобладают животные – фильтраторы, питающиеся исключительно им. Видовой состав рифового планктона и размеры его представителей весьма разнообразна. Широко представлен одноклеточными водорослями фитопланктон коралловых рифов. В зоопланктон, помимо личинок рыб, входят различные ракообразные, щетинкочелюстные, полихеты, личинки моллюсков, иглокожих и кишечнополостных, а также другие мелкие животные.

Растительный мир коралловых рифов состоит, помимо фитопланктона, из микрофитобентоса, перифитонных обрастаний, различных крупных водорослей, в том числе имеющих хорошо развитые талломы, а также высших растений – морских трав. Зообентос, наряду с кораллами, широко представлен следующими основными компонентами: простейшими, кишечнополостными, червями, моллюсками, губками, мшанками, ракообразными, иглокожими, оболочниками, то есть представителями практически всех крупных типов животного мира.

Следует отметить, что морские экосистемы характеризуются горизонтальной зональностью и вертикальной стратификацией. Горизонтальная зональность отмечается для дна и воды. Вертикальная стратификация представлена световой стратификацией, обусловленной глубиной проникновения солнечного излучения, и включает две зоны: эвфотическая зона, или зона первичного продуцирования, и афотическая зона, куда свет не проникает [7].

Эвфотическая зона — это верхний слой океана, куда проникает достаточное для роста фитопланктона количество света, чтобы происходил фотосинтез. В ее пределах фотосинтез ограничен прежде всего наличием питательных веществ. При благоприятных условиях количество фитопланктона может увеличиться в сутки на 300%. В море граница эвфотической зоны обычно находится на глубине 60 м, изредка опускаясь до глубины 120 м, а в прозрачных водах океана — приблизительно до 140 м.

Океанические области, эвфотическая зона открытого океана, бедны биогенными элементами. Эти воды можно считать «пустынями» по сравнению с прибрежными. Арктические и антарктические зоны намного продуктивнее, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным, и фауна рыб, и китообразных здесь значительно богаче.

Афотическая зона представляет собой огромные пространства в глубинах океанов, где интенсивность солнечного света слишком мала, чтобы обеспечить фотосинтез. Верхнюю границу афотической зоны помещают на т. н. компенсационной глубине, на которой образование кислорода при фотосинтезе равно его потреблению растениями: фитопланктон еще может существовать, но прироста его массы не происходит [15].

Как видно, главным фактором, который дифференцирует морскую биоту, является глубина моря и удаленность от берега. У побережья континентов простирается зона постепенного понижения дна — континентальная отмель. Затем в зоне материкового склона глубина довольно резко возрастает (тулья). Ниже этого уровня лежит зона ложа океана, абиссальная зона, в которой находятся впадины, достигающие 11 км в глубину (например, впадина в Тихом океане у берегов Японии и Филиппинских островов). В абиссальной зоне встречаются также горные хребты. Отдельные их вершины иногда поднимаются выше уровня океана, образуя океанские острова.

Часть океана, покрывающая континентальную отмель, носит название литорали. Глубина здесь обычно не превышает 200 м. В зависимости от количества и свойств взвешенных в толще воды частиц солнечный свет может проникать на глубину от 80 до 200 м., следовательно, в большей части литоральной зоны могут существовать фотосинтезирующие растения. Литораль дает человеку очень много продуктов питания [5]. Часть литорали составляет приливная зона. Обитающие здесь организмы то высыхают под действием солнечных лучей во время отлива, то покрываются водой во время прилива. Многие животные, например, морские черви и моллюски, во время отлива закапываются в песок и выползают только в прилив. Растения в этой зоне, как правило, прикрепляются к камням.

За континентальной отмелью в открытом океане простирается пелагическая зона; к этой лоне относятся верхние слои воды до глубины, на которую проникают солнечные лучи. Все формы живого здесь либо активно плавают, либо взвешены в воде, ибо им не к чему прикрепиться. Самые крупные нектонные животные — это киты, акулы и дельфины; кроме того, здесь обитают большие стаи различных костистых рыб, питающихся обильным планктоном [9].

Морские экосистемы имеют ряд особенностей среды обитания.                        

Морские экосистемы имеют очень большие глубины,но при этом абиогенных зон нет, на самом глубоком дне существует жизнь;                                             

 В морях и океанах происходит постоянная циркуляция воды. Разница температур на полюсах и экваторе порождает мощные ветры, которые дуют на протяжении года в одном направлении. В результате одновременного действия этих ветров и вращения Земли вокруг своей оси образуются экваториальные течения на восток и запад, и прибрежные течения на север и на юг. Есть теплые течения – Гольфстрим, Североатлантическое и другие холодные – Калифорнийское и др. Кроме поверхностных течений, есть и глубинные течения. В результате этого перемешивание воды в море настолько эффективное, что недостаток кислорода наблюдается редко и он не является лимитирующим фактором.

Вода в морских экосистемах имеет очень высокую соленость (до 35%), поэтому организмы имеют различные приспособления для борьбы с потерей воды. Средняя соленость океана 35 г/л. Около 25% в ней приходится на долю хлористого натрия, остальные соли — кальция, магния и калия (сульфаты, карбонаты, бромиды и др.), десятки других элементов составляют менее 1 %.

Для морских водоемов характерна устойчивая щелочная среда, но соотношение солей и сама соленость изменяются. В воде солоноватых заливов устьев рек прибрежной зоны, в целом снижаясь, величина солености значительно колеблется по сезонам года. Поэтому организмы в прибрежной зоне - эвригалинны, в то время как в открытом океане - стеногалинны.

В морских экосистемах постоянно наблюдаются приливы и отливы, вызываемые притяжением Луны и Солнца. Высота прилива может достигать 3-12м. Приливы повторяются через каждые 12,5 часа. Если притяжение Луны и Солнца суммируется,то наблюдается максимальный, или сизигиальный, прилив. Если эти силы направлены в разные стороны,то  имеет место минимальный или квадратурный прилив. Они повторяются через каждые две недели [7].

Факторы, влияющие на морскую экосистему

Морская экосистема представляет собой видовую совокупность, существующую в границах водного объекта, и взаимодействующая между собой.

1.2.1 Температура

Морские обитатели гораздо чувствительнее к изменению температуры, чем наземные, поскольку диапазон колебания температур в водной среде намного уже, чем на суше. Следовательно, относительно резкие изменения температуры воды влекут за собой физиологические изменения в организмах морских гидробионтов, нарушение функционирования и пр. Стабильность температуры в море обеспечивается высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью водных масс. Море медленно прогревается и медленно остывает. Распределение температур в Мировом океане, в общем, следует широтной зональности, однако морские течения, переносящие громадные массы вод из одних мест в другие, значительно изменяют закономерности распределения температур в некоторых районах [12].

Цветовыми градациями показана температура морской поверхности в градусах. Рисунок1. Температура поверхности морей

1.2.2. Соленость

Соленость  это содержание солей в воде, выраженное в весовых частях на 1000 частей воды (в промилях), либо в граммах на литр, или процентах. Средняя соленость океана 35 г/л. Около 25% в ней приходится на долю хлористого натрия, остальные соли  кальция, магния и калия (сульфаты, карбонаты, бромиды и др.), десятки других элементов составляют менее 1%.

Соленость водной толщи с глубиной увеличивается. Однако в разные сезоны года стратификация вод по солености может увеличиваться и уменьшаться. В летний период, например, образуется более опресненный поверхностный слой, особенно выраженный в прибрежной части, что может быть связано с таянием ледников (Берингово море) или обильными атмосферными осадками (Японское море). У внутренних морей стратификация зависит, главным образом, от влияния речного стока. Так, речная вода, впадающая в Черное море (Дунай, Днестр, Днепр) растекается по поверхности пелагиали. Ослабленный же водообмен с другими водоемами у внутренних морей в свою очередь еще более усиливает стратификацию водной массы [12].

Классификация природных водоемов по солености

Тип водоема

Соленость ,%о

Пресноводный

Менее 0,5

Миксогалионный (солоноватый)

0,5-30

Эугалионный (морской)

30,1 – 40,1

Гипергалионный (засоленный)

Более 40,0

Соленость воды оказывает существенное влияние на видовое богатство водорослей. Многие виды бурых и красных водорослей очень чувствительны к изменениям солености и не могут расти даже при незначительном опреснении. Так, в Средиземном море, где соленость может достигать 37-39%о обнаружено более 300 видов красных водорослей, в Черном (17-18 %о) -129, в Каспийском (10%) - только 22 вида багрянок. Вместе с тем зеленые водоросли - это преимущественно пресноводные организмы, лишь 10% из них встречаются в морях, и многие морские виды являются толерантными к данному фактору.

Рисунок 2. Соленость воды в некоторых морях.

1.2.3. Биогенные вещества

К биогенным элементам («биогенам») относят химические элементы, входящие в состав биологических веществ: аминокислот, белков, углеводов и других, являющихся «кирпичиками» для построения клеток, тканей и органов. Биогены активно поглощаются живыми организмами из водной среды и возвращаются в нее при их отмирании и с их метаболитами. К основным биогенным элементам (макроэлементам) относят углерод, фосфор, азот, кальций, кремний, водород, кислород, серу, калий и натрий.

Концентрация растворенных в морской воде биогенных элементов довольно низкая и представляет собой лимитирующий фактор, определяющий размеры популяций. Если концентрации хлорида натрия и других солей измеряются в частях на тысячу, то нитраты, фосфаты и другие биогенные вещества и элементы так рассеяны, что их концентрации измеряются в частях на миллиард [13]. К тому же, время их пребывания в морской среде достаточно коротко, так что концентрации этих жизненно-важных биогенных солей сильно варьируют в разных местах и в разные сезоны. Несмотря на то, что биогенные элементы постоянно смываются в море с терригенным стоком, как лимитирующий фактор здесь они важны не меньше, чем в наземной или пресноводной среде.

 В целом, органические вещества, а вместе с ними и биогенные элементы, поступающие в моря с суши с речным и континентальным стоком, проникающие в воду из атмосферы имеют аллохтонное происхождение, а высвобождающиеся при разложении отмерших организмов, а также припоступлении в водную среду продуктов жизнедеятельности растений и животных - автохтонное.

Течения предотвращают постоянную потерю многих биогенных веществ, хотя кремний, углерод и кальций могут осаждаться на дно в виде раковин, скелетов и панцирей. Только в немногих местах Мирового океана, где с глубин поднимаются мощные потоки холодной воды, биогенных веществ бывает иногда так много, что фитопланктон не в состоянии их использовать (иными словами, биогенные вещества здесь перестают быть лимитирующим фактором) [12].  

1.2.4 Глубина моря

Главным фактором, который дифференцирует морскую биоту, является глубина моря.

Рисунок 3. Горизонтальная и вертикальная зональность

Материковый шельф резко сменяется материковым склоном, плавно переходит в материковое подножие, которое опускается ниже к ровному ложу океана  абиссальной равнине. Этим морфологическим частям океана примерно соответствуют следующие зоны: неритическая  шельфу (в пределах которой есть литораль, соответствующая приливно-отливной зоне), батиальная  материковому склону и его подножию; абиссальная  области океанических глубин от 2000 до 5000 м. Абиссальная область разрезается глубокими впадинами и ущельями, глубина которых более 6000 м. Область открытого океана за пределами шельфа называют океанической. Так же как и в пресноводных лентических экосистемах, все население океана делится на планктон, нектон, бентос. Планктон и нектон, т. е. все, что живет в открытых водах, образует так называемую пелагическую зону.

Самая верхняя часть океана, куда проникает свет и где создается первичная продукция, называется эвфотической. Ее мощность в открытом океане доходит до 200 м, а в прибрежной части  не более 30 м. По сравнению с километровыми глубинами, это зона достаточно тонкая и отделяется компенсационной зоной от значительно большей водной толщи, вплоть до самого дна  афотической зоны [12].

Вывод

1)Морская экосистема - пространственный комплекс, в рамках которого происходят взаимодействия морских организмов с другими существами и физико- химическими факторами. Под влиянием особенностей прилежащей суши изменяются взаимоотношения организмов в море.

Так в засушливые годы, когда уменьшается сток пресных вод в море, заметно повышается солёность воды, и, как следствие, некоторые виды организмов эмигрируют из данной области, а другие, наоборот, временно проникают. Т.е в морских экосистемах постоянно осуществляется обмен между живыми организмами и их средой обитания. Мы должны бережно относится к морским экосистемам, наше будущее зависит от нашего отношения к ним. Следует предприятия обеспечить такими очистными сооружениями, которые бы в меньшей мере воздействовали на жизнь в морских экосистемах.

2)Функционирование морской экосистемы зависит от следующих абиотических факторов: аппвелинг, температуры, соленость, биогенные элементы, глубина моря.

Глава 2 Роль калия в природе и для социума

2.1 Значение калия для растений

 Калий является одним из основных элементов минерального питания растений. В растительных организмах он находится в ионной форме и не входит в органические соединения клеток. Он содержится главным образом в цитоплазме и вакуолях, в ядре отсутствует. Около 20 % калия удерживается в клетках растений в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы, до 1 % его необменно поглощается митохондриями, а основная часть (примерно 80 %) находится в клеточном соке и легко извлекается водой. Поэтому калий вымывается из растений дождями, особенно из старых листьев. Физиологические функции калия в растительном организме разнообразны.

Среди макроэлементов, наиболее значимых в жизни растений, калий (К) занимает особое место. Он способствует синтезу белков и сахаров, передвижению и накоплению углеводов в продуктивных частях растений, нормализует процесс фотосинтеза, увеличивает осмотическое давление клеточного сока, благодаря чему повышается засухоустойчивость и зимостойкость культур. Достаточное количество калия в питании растений усиливает их защитные свойства против некоторых заболеваний, улучшает лежкость плодов и овощей. Этот элемент способствует повышению механической прочности тканей. У зерновых культур это проявляется в повышении стойкости к полеганию [1].

В отличие от азота и фосфора, которые находятся в растениях в органических соединениях, представляющих собой малоподвижные и труднорастворимые формы, калий присутствует в виде ионов (высокоподвижные формы) в солевых растворах преимущественно в клеточном соке (80%), в вакуолях. Меньшая его часть адсорбируется коллоидами, и совсем незначительное количество (около 1%) удерживается необменно митохондриями в цитоплазме растительных клеток.

По причине исключительной подвижности ионов калия он легко вымывается из листьев. Этот процесс потери элемента более активен в ночное время, так как днем калий сохраняется благодаря происходящим биохимическим процессам, к тому же происходит обратное его поглощение из почвы корневой системой (у злаков). Особенно остро растения нуждаются в полноценном калийном питании первые 15 дней после всходов, а максимальное потребление элемента происходит в период наибольшего роста и интенсивного наращивания вегетативной массы [8].

Калий распределяется в разных органах растений неравномерно: в старых листьях его запасы минимальны, а в пыльце они достигают значительных показателей. Наибольшее количество калия как участника ростовых процессов сосредоточено в самых молодых вегетативных частях (эмбриональные ткани, растущие клетки), где содержание его в 3 – 5 раз выше, чем в старых тканях. Но в период созревания культур происходит перемещение элемента. У овощных наблюдается накопление калия в корнеплодах и клубнях (до 96%), а у злаков он перемещается в нетоварные части (стебли, листья).

Симптомы дефицита элемента. Недостаточная обеспеченность растений калием уже в начальных стадиях приводит к замедлению синтеза белка и нуклеиновых кислот, нарушению азотного обмена, а также снижению интенсивности процесса фотосинтеза, в результате чего тормозится деление клеток и наращивание вегетативной массы культур. С помощью исследований установлено, что нехватка калия в культурах приводит к резкому снижению содержания сахарозы, крахмала и прочих полисахаридов при одновременном возрастании количества глюкозы. При дефиците калия в растительных клетках происходит накапливание аммиака, что может оказаться губительным для культур [2].

Недостаточное калийное питание приводит к угнетению развития репродуктивных органов растений. Наблюдается формирование слабой корневой системы, подверженной различным заболеваниям, задержка роста бутонов и соцветий, неравномерное созревание плодов, у злаков зерна формируются щуплыми и характеризуются пониженной всхожестью. Кроме того, растения, страдающие от дефицита калия, легко повреждаются различными паразитами. Внешние симптомы калийного голодания проявляются (вначале на нижних листьях) в побурении и отмирании края листовых пластин (т.н. «краевой ожог»), появлении на них ржавых крапинок. Возможна также мелколиственность и потеря тургора листовыми пластинами (вялость).

Симптомы избытка калия. Повышенное содержание калия провоцирует плохую усваиваемость растениями магния, кальция и других микроэлементов. Возникшее в результате этого магниевое голодание оказывает негативное влияние на дальнейший рост и развитие культур. Сам по себе избыток калия не представляет для растений опасности, но он возникает в случае нехватки в питании растений доступных форм азота и фосфора. Внешние симптомы избытка калия проявляются в возникновении бледных мозаичных пятен между жилками листовых пластин. В дальнейшем эти зоны буреют, отмирают, и листья преждевременно опадают. Может также наблюдаться побурение и загнивание тканей других органов растений [1].

Калийные удобрения. Необходимым условием для получения высоких урожаев является обеспечение культур достаточным калийным питанием. В качестве калийсодержащих удобрений используются переработанные (обогащенные) руды, содержащие водорастворимые формы калия. Различают два вида таких удобрений: концентрированные (хлористый калий, 30 – 40%-ные калийные соли, сульфат калия, поташ, калимагнезия) и сырые калийные соли (каинит и сильвинит), получаемые путем измельчения природных минералов и содержащие относительно небольшое количество калия, но более значительное – хлора.

Каинит и сильвинит применяются вместе с основным удобрением под культуры, отличающиеся невысокой чувствительностью к хлору. Но все же, чтобы избавиться от избыточного количества этого элемента, их вносят осенью, под зяблевую вспашку, чтобы большая часть хлора смогла переместиться в нижние горизонты почвы. Содержащиеся в каините и сильвините немалые примеси магния и натрия в комплексе с калием благоприятно действуют на рост и развитие корнеплодных растений (в том числе сахарной свеклы), капусты, клевера и др., особенно на легких почвах [2].

Основной источник для производства концентрированных калийных удобрений – калийсодержащие руды, из которых получают хлорид калия (КCl). Этот мелкокристаллический порошок розового или белого цвета содержит до 63% К2О и наиболее широко применим в сельском хозяйстве для пополнения запасов почв доступным калием и устранения дефицита этого элемента в питании растений. Хлористый калий может применяться практически под все культуры и на любых почвах, но более предпочтителен в районах с большим количеством осадков и при кислой реакции грунтов. Для растений, чувствительных к хлору, следует соблюдать меньшую дозировку или обеспечить его преждевременное внесение с целью избежать возможно опасных концентраций и негативного воздействия хлора на эти культуры [2].

2.2 Значение калия для организма человека

Микроэлементы, минералы и витамины играют огромную роль в нормальном функционировании человеческого организма. Дефицит или наоборот их избыток, сразу сказывается на общем состоянии и могут даже привести к появлению тяжёлых заболеваний. Одним из важнейших элементов является калий. В человеческом организме он присутствует в виде солей. Он отвечает за регулирование водного баланса в организме и другие процессы. Важно помнить, что это вещество работает в паре с натрием.

Калий невозможно встретить в природе в чистом виде, он может существовать только в соединении с другими элементами таблицы Менделеева. Фактически это щелочной металл, у которого серебристый оттенок. Впервые его выделить удалось Гемфри Дэви в 1807 году, в процессе проведения опытов над жидким калием.

Калий играет огромную роль в поддержании силы в мышцах. Он участвует в метаболизме на клеточном уровне и приводит в норму работу сердца и сосудистой системы. Положительно сказывается на работе миокарда. При этом он поддерживает на необходимом уровне магний в организме, который играет не последнюю роль в работе сердца.

Без этого вещества сосуды начинают постепенно сужаться и как следствие, начинаются проблемы с давлением, оно повышается. Недостаток этого вещества часто приводит к хронической усталости и даже к истощению. Вместе с натрием, калий отвечает за водный баланс и кислотно-щелочную среду в организме. Он способствует выведению лишней жидкости из организма, чем избавляет человека от отечности и облегчает процесс выведения мочи [6].

Калий поддерживает функционирование мягких тканей, почек и печени. Вещество обладает антисклеротическими свойствами и не даёт возможности накопиться лишним солям натрия в сосудах и клетках. Он нормализует кислородный обмен и тем самым стимулирует работу головного мозга.

Калий содержится в зубах, костях и ногтях, поэтому крайне важно поддерживать его количество на должном уровне. Помимо этого, этот элемент таблицы Менделеева участвует в процессе насыщения кислородом клеток и способствует очистке организма.

В человеческом организме около 200 г. калия. Это примерно равняется 0,25% от всей массы человека. Пищеварительный тракт прекрасно усваивает это вещество, причем примерно на 90-95%. Оно хорошо выводится организмом через пот, мочу и с калом. Вещество не накапливается в организме, поэтому потребность у организма в его поступлении ежедневная.

Калий присутствует во многих препаратах, в особенности в тех, которые используются в терапии сахарного диабета, гипертонии, гепатита, остеопороза и используемых в процессе лечения болезней ЖКТ [4].

Калиевые запасы быстро расходуются и легко теряются. Также их утрата происходит при чрезмерном употреблении соли.

Пересоленная пища, увлечение соленьями, маринованными и морепродуктами, малое количество в ежедневном рационе фруктово-овощных составляющих – все это приводит к гипокалиемии (нехватке калия). Недостаток данного макроэлемента проявляется различными симптомами:

— спазмирование мышц, судороги;

— слабость, высокая утомляемость;

— проблемы с сосредоточением;

— сонливость, нарушения сна;

— сухость кожи, возможно изъязвление слизистых поверхностей;

— потускнение волос и повышенная их ломкость.

В первую очередь от нехватки калия страдает скелетная мускулатура. Появляются судороги, возможен тремор. Нелегко приходится и мышцам внутренних органов, особенно сердечной.

В сердечных сокращениях прослеживаются сбои, может случиться сердечный приступ. У человека появляются проблемы с давлением.

При нехватке калия резко ухудшается общее состояние. Больной теряет аппетит, у него появляются проблемы с пищеварением, возможны запоры, рвота, тошнота.

Количество выделяемой мочи уменьшается, появляется отечность. На начальных этапах гипокалиемии достаточно «усилить» рацион продуктами, которые богаты калием [11].

Серьезная нехватка данного макроэлемента может проявляться в невралгических проблемах. Здесь уже понадобится прием калиевых препаратов. Но самостоятельно назначать их себе нельзя. Понадобится врачебная помощь.

Переизбыток калия в организме может наблюдаться при сбоях в работе почек, а также надпочечников (точнее при нарушениях функций их коркового вещества).

Еще перенасыщенность этим макроэлементом может наблюдаться, если в рационе содержатся продукты богатые калием в очень больших количествах.

Нецелесообразный прием калийсодержащих фармакологических средств тоже приводит к гиперкалиемии. При этом проявляются такие симптомы:

— нервное перевозбуждение;

— анемия, бледность кожных покровов;

— усиление мочеиспускания;

— возникновение в конечностях неприятных ощущений и нарушение их чувствительности.

Серьезное повышение концентрации калия приводит к изъязвлению тонкого кишечника, отложению калиевых солей в связках, развитию мочекаменной болезни. В редких случаях гиперкалиемия приводит к параличу конечностей.

При перенасыщенности тканей и жидкостей организма калием требует немедленного прекращения приема калийсодержащих препаратов, а также минимизации присутствия в рационе продуктов, богатых данным веществом [6].

Вывод

1) Калий наряду с азотом и фосфором относится к главным элементам питания растений. Он, безусловно, необходим всем растениям, животным и микроорганизмам. Попытки заменить калий близкими к нему элементами (натрием, литием, рубидием) оказались безрезультатными. Функция калия в растениях. как и других необходимых для них элементов, строго специфична.

В растениях калий находится в ионной форме. До сих пор неизвестно ни одно органическое соединение, в состав которого входил бы этот элемент. Калий содержится в основном в цитоплазме и вакуолях клеток; в ядрах и пластидах он отсутствует.

Около 80% калия находится в клеточном соке и может легко вымываться водой (например, дождями), особенно из старых листьев.  Примерно 20% калия удерживается в клетках растений в обменнопоглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы и до 1% его необменно поглощается митохондриями.

2) В организме человека и животных калий присутствует в виде солей. Количество данного элемента в организме составляет около 160-250 г, или примерно 0,23% от общего веса человека. При этом, львиная часть к присутствует именно в клетках, являясь основным внутриклеточным катионом. Так, находясь в клетках организма, К, вместе с натрием (Na) регулирует содержание в них уровня воды, поддерживая водный баланс. Эта комбинация элементов также поддерживает постоянство электролитного и кислотно-щелочного баланса, предотвращая различные неблагоприятные реакции во внутренней среде. Если нарушается т.н. «калий-натриевого» баланса сразу же запускается процесс обезвоживания организма и ослабления деятельности мышц, нервной и сердечно-сосудистой системы.

Глава 3 Круговорот калия

3.1 Большой геологический круговорот калия

Калий - химически активный металл, в самородном состоянии не встречается. Во всех химических соединениях на Земле выступает как одновалентный металл.

Пока что малоизученным остается круговорот калия в водной среде. Каждый год с водным стоком в Мировой океан поступает около 90 млн т этого элемента. Какая-то часть поглощается водными организмами, но значительное количество нигде не фиксируется, и последующее его перемещение неизвестно.

Важной составной частью круговоротов является ионный и твердый сток. Круговорот химических элементов проходит, как правило, сразу в нескольких сопредельных оболочках Земли (атмосфере и гидросфере, гидросфере и педосфере) либо во всех трех геосферах одновременно. Надежность и постоянство осуществления круговоротов обеспечиваются регулярным обменом веществ и энергией между геосферами [13].

Рисунок 4. Большой геологический круговорот калия

Поступившие в ионной форме химические элементы, как и на суше, в водной среде подвергаются воздействию живых организмов, продолжая круговорот. Миграция химических элементов в растворенном состоянии представляет собой гигантский планетарный процесс.

Калий накапливается в земной коре за счет выплавления его из вещества мантии. Затем калий поступает в грунтовые воды. Каждый год с водным стоком в Мировой океан поступает около 90 млн т этого элемента. Какая-то часть поглощается водными организмами, но значительное количество нигде не фиксируется, и последующее его перемещение неизвестно. В атмосферу калий попадает благодаря испарению. Затем находящийся в атмосфере калий попадает в почву [1].

Сфера использования калия существенно уже по сравнению с тем же натрием. Это обусловлено тем, что калий обладает большей химической активностью. Кроме того, калий является более дорогим металлом. Тем не менее, калий все же используется в различных отраслях промышленности.

Активней всего калий используют в химической промышленности для производства удобрений. Калий является важным элементом для растений. Довольно часто растения испытывают нехватку калия, что приводит к тому, что растение не может использовать весь свой потенциал роста. Растение становится ослабленным, медленнее растет, стебель слабеет, листья желтеют и опадают, семена становятся менее всхожими. Дефицит калия в таких случаях восполняют с помощью удобрений. Именно калийные удобрения являются основной продукцией, для которой используется калий. Самым распространенным калийным удобрением является хлорид калия (KCl) [3].

3.2 Биологический круговорот калия

Калий, как известно, принимает участие в процессах фотосинтеза, оказывает влияние на углеводный, азотный и фосфорный обмен, существенным образом сказывается на осмотических свойствах клеток. Он концентрируется в плодах и семенах, в интенсивно растущих тканях и органах растений.

Среднее содержание калия в земной коре составляет 2,5%. Это один из основных биогенных элементов. Его количество в биомассе колеблется от 20 (в пустынях) до 2000 кг / га (в дубравах). Ежегодно в почву с биомассой возвращается от 3-5 до 300 кг / га калия. Одновременно с сельскохозяйственных угодий с урожаем выносится от 20 до 500 кг / га калия. Однако его круговорот в земледелии благоприятный, чем фосфора. В отличие от азота и фосфора основная часть калия содержится в нетоварной части растениеводческой продукции - листьях, стеблях, соломе, что служит кормом и подстилкой. Поэтому при рациональном использовании нетоварной части урожая и навоза значительная часть калия может возвращаться в почву [11].

Небольшое количество калия поступает в почву с семенами (около 2 кг / га) и атмосферными осадками (5 кг / га). Однако ни этот калий, ни возвращен с органическими удобрениями не может компенсировать его вынесения с урожаем и потери из почвы.

На интенсивность вымывания калия из корневого слоя почвы влияют гранулометрический состав почвы, ее увлажненность (осадки, поливы), уровень залегания грунтовых вод, нормы удобрений, сельскохозяйственное использование. Часть калия сельскохозяйственных угодий теряется вследствие эрозии. Фиксация калия глинистыми минералами, его активное участие в биологическом круговороте снижают содержание калия в геологическом круговороте.

Наряду с калием в тканях растений почти всегда содержится натрий (0,10,2%). Это своего рода факультативный макроэлемент: во многих случаях он балластом, хотя при его наличии растения растут лучше.

Соотношение между калием и натрием в земной коре приближается к единице. По химическим свойствам натрий подобный калия, но его ионы в отличие от ионов калия, кальция и магния не фиксируются и слабо удерживаются коллоидами почвы. Натрий - основной катион легко вымывается из почвы. Поэтому в природных водах его содержание выше, чем калия (калия не более 1-2 мг / л). Этим и объясняется солоноватой вкус морькои и океанской воды [10].

Во время лесных пожаров значительные массы элемента поступают в атмосферу. Животные получают калий при потреблении растений и воды. Поскольку калий концентрируется в теле животного только в ионной форме, практически не образуя при этом соединений с органическими веществами, при его отмирании К+ выделяется. Высвободившиеся из тела животного катионы калия начинают накапливаться в почвах и грунтах. Спустя века грунты превращаются в небольшие холмы и горы, и, как следствие, катионы калия также перемещаются в земную кору и вовлекаются в круговорот живым веществом суши (животные, растения) [10].

Рисунок 5. Биологический круговорот калия

Вывод

1)Соединения калия достаточно распространены в природе. В чистом виде калий встретить нельзя. Причина этому – его повышенная химическая активность.

Во-первых, калий в достаточно больших количествах содержится в коре Земли. Его содержание оценивается примерно в 2,4%. Калий является важной составляющей почвы, горных пород.

Во-вторых, большие залежи солей калия зафиксированы на местах испарения древних морей.

Также существенное количество калия содержат в себе воды Мирового океана. В водах Мирового океана концентрация калия составляет примерно 0,06%. В отдельных водоемах (например, Мертвое море), концентрация калия может быть и 1,5%. Такая повышенная концентрация делает экономически выгодной добычу калия. Так, в Иордании стоит завод по добыче калия из вод Мертвого моря.

2)Калий играет важную роль в жизни растений и животных. Он принимает участие в фотосинтезе, влияет на обмен веществ, частично сохраняется в мертвом органическом веществе.

Широкое использование минеральных удобрений пока не оказывает заметного влияние на круговорот калия, однако миграция его сильно возросла в результате эрозии почв.

Заключение

Морские экосистемы занимают почти 71% поверхности нашей планеты и входят в состав глобальной системы Мирового океана и в структуру гидросферы Земли.

Морские экосистемы – часть биосферы, производящая 32% всей чистой первичной продукции.

Морские экосистемы, благодаря своему большому биологическому разнообразию, являются устойчивыми ко многим видам воздействия. Они успешно противостоят занесенным человеком агрессивным видам живых организмов, природным вредителям и антропогенному влиянию.

В результате проведения исследования были сделаны следующие выводы:

теоретически описан состав морских экосистем;

выявлены основные факторы, влияющие на морскую экосистему;

дано описание содержания калия в природной среде;

описаны круговороты калия в биосфере.

Калий является широко распространенным в земной коре и биосфере щелочным металлом. Кларк его в земной коре —2,13%, в биосфере— 1,6%. Он относится к биологически важным, жизненно необходимым, общетоксичным элементам. В настоящее время известны 222 минерала, содержащих калий, из которых наиболее распространены полевые шпаты.

Большие количества вредных выбросов соединений калия попадают в окружающую среду при разработке месторождений калиевых, иногда магниевых и натриевых руд, а также в процессе их переработки. К интенсивному накоплению калия в почвах приводит орошение полей промышленно-бытовыми водами. Значительный естественный смыв калия наблюдается с урбанизированных территорий: в центральной лесостепной зоне России он достигает 500 кг/км2 в сельских районах и 1600 кг/км2 в городах. С антропогенным загрязнением калием связывают эвтрофировапие водных объектов.

Калий поглощается растениями в виде иона К+ и легко мигрирует по пищевым цепям. Он является одним из важнейших биогенных элементов, стимулирующих рост и развитие живых тканей. Для соединений калия характерна высокая степень дисперсности, и они легко попадают в организм. Заболеваемость рабочих на производствах, где они контактируют с подобными соединениями, по числу дней нетрудоспособности в 1,6 раза выше средней.

Список литературы

 Агрохимия. Калий в жизни растений-[Электронный ресурс]- universityagro.ruагрохимия/калий…жизни-растений/- Загл. с экрана. (дата обращения – 06.01.2021)

Балашев Л.Л., Дружинин Д.В.  Калийное удобрение. Л., Научное хим.-техн. Изд. НТУ ВСХН, 1969

Бродский Д. А. Химия в  школе, №3, 33, 1976.

Виноградов А.П. Геохимия  живого вещества. Л., Изд-во АН  СССР, 1980, стр.20.

Виноградов А. К, Белецкий В. И., Моргулис Л. А. Иодобромная промышленность и охрана морской среды от агрязнения.— Биология моря. Киев: Наук, думка, 1977, вып. 43, с. 78

Гальперин М.В.Общая экология. М.: Форум-Инфра-М. 2007

Гурциева Д.А., Неёлова О.В. биологическая роль калия и применение его соединений в медицине// Успехи современного естествознания. – 2014. – № 8. – С. 165-166;

Егорова Е.Н. виды природных ресурсов морской экосистемы, чувствительных к воздействию нефтяного загрязнения, возникающего в результате аварийных разливов. Нефтегазовое дело, 2004 http://www.ogbus.ru.

Значение калия для растений [Электронный ресурс]- agrotehnology.comklassicheskaya…kaliya-v…rasteniy- Загл. с экрана. (дата обращения – 06.01.2021)

Информационные ресурсы BioDat Состояние биоразнообразия природных экосистем России. Обзор научно-исследовательских работ по проблемам сохранения биоразнообразия, головными исполнителями которых был Институт проблем экологии и эволюции РАН и Информационно-аналитическая группа при Центре эколого-экономических исследований и информации при МПР России. http://www.biodat.ru

Калий. Издательство "Наука", 1977.

Книга А.Г. Калий, №7,32,1976.

Морские экосистемы, факторы и особенности морской экосистемы [Электронный ресурс]- bstudy.net›740470/estestvoznanie…ekosistemy - Загл. с экрана. (дата обращения – 02.01.2021)

Мозолевская Е.Г. Экология, мониторинг и рациональное природопользование. М.: МГУЛ, 2002. -249с.

Натарова Н. Г. Аналитическая химия калия. – М.: Химия, 1982. – 378 с.

Проссер Л. Сравнительная физиология животных М.: Мир, 1977, т. 1, 606 с.

Просмотров работы: 37