clasa a 7-a.

Lecţie______

Subiect: Formarea substanțelor organice într-o plantă.

Scopul lecției : pentru a forma înțelegerea elevilor cu privire la formarea substanțelor organice într-o plantă.

Sarcini:

Oeducational : va repeta cunoștințele elevilor despre structura externă a unei frunze, varietatea frunzelor. Explicați conceptele de „clorofilă”, „fotosinteză”, „nutriția plantelor”, introduceți elevii în procesul de formare a substanțelor organice și condițiile de formare a acestora,cu semnificația frunzelor pentru plante,importanța plantelor verzi pentru viața pe Pământ.

corect - în curs de dezvoltare: dezvoltarea vorbirii coerente, îmbogățirea vocabularului cu concepte noi, dezvoltarea operațiilor mentale (capacitate de a compara, generaliza, trage concluzii,stabiliți relații cauză-efect); - educational: cultivați o atitudine grijulie față de natură,promovează la copii simțul responsabilității față de starea mediului.

Tipul de lecție – combinate.

Forma de organizare: mișto lecție.

Echipamente : calculator, prezentare pe tema „Formarea substanțelor organice”, echipament de laborator pentru demonstrarea experimentelor, sarcini pentru testare individuală, fișe cu materiale și sarcini educaționale, fișe de testare, herbar, manual Biologie clasa a VII-a.

1. Moment organizatoric.

Verificarea gradului de pregătire a elevilor pentru lecție. Dispoziție psihologică.

Început de mobilizare.

Ieșind din muguri

Înfloresc primăvara,

Vara foșnesc

Toamna zboară.

2. Verificarea temelor. „Structura externă a frunzei. Varietate de frunze.

A). Studiu frontal:

Ce este o frunză?

Din ce organ al embrionului se dezvoltă?

Care este structura externă a frunzei?

Cum poate fi atașată o foaie?

Ce tipuri de venație cunoașteți?

Ce plante au vene arcuate și paralele?

Cărei plante aparțin venația reticulata?

Care este importanța venelor în viața plantelor?

Care frunze se numesc simple și care sunt compuse?

b). Lucrul cu carduri.

Card „Structura externă a frunzelor, varietatea frunzelor”

1. Completați propozițiile:

O frunză este _____________________________________________________

2. În ce constă frunza? _________________________________________

3. Determinați nervura frunzei

4. Care frunze se numesc simple?

5. Care frunze se numesc compuse?

__________________________________________________________________________________________________________________________

6. Conectați-vă cu săgeți:

Frunze simple Frunze compuse

V). Lucrul cu herbarul. Muncă independentă

Acum trebuie să finalizați sarcina. Examinați frunzele plantelor, studiați aspectul și forma frunzei, determinați tipul de venație. Prezentați datele studiate într-un tabel.

Numele plantei

Forma frunzei

Simplu sau complex

Tipul venației

Clasă

mesteacăn

Trandafir

lăcrămioare

Patlagina

Profesorul verifică împreună cu elevii tema finalizată.

3. Actualizarea cunoștințelor pe tema lecției.

Rădăcinile furnizează plantelor doar apă și săruri minerale, dar plantele au nevoie și de substanțe organice pentru creșterea și dezvoltarea normală. De unde provin aceste substanțe din plantă? Mulți oameni de știință au încercat să rezolve acest mister al naturii vii.La începutXVIV. Naturalistul olandez Jan van Helmont a devenit și el interesat de această problemă și a decis să efectueze un experiment. A pus 80 kg de pământ într-un ghiveci și a plantat o ramură de salcie. Acoperiți pământul în ghiveci pentru a preveni pătrunderea prafului pe el. Am udat ramura doar cu apa de ploaie, care nu continea nici un nutrient. După 5 ani, salcia crescută a fost scoasă din pământ și cântărită. Greutatea ei a crescut cu 65 kg în 5 ani. Masa solului din ghiveci a scăzut cu doar 50 g! De unde a obținut planta 64 kg 950 g de materie organică? Mulți oameni de știință au încercat să rezolve acest mister al naturii vii. La începutXVIV. Naturalistul olandez Jan van Helmont a devenit și el interesat de această problemă și a decis să efectueze un experiment. A pus 80 kg de pământ într-un ghiveci și a plantat o ramură de salcie. Acoperiți pământul în ghiveci pentru a preveni pătrunderea prafului pe el. Am udat ramura doar cu apa de ploaie, care nu continea nici un nutrient. După 5 ani, salcia crescută a fost scoasă din pământ și cântărită. Greutatea ei a crescut cu 65 kg în 5 ani. Masa solului din ghiveci a scăzut cu doar 50 g! De unde a obținut planta 64 kg 950 g de materie organică?

Răspunsurile elevilor bazate pe cunoștințe și experiență de viață.

( Plantele sunt capabile să creeze ele însele materie organică.)

4. Enunțarea temei și a scopului lecției.

Tema: Formarea substanțelor organice în plante Veți afla ce condiții sunt necesare pentru formarea substanțelor organice și semnificația acestui proces pentru viața pe pământ.

5. Lucrați pe tema lecției.

Povestea profesorului, prezentare, demonstrație de experimente.

1. Din ce sunt făcute plantele?

Plantele conțin substanțe organice și anorganice.

Substantele anorganice, dupa cum va amintiti din clasa a VI-a, sunt apa si sarurile minerale.

Iar substanțele organice care alcătuiesc plantele includ zahărul (o simți când mănânci struguri), vitaminele (care sunt deosebit de abundente în lămâie, coacăze etc.), proteine ​​vegetale (în fasole, mazăre, etc.)

Compoziția plantelor

Materie organică

Substante anorganice

Zahăr

gras

apă

Minerale

Amidon

vitamine

veverite

Terminați de completat diagrama în caiet pe baza rezultatelor experimentelor.

Demonstrarea experimentelor:

Experimentul 1. Detectarea grăsimii folosind floarea soarelui ca exemplu.

1. Curățați câteva semințe de floarea soarelui.

2. Puneți sămânța pe hârtie absorbantă.

3. Apăsați pe sămânță și îndepărtați sămânța zdrobită.

Ce vezi? Există o pată grasă pe hârtie absorbant.

Concluzie: înseamnă că semințele de floarea soarelui conțin grăsimi.

Experimentul 2. „Detecția amidonului”.

1. Luați un cartof și tăiați-l în jumătate.

2. Luați o pipetă și iod. Pune cartoful tăiat 2-3 picături de iod.

Ce vezi? Veți vedea o pată albastră pe tăietura cartofului.

Concluzie: înseamnă că există amidon în cartofi.

Dar de unde provin toate aceste substanțe din plante? Planta preia apa si sarurile minerale din sol? De unde provin substanțele organice?

2. Formarea substanţelor organice în plante

La această întrebare a răspuns omul de știință rus Kliment Arkadyevich Temiryazev.

El a descoperit că substanțele organice se formează în frunze.

Frunzele nu sunt doar o parte a lăstarii, ci sunt și deosebite, unice

laboratoare în care se formează substanţe organice: zahăr şi amidon. Acest

procesul este poate cel mai remarcabil proces care are loc pe noi

planetă. Datorită lui, toată viața de pe Pământ există.

Luați în considerare o frunză verde a unei plante. (diapozitiv)

Frunza are o culoare verde. Acest lucru se explică prin faptul că frunza conține o substanță verde - clorofila.

Lucru de vocabular. Lucrul cu un dicționar biologic p. 221.

O carte cu cuvântul „Clorofilă” este atârnată pe tablă.

Clorofilă - substanța verde a plantelor, care se află în corpuri speciale - cloroplaste.

În ele se formează materia organică.Dar anumite condiții sunt necesare pentru formarea substanțelor organice.

3. Condiții de formare a substanțelor organice de către plante.

În primul rând, ai nevoie de clorofilă. Clorofila va funcționa dacă lumina cade pe frunză. Frunza iluminată preia dioxid de carbon din aer. Apa intră în frunză de la rădăcini. Și întreg acest proces are loc în prezența căldurii.

Lucrare de vocabular „Fotosinteza”

Se numește formarea substanțelor organice în lumină cu ajutorul clorofileifotosinteză.

Fotosinteză - /foto-lumină, sinteză - formare/.

Scrierea într-un caiet

Condiții de formare a substanțelor organice de către plante

1 prezenta clorofilei.

2 lumina.

3. dioxid de carbon.

4 cald.

5 apă.

Când toate aceste condiții - clorofilă, lumină, dioxid de carbon, căldură, apă - sunt prezente, în frunze se formează zahăr. O parte din zahărul aflat deja în frunze se transformă în amidon.Formarea amidonului în frunze este nutriția plantelor.

Proiecția prezentării „Formarea amidonului în frunzele plantelor la lumină”

1. Planta de muscata a fost asezata intr-un dulap intunecat timp de 3 zile pentru a permite scurgerea nutrientilor din frunze.

2. Apoi planta a fost pusă la lumină timp de 8 ore,

3. Am îndepărtat frunza plantei și am pus-o mai întâi în apă fierbinte (aceasta a distrus țesutul tegumentar și principal al frunzei), frunza a devenit mai moale, apoi am pus-o în alcool clocotit.(În acest caz, frunza a devenit decolorat, iar alcoolul a devenit verde strălucitor din clorofilă).

4. Apoi frunza decolorată a fost tratată cu o soluție slabă de iod

5. Rezultat: apariția unei culori albastre atunci când frunza este tratată cu iod.

Concluzie: Într-adevăr, amidonul s-a format în frunze.

Amintiți-vă, spre deosebire de alte organisme vii, plantele nu absorb substanțe organice, ci le sintetizează singure.

În procesul de creare a materiei organice, plantele eliberează oxigen.

În secolul al XVIII-lea În 1771, un chimist englezJoseph Priestleya efectuat următorul experiment: a așezat doi șoareci sub un clopot de sticlă, dar a așezat o plantă de apartament sub unul dintre clopote. Uită-te la ilustrație și spune ce s-a întâmplat cu șoarecele unde nu era nicio plantă de apartament. Șoarecele a murit.

Da, din păcate, șoarecele a murit. Gândiți-vă cum puteți explica faptul că șoarecele de sub capota a doua, unde a fost plasată planta de apartament, a rămas în viață?

Vă amintiți care dintre următoarele gaze este necesar pentru ca ființele vii să respire? Oxigen.

Dreapta. Așa că am răspuns la întrebarea de ce a supraviețuit șoarecele. Planta de apartament producea oxigen, iar șoarecele îl folosea pentru respirație.

Substantele organice care sunt produse in timpul fotosintezei sunt necesare pentru a hrani toate partile plantei, de la radacini la flori si fructe. Cu cât o plantă primește mai multă energie solară și dioxid de carbon, cu atât va produce mai multă materie organică. Asa se hraneste planta, creste si se ingrasa.

Într-adevăr, plantele creează substanțe organice pentru propriile nevoi, dar oferă și hrană pentru alte organisme vii și oferă oxigen pentru respirație tuturor viețuitoarelor. Acoperirea cu vegetație a pământului este numită „plămânii verzi ai planetei”. Dacă rămân sănătoși, depinde de tine și de mine, de cât de înțelept gestionăm bogăția care ne este dată.

PHYSMINUTE

GIMNASTICA PENTRU OCHI

Băieți, ascultați cuvintele lui K.A. Timiryazev „Oferă celui mai bun bucătar cât de mult aer proaspăt dorește, atâta lumină solară cât vrea și un râu întreg de apă curată și roagă-l să pregătească zahăr, amidon, grăsimi și cereale din toate acestea - el va decide că râzi la el.

Dar ceea ce omul pare absolut fantastic se întâmplă nestingherit în frunzele verzi.”

Cum înțelegi această expresie?

6. Consolidarea și corectarea primară a cunoștințelor.

Ce gaz absorb frunzele plantelor verzi? Carbonic.

Ce substanță intră în frunze prin vasele tulpinii? Apă.

Ce condiție importantă este necesară? Lumina soarelui.

Ce gaz este emis de frunzele verzi ale plantelor? Oxigen.

Ce substanțe complexe se formează în frunze. Materie organică

Dați un nume acestui proces. Fotosinteză.

Cum se numește substanța în care are loc procesul de fotosinteză? Clorofilă.

Desenați și scrieți o diagramă a fotosintezei

DIOXID DE CARBON + APA = SUBSTANȚE ORGANICE + OXIGEN

Fotosinteza este un proces care are loc în frunze verzi plantelor in lumina , la care din dioxid de carbon și apă sunt formate materie organică și oxigen.

7. Consolidarea materialului studiat.

(sarcină variabilă)

1. Sondaj frontal

Băieți, astăzi la clasă ați învățat o mulțime de lucruri noi și interesante.

Răspunde la întrebările:

1.Ce proces se numește fotosinteză?

2.Cu ajutorul ce substanță are loc procesul de fotosinteză în frunze?

3. Ce formează substanțele organice în frunzele verzi?

4. Ce gaz se eliberează din frunzele verzi în lumină? Care este semnificația sa pentru organismele vii?

5 . Ce condiții sunt necesare pentru procesul de fotosinteză?

2. Testare

„Formarea substanțelor organice în frunze”.

În ce parte a plantei se formează substanțele organice?

rădăcină;

foaie;

tulpina;

floare.

Ce condiții sunt necesare pentru formarea substanțelor organice într-o plantă?

clorofilă, lumină, căldură, dioxid de carbon, apă;

clorofilă, căldură;

dioxid de carbon, apă.

Ce gaz eliberează o plantă în timpul formării amidonului?

azot;

oxigen;

dioxid de carbon.

Cum folosește o plantă materia organică?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Card „Condiții de formare a substanțelor organice în plante”.

Adiţionalmisiune.

Citiți textul scrisorii. Găsiți greșelile făcute de autorul scrisorii?

Corectați greșelile.

Salutare, tineri biolukhs! Vă salut, Alyosha Pereputkin. Sunt un mare cunoscător

procesul de fotosinteză. Oh, îl cunoști? otosinteza are loc în rădăcini și frunze,

doar noaptea, când nu te deranjează nimeni. În timpul acestui proces, se produce apă și se consumă oxigen. Luna își trimite energia și substanțele organice se formează în celule.

substanțe: mai întâi amidon, apoi zahăr. În timpul procesului de fotosinteză, se eliberează mult

energie, așa că plantele nu se tem de frig iarna. Fără fotosinteză, ne-am sufoca, deoarece nu ar exista o îmbogățire a atmosferei cu dioxid de carbon.

Rezumând lecția

În timpul lecției, ați învățat cum plantele se hrănesc și cresc; s-a dovedit că, fără o frunză verde, nu numai că o plantă nu ar putea trăi, dar nu ar exista deloc viață pe Pământ, deoarece oxigenul din atmosfera pământului, care toate ființele vii respiră, a fost produsă în procesul de fotosinteză. Marele botanist rus K.A. Timiryazev a numit frunza verde marea fabrică a vieții. Materiile prime pentru acesta sunt dioxid de carbon și apă, motorul este ușor. Plantele verzi, care eliberează constant oxigen, nu vor permite omenirii să moară. Și trebuie să avem grijă de aer curat.

În rock aș vrea să închei cu poezie

Fotosinteza are loc în lumină pe tot parcursul anului.

Și oferă oamenilor hrană și oxigen.

Un proces foarte important este fotosinteza, prieteni,

Nu ne putem lipsi de el pe Pământ.

Fructe, legume, pâine, cărbune, fân, lemn de foc -

Fotosinteza este capul tuturor.

Aerul va fi curat, proaspăt, cât de ușor este de respirat!

Și stratul de ozon ne va proteja.

Teme pentru acasă

Rămășițele vegetale și animale care se acumulează la suprafața rocii degradate și în orizonturile sale mai mult sau mai puțin superioare pot fi observate de noi într-o mare varietate de stadii de descompunere sau 1) sub formă de rămășițe slab descompuse care se acumulează în timp sub formă de diverse „pâsle” (în păduri - „pâslă de pădure”, în stepe - „stepă”), caracterizate printr-o descompunere atât de scăzută a componentelor incluse în compoziția lor, încât putem distinge cu ușurință părți individuale ale plantelor sau animalelor; sau 2) sub formă de părți de plante (și animale) care și-au pierdut mai mult sau mai puțin deja forma și aspectul inițial; ele ne apar apoi sub forma unor fragmente separate, deformate în diferite grade, rumenite și având o consistență și o structură delicată, sfărâmicioasă. Dar chiar și în această etapă de descompunere, le putem separa de particulele minerale ale rocii prin diverse metode mecanice - prin înmuierea lor, întrucât sunt mai specifice, în apă, uneori prin selectarea lor cu penseta etc.; în cele din urmă, 3) în etapa ulterioară a descompunerii lor, resturile descrise își pierd complet proprietățile inițiale și intră într-o legătură chimică atât de strânsă cu substanța minerală a rocii încât nu mai sunt separate de aceasta din urmă prin niciun mijloc mecanic.
Această etapă de descompunere se caracterizează prin asimilarea completă a produselor rezultate de către baza minerală a rocii; Putem smulge aceste produse din partea minerală numai prin folosirea unor tehnici chimice viguroase sau prin distrugerea acestor produse (ardere).
Rezultatul unei combinații chimice atât de strânse a produșilor de descompunere ai rămășițelor vegetale și animale cu partea minerală a rocii deteriorate este un complex de compuși speciali, așa-numiții „organo-minerale”, care se acumulează în sol în cantități variate, sunt se disting prin stabilitatea comparativă și rezistența compoziției lor și conferă solului o culoare mai mult sau mai puțin închisă. Acest grup de produse, care este parte integrantă a solului, „asimilat” de acesta și legat chimic, se numește humus de sol (humus).
Din cele de mai sus, rezultă clar că nu orice compus organic care poate fi găsit în sol ar trebui să aparțină categoriei de humus, sau humus, compuși ai solului. Astfel, carbohidrații, grăsimile etc. „libere”, care se pot forma în sol ca urmare a descompunerii reziduurilor vegetale și animale, nu reprezintă încă acea nouă formațiune organominerale pe care o numim humus. Datorită microflorei abundente prezente în sol și datorită varietății enzimelor prezente în sol, compușii organici menționați suferă de obicei transformări atât de rapide și ușoare încât pot fi numiți, în sensul literal al cuvântului, compuși trecători și tranzitori. Într-adevăr, analiza directă arată de obicei cantități extrem de variabile și variabile ale acestora în același sol - adesea pe o perioadă foarte scurtă de timp. Acești compuși, ca urmare a reacțiilor complexe de interacțiune cu substanța minerală a solului în soarta lor ulterioară, pot, desigur, să devină o parte integrantă a humusului solului, dar este posibil să nu găsească condițiile fizico-chimice adecvate pentru aceasta și să nu devină. fac parte din complexul organo-mineral nou format și rămân „libere”, nefiind componente ale humusului.
În ceea ce privește acei compuși minerali care sunt întotdeauna incluși în compoziția resturilor vegetale și animale, în timpul descompunerii acestora din urmă acești compuși suferă și ei o dublă soartă: unii dintre ei sunt eliberați de legătura puternică și complexă în care au fost în timpul vieții. a unuia sau altuia organism cu compuși organici ai acestuia din urmă și precipită în orizonturile de suprafață ale solului sub formă de anumite formațiuni minerale „pure” (cum se spune, are loc „mineralizarea completă a reziduurilor organice”); cealaltă parte participă direct la sinteza și construcția complexului organo-mineral despre care vorbim acum.
Astfel, nu toate componentele minerale ale solului și nu toți compușii săi organici sunt componente ale complexului său humus.
Din categoria substanțelor humice din sol trebuie să le excludem și pe cele, chiar dacă sunt grav deformate, resturi de plante și animale în descompunere pe care le putem separa de masa solului prin mijloace mecanice (rămășițe ale sistemului radicular, resturi de frunze, resturi). de acoperiri chitinoase ale insectelor etc.).
Astfel, distingem conceptul de „componentă organică” a solului de „partea sa de humus”. Al doilea concept face parte din primul. Această considerație trebuie reținută pe parcursul prezentării noastre ulterioare.
Constituția chimică a acestui complex complex, care se numește humus de sol sau humus, este încă foarte puțin înțeleasă, în ciuda faptului că studiul acestui obiect a început cu foarte mult timp în urmă. Motivul principal pentru această lipsă de studiu este faptul că încă nu au fost dezvoltate metode de încredere pentru a individualiza acest obiect complex într-un fel sau altul, încă nu există metode de obținere a lui sub formă cristalină etc.
Ultimii ani au fost însă marcați de o serie de studii care au avansat semnificativ studiul acestui complex.
Între natura compușilor organici incluși în compoziția tuturor categoriilor de obiecte menționate mai sus într-un cadru natural, observăm, desigur, o serie întreagă de tranziții treptate, atât între mineralele primare ale rocii mamă, cât și cele finale. produse ale descompunerii lor, iar între procesele de descompunere neafectate de reziduuri vegetale (și animale) și fazele finale ale distrugerii lor, putem observa în fiecare sol o întreagă gamă de formațiuni intermediare foarte diverse.
Dacă în stadiile inițiale ale meteorizării rocilor și mineralelor rolul dominant este jucat de elemente de natură „neînsuflețită”, adică elemente ale atmosferei și hidrosferei, atunci în etapele ulterioare ale dezvoltării acestor procese, atunci când aceste roci dobândesc capacitatea de a asigura viata vegetatiei care se aseaza pe ele si in legatura cu aceasta incep sa se imbogateasca cu produsele descompunerii acestora din urma, un asemenea rol trece la elementele biosferei. Faptul că microorganismele în special joacă un rol principal în procesele de descompunere a resturilor organice pe moarte a fost dovedit încă din 1862 de cercetările ingenioase ale lui Pasteur.
Numeroase experimente pentru a determina efectul temperaturilor ridicate și diferitelor antiseptice asupra descompunerii substanțelor organice au stabilit ulterior această poziție. Trebuie remarcat însă că unele dintre aceste experimente au arătat că în condițiile menționate mai sus procesele de descompunere nu s-au oprit complet, ci au fost doar suprimate semnificativ, ceea ce ne face să presupunem că aceste procese, deși într-o măsură foarte nesemnificativă, , poate apărea uneori în forța interacțiunii pur chimice între părți ale materialului în descompunere. În orice caz, ultimei categorii de fenomene ar trebui să i se atribuie un rol mai mult decât modest în procesele de descompunere a substanțelor organice.
Dacă procesele de descompunere a substanțelor organice în sol sunt în principal procese biochimice, atunci este clar ce diverse forme și direcții pot lua aceste procese în sol în condiții naturale, în funcție de unul sau altul flux de aer, umiditatea solului, condițiile de temperatură, proprietățile chimice și fizice ale mediului etc.
Pentru a înțelege cât de departe poate merge în fiecare caz individual descompunerea reziduurilor organice și în ce stadii intermediare poate fi întârziată această descompunere în fiecare caz individual, vom lua în considerare în continuare în aceste procese semnificația în aceste procese a fiecăruia dintre factorii menționați. mai sus separat, fără a cita Pe baza întregii literaturi disponibile pe această temă, ne vom limita să raportăm doar concluziile finale obţinute în acest domeniu.
Punctul de plecare pentru cercetarea prezentată aici este poziția binecunoscută că eliberarea de dioxid de carbon din materia organică în descompunere poate fi recunoscută ca o măsură a vitezei și energiei acestei descompunere (Hoppe-Seuler). Ținând cont, însă, că în sol, în paralel cu procesele de descompunere a materiei organice, procesele inverse - cele sintetice - apar adesea sub influența activității vitale a microorganismelor - și, prin urmare, cantitatea de dioxid de carbon eliberată. nu poate servi întotdeauna ca măsură de descompunere a materiei organice, putem recurge la o altă metodă de cercetare, și anume, direct la analiza cantității de compuși minerali incluși în compoziția sa care sunt despărțiți de substanța în descompunere.
Dintre cele mai importante condiții care determină viteza și natura descompunerii substanțelor organice, ne vom concentra pe studierea influenței asupra acestor procese a temperaturii, a gradului de umidificare, a gradului de curgere a aerului, a proprietăților chimice ale mediului, precum și a natura aportului de umiditate materialului în descompunere.
Efectul temperaturii și umidificării. Cea mai amănunțită cercetare pe această problemă a fost efectuată de Wollny.
Materialul care se descompune a fost așezat în tuburi în formă de U și a fost trecut prin ele aer lipsit de dioxid de carbon. Aceste tuburi au fost plasate în băi de apă, unde temperatura a fost reglată după bunul plac.
Dacă umiditatea obiectului eșantionului a rămas constantă, atunci cantitatea de dioxid de carbon (CO2) a crescut odată cu creșterea temperaturii. Astfel, aerul care trecea prin tuburi conținea dioxid de carbon (în sol de compost):

Dacă, la rândul său, temperatura a rămas constantă și gradul de umidificare a crescut, atunci și cantitatea de CO2 a crescut corespunzător:

Astfel, atât temperatura, cât și umiditatea substratului în descompunere influențează procesul care ne interesează într-o direcție.
Schimbând condițiile de temperatură și umiditate în direcții opuse în experimentele sale, Wollny a ajuns la concluzia că formarea CO2 are loc cel mai intens în condiții medii de temperatură și umiditate. Deci, de exemplu, când

Rezultate similare au fost obținute și de Fodor, ale cărui cercetări prezintă interes și pentru că a lucrat, printre altele, la temperaturi foarte ridicate (până la 137°). Toate experimentele sale au confirmat pe deplin concluziile lui Wollny; Apropo, el a afirmat că la temperaturi foarte ridicate, eliberarea de dioxid de carbon din masa în descompunere, deși a continuat, a fost extrem de slabă. Studiile ulterioare ale lui Petersen cu descompunerea materiei organice în sol negru și cu descompunerea lemnului de foioase, precum și ale lui Bellen și regretatul P. Kostychev - cu frunze de mesteacăn căzute, ace proaspete de molid și fân, au arătat în general că atât temperatura, cât și umiditatea acționează într-adevăr în aceeași direcție, dar la o anumită limită (în direcția creșterii sau, dimpotrivă, în direcția scăderii), atunci când activitatea vitală a microorganismelor a fost deja perturbată din această cauză și atunci când procesul, în legătură cu aceasta, a mers înainte foarte slab și lent.
Concluzia finală din toate aceste observații poate fi formulată astfel: energia de descompunere a substanțelor organice își atinge optimul la o anumită valoare medie a umidității și temperaturii. Lipsa de umiditate reduce această energie, precum și un exces al acesteia, deoarece în acest din urmă caz, circulația liberă a aerului în masa în descompunere este îngreunată. Temperaturile scăzute și ridicate inhibă, de asemenea, procesul descris.
Rezultatele tuturor acestor experimente și observații, transferate într-un mediu natural, ne ajută în cel mai bun mod posibil să înțelegem motivele acumulării într-una sau alta zonă a acestei sau acelei cantități de humus - dintr-o compoziție sau alta. În fiecare caz individual, putem întotdeauna conecta aceste fenomene, pe de o parte, cu condițiile climatice ale zonei date și cu acei factori de care depinde situația microclimatică (teren, natura vegetației etc.), pe de altă parte, cu un complex de proprietăți fizico-chimice interne ale solului însuși (în acest caz, proprietățile apei și termice ale acestuia), prin care sunt refractate toate elementele naturii care înconjoară acest sol.
Influența proprietăților chimice ale mediului. Ne vom limita doar la cele mai generale prevederi existente în acest domeniu.
Aciditatea mediului, conform experiențelor lui Wollny și a multor alți cercetători, are un efect deprimant asupra proceselor de descompunere, ceea ce, desigur, este destul de de înțeles dacă ne amintim că pentru populația bacteriană - acest agent cauzal principal al proceselor pe care le-am descriu - mediul acid este otravă (microflora fungică, totuși, Acest factor este, după cum știm, insensibil la o anumită limită).
În ceea ce privește importanța unui mediu alcalin, vom lua în considerare această problemă puțin mai îndeaproape și vom ține cont de influența asupra proceselor care ne interesează numai prin prezența carbonatului de calciu, deoarece tocmai cu acest compus avem cel mai mult de multe ori trebuie să se ocupe atunci când se discută, de exemplu, chestiunea influenței asupra energiei de descompunere a materiei organice a unor astfel de roci părinte obișnuite precum loess, loess-like loams și alte formațiuni bogate în carbonați de calciu.
Nu cu mult timp în urmă se credea că CaCO3 (carbonatul de calciu) accelerează semnificativ rata de descompunere a substanțelor organice. În practica agricolă, până de curând, a fost larg răspândită poziția conform căreia „varul, în timp ce îmbogățește tații, distruge copiii”, adică această substanță contribuie la dezintegrarea extrem de rapidă a humusului în sol, nutrienții „căzuți” din care (minerale). substanțe conținute în compuși) măresc temporar foarte mult fertilitatea solului, dar în același timp privează solul de aprovizionarea cu acești compuși din care culturile ulterioare ar putea extrage hrană. Această credință eronată s-a bazat, printre altele, pe cercetările lui Petersen.
Petersen și-a efectuat experimentele cu un sol care avea 58% humus (adică cu sol clar acid), iar în ceea ce privește cantitatea de CO2, el a afirmat că cantitatea acestui gaz era aproape triplă atunci când carbonatul de calciu a fost adăugat în acest sol, din care autorul amintit a concluzionat că varul accelerează semnificativ descompunerea materiei organice. Într-un alt experiment, Petersen a lucrat cu pământ calcaros - nemodificat și, de asemenea, cu același sol, dar pre-tratat cu acid clorhidric pentru a îndepărta varul. Rezultatele au fost aceleași. Primele experimente ale omului de știință menționat au fost mai târziu supuse unor critici corecte de către regretatul P. Kostychev, care a atras atenția în primul rând asupra faptului că solul cu care a manipulat Petersen era, fără îndoială, acid, conținând o mulțime de acizi humus liber. Este clar că adăugarea de carbonat de calciu într-un astfel de sol, mediul înconjurător, a creat condiții favorabile proceselor de descompunere. În ceea ce privește un alt grup de experimente Petersen, acesta din urmă a ratat efectul pretratării solului cu acid clorhidric, care ar fi trebuit să aibă un efect dăunător asupra florei bacteriene a solului.
Experimentele ulterioare ale lui P. Kostychev cu frunzișul copacilor și cu soluri de cernoziom au arătat că adăugarea de carbonat de calciu, dimpotrivă, a redus întotdeauna energia de descompunere. Rezultate similare au fost obținute de Wollny, Reitmair, Kossovich și alții.Numai în cazuri excepționale, când mediul solului conține mulți acizi humus liberi, adăugarea de var poate favoriza procesele de descompunere.
După cum se știe, îmbogățirea solurilor de cernoziom cu humus se explică parțial prin rolul protector jucat de compușii de calciu care fac parte din cele mai comune roci-mamă din zona de stepă (loess, loess-like loams etc.).
Ținând cont de faptul că calciul este un coagulator energetic al substanțelor coloidale (atât organice, cât și minerale), trebuie să-i atribuim și acestui element rolul de fixator energetic al compușilor humusului din stratul de sol. Pierderea compușilor de calciu de către sol, dintr-un motiv sau altul, implică, după cum se știe, procesele de degenerare completă a acestuia („degradare”) - cu pierderea unei părți din substanțele humusului prin levigare etc.
Influența fluxului de aer asupra descompunerii substanțelor organice. Pentru a clarifica rolul aerului ca unul dintre factorii în descompunerea materiei organice, Wollny a efectuat următorul experiment: un amestec de nisip de cuarț și pulbere de turbă, umezit până la o anumită limită, a fost plasat în tuburi în formă de U, prin care aerul. cu conținuturi diferite de oxigen, precum și azot pur și oxigen pur. Cantitatea de dioxid de carbon a fost determinată la fiecare 24 de ore. Rezultatele experimentale au arătat că descompunerea materiei organice crește odată cu creșterea procentului de oxigen din aer. Dimpotrivă, odată cu scăderea acestuia din urmă, și cu atât mai mult cu înlocuirea acestui gaz cu unele gaze indiferente (de exemplu, azotul), oxidarea carbonului în materia organică a fost mult inhibată. Lipsa oxigenului care curge către materialul în descompunere afectează nu numai o scădere a energiei acestei descompunere, ci afectează și natura procesului. Din acest punct de vedere, se obișnuiește să se facă distincția între procesul de mocnire (adică procesul de descompunere cu acces la aer) și procesul de putrezire (adică descompunerea în condiții anaerobe).
Dacă reziduurile organice se descompun cu acces deplin la aer (proces aerob - „proces de mocnit”), atunci aceste procese sunt de natură pur oxidativă, iar descompunerea materiei organice poate avea loc non-stop (în absența, desigur, a oricăror factori). inhibarea acestor fenomene) până la astfel de produse precum apa, dioxidul de carbon, sărurile acizilor azotic, sulfuric, fosforic și alți acizi. În același timp, sunt astfel eliberate substanțele minerale care au făcut parte din elementele de cenușă ale reziduurilor în descompunere. Are loc „mineralizarea” reziduurilor organice.
Mocnit apare de obicei cu o eliberare semnificativă de căldură.
În timpul proceselor anaerobe („procesul de putrezire”), observăm o serie de compuși sub-oxidați, cum ar fi metanul (ca urmare a fermentației anaerobe a metanului a fibrelor, amidonului, pentozanilor etc.), hidrogenul sulfurat (un produs caracteristic al putrezirea proteinelor), hidrogen (un produs al fermentației cu hidrogen a fibrei), hidrogen fosfor, amoniac, azot etc. În plus, printre produșii de descompunere anaerobă vedem forme intermediare de descompunere a proteinelor precum indolul, skatolul etc. În cele din urmă, în masa în descompunere, în condițiile descrise, se formează numeroși acizi organici - acizi grași (începând cu acidul formic și terminând cu acidul butiric cu omologii săi superiori), apoi acidul lactic, benzoic, succinic etc. Acumulându-se treptat în cantități mari, acizii organici, negăsind condiții favorabile pentru descompunerea lor ulterioară din cauza lipsei de aer, opresc dezvoltarea microorganismelor și descompunerea ulterioară a materiei organice poate înceta complet.
Mocnirea și descompunerea sunt, desigur, doar cele mai extreme forme de descompunere a materiei organice, între care sunt posibile diverse etape intermediare.
Influența naturii alimentării cu umiditate a substanței în descompunere. Pe lângă factorii enumerați mai sus, energia și natura descompunerii substanțelor organice este influențată foarte puternic de natura furnizării de umiditate a substanței în descompunere (S. Kravkov). Într-un studiu direct al cantității de compuși minerali scindați din diferite reziduuri de plante în descompunere, în cazul în care aceste reziduuri sunt supuse sistematic prin spălare cu apă (adică atunci când produsele de descompunere sunt îndepărtate constant din sfera de interacțiune între ele), și în cazul în care Acești produse rămân în interacțiune cu materialul în descompunere tot timpul; s-a afirmat că, în primul caz, produsele acide se acumulează din abundență în masa care se descompune, inhibând cursul ulterioar al proceselor de descompunere, în al doilea - aceștia. procesele, dimpotrivă, decurg foarte energic tot timpul. Un studiu mai atent al acestui fenomen a arătat că la spălarea temeinică a materialului în descompunere, avem de-a face cu o pierdere foarte rapidă a bazelor sale alcalino-pământoase de către această substanță, ceea ce contribuie la acumularea în masa în descompunere a produselor acide nesaturate care inhibă acest proces.
Aceleași fenomene au fost remarcate de S. Kravkov în raport cu solurile. Aceste concluzii, afirmate încă din 1911, pot fi acum explicate în cel mai bun mod posibil din punctul de vedere al învățăturilor lui K. Gedroits despre „complexul de absorbție a solului”.
Faptele descrise trebuie avute în vedere atunci când se studiază condițiile de acumulare și descompunere a materiei organice în soluri cu permeabilitate diferită la apă, aflate în diferite condiții de relief etc.
Pe lângă factorii discutați mai sus, energia proceselor de descompunere este influențată semnificativ și de o serie de alte condiții: gradul de fragmentare a materialului în descompunere (cu cât descompunerea este mai mare, cu atât suprafața de contact cu agenții atmosferici este mai mare: temperatura, umiditatea, oxigenul aerului etc., procesele de descompunere au loc mai energetic), compoziția chimică a materialului în descompunere (substanțele proteice, zaharurile și unii acizi organici suferă cea mai rapidă descompunere; fibrele, lignina, substanțele plută sunt mai dificile; în sfârșit , rășini, substanțe ceroase, taninuri etc.). Din acest punct de vedere, cunoașterea compoziției chimice a acelor asociații de plante care participă în fiecare caz individual la formarea materiei organice într-un anumit sol pare absolut necesară.
Transferând toate aceste concluzii în natură, putem deja prevedea că natura și energia de descompunere a substanțelor organice ar trebui să reprezinte o reacție și mai sensibilă la o modificare a unuia sau altul factor extern într-o direcție sau alta decât procesele de degradare a mineralelor și roci discutate mai sus. Realitatea confirmă pe deplin această ipoteză: cantitatea de humus care se acumulează într-un anumit sol, compoziția sa calitativă, proprietățile chimice etc. pot fi întotdeauna strâns legate de natura condițiilor climatice din jur, de condițiile de relief, de natura plantei. (și animale) și, în sfârșit, cu caracteristicile rocii-mamă și cu întregul complex de proprietăți interne fizico-chimice și biologice ale solului însuși.
După ce am examinat condițiile de care depind energia și natura descompunerii reziduurilor organice pe moarte, vom trece acum la studierea compoziției chimice și a proprietăților produselor acestei descompunere.
La fel ca în partea minerală a solului, distingem, pe de o parte, relicve (reziduuri) de minerale primare și roci care trec în sol fără o modificare semnificativă a naturii lor chimice interne și, pe de altă parte, o serie întreagă. a diferitelor produse intermediare ale intemperiilor lor, până la o relativ dificilă reprezentanții lor suferă modificări ulterioare (la diferite stadii de dezvoltare a solului - diferite ca compoziție și proprietăți), astfel încât în ​​partea organică a solurilor putem găsi o gamă treptată de tranziții de la „ compușii organici primari care fac parte din planta moartă rămâne neatins de procesele de descompunere și animale, la astfel de compuși organici, care în raport cu categoria menționată de substanțe s-ar putea numi și „noi formațiuni” și care ar putea fi, de asemenea, recunoscuți, la fiecare dată. stadiul de dezvoltare a solului, ca fiind relativ slab susceptibil la descompunere ulterioară.
Trebuie să includem substanțele humice menționate mai sus ca produse ale descompunerii substanțelor organice, care se caracterizează printr-o persistență relativ mare. Această stabilitate explică fluctuațiile relativ slabe ale compoziției cantitative a humusului pe o anumită perioadă de timp într-unul sau altul tip de sol, la unul sau altul dintre soiurile sale. Dar, bineînțeles, în procesul de evoluție pe care îl trece fiecare sol, aceste substanțe iau inevitabil și o parte activă - chiar și până la distrugerea lor completă și la mineralizarea ulterioară, adică până când compușii minerali cad din ele - într-un mod liber. forma și înainte de transformarea „organogenilor” în produse finite precum CO2, H2O etc.
Lăsând deoparte luarea în considerare a compoziției și proprietăților acelor produse de descompunere tranzitorii și „etrecătoare” și, prin urmare, instabile și necaracteristice pe care le-am menționat mai sus, ne vom întoarce în viitor la studiul acelei forme specifice de sol, care se numește humus.
Compușii humusului din sol, care joacă un rol atât de important în formarea solului și în viața plantelor, au atras de multă vreme atenția a numeroși cercetători. În ciuda acestui fapt, încă nu este posibil să înțelegem pe deplin întregul set complex de fenomene asociate cu geneza humusului, compoziția și proprietățile acestuia.
Pentru a înțelege compoziția și proprietățile humusului din sol, calea analitică a fost folosită de mult timp: s-au făcut de mult timp diferite încercări, într-un fel sau altul, de a izola acest complex complex de masa totală a solului - cu analiza ulterioară a compoziției și proprietăților sale. .
Metoda de extragere a substanțelor humice din sol, propusă de Sprengel și care nu și-a pierdut până astăzi semnificația în modificarea lui Grandeau, constă în tratarea solului cu un fel de carbonat alcalin (carbonat de sodiu, carbonat de potasiu sau carbonat de amoniac). Prin spălarea îndelungată și repetată a solului cu reactivii menționați, se poate realiza adesea o decolorare aproape completă a acestui sol și se poate obține în filtrat un lichid negru sau maro, care este astfel o soluție alcalină de substanțe humus ale solului studiat. („substanță neagră”). Având în vedere faptul că soluția de „materie neagră” poate conține, într-o anumită măsură, și acele substanțe minerale ale solului care nu aparțin direct compușilor humusului (sub formă de suspensii foarte fine), cele de mai sus- filtrarea menționată se realizează acum de obicei folosind filtre speciale care pot reține complet aceste suspensii (folosind, de exemplu, lumânări de lut Chamberlant etc.).
După cum au arătat studiile, nu este încă posibil să izolați toți compușii humusului în acest fel: indiferent cât de mult timp și în mod repetat vom trata solul cu alcalii carbonice, o anumită cantitate de substanțe organice care nu pot fi dizolvate și izolate rămâne aproape întotdeauna în sol. Există indicii în literatură că în unele soluri rămân de la 15 la 30 și chiar 40% din masa totală de substanțe organice prezente în aceste soluri, care nu pot fi supuse unor investigații ulterioare, ceea ce, desigur, indică importanța extremă și nevoie urgentă de examinare imediată și această parte inamovibilă a humusului solului. Cercetătorii anteriori au numit acești compuși, care nu sunt descompuși de alcali, substanțe „indiferente” ale humusului solului (humin - mai închis la culoare, ulmin, hein etc. - maroniu).
Procesul de tranziție a unei părți din substanțele humice din sol într-un extract alcalin, așa cum am discutat mai sus, a fost de obicei considerat ca formarea de săruri alcaline solubile ale diferiților acizi humici.
În această parte acidă a humusului solului, cercetătorii anteriori au distins: 1) acidul ulmic, 2) acidul humic, 3) acidul de hrean (cheie) și 4) acidul apocrenic (cheia sedimentară), și se credea că acizii ulmic și humic sunt partea cea mai puțin oxidată a humusului solului, adică sunt în compoziția sa cea mai tânără și cea mai inițială formă de descompunere a anumitor compuși organici care au luat parte la sinteza acestuia; acidul crenic este un produs deja mai oxidat decât cele menționate mai sus; în cele din urmă, acidul apocrenic este o substanță care este și mai oxidată, care caracterizează o descompunere și mai profundă a acelor compuși organici care participă la construcția humusului din sol.Fiecare dintre componentele presupuse ale humusului menționate mai sus a fost considerată a fi un individ chimic specific. și a fost exprimată de diverși autori în diverse formule chimice specifice.
Componentele de mai sus ale humusului din sol au, conform unui număr de cercetători, următoarele proprietăți:
Acidul humic (și acidul ulmic strâns înrudit) este negru; extrem de ușor solubil în apă. Sărurile sale („humates”) - sesquioxizii, precum și sărurile de calciu, magneziu și oxid feric sunt, de asemenea, insolubile. Numai sărurile sale alcaline (potasiu, sodiu, amoniu) sunt solubile.
Acid crepeic (acid „cheie”) - ușor solubil în apă; soluția sa apoasă este incoloră. Sărurile sale ("krenats") - săruri alcaline, alcalino-pământoase și de oxid feric - sunt ușor solubile. Același lucru trebuie spus despre sărurile acide de alumină; sărurile de sesquioxizi - medii, precum și mangan și cupru - sunt greu de dizolvat în apă.
Acidul apocrenic (acidul „cheie sedimentară”) este puțin mai puțin solubil în apă decât acidul crenic. Sărurile sale (“apocrenate”) de alcalii și oxid feros sunt ușor solubile în apă; sărurile bazelor alcalino-pământoase sunt oarecum mai dificile; Sărurile de sesquioxid, sărurile de mangan și de cupru sunt greu de dizolvat.
Metodele existente pentru producerea lor separată se bazează, de asemenea, pe proprietățile descrise ale componentelor humusului din sol.
Ideea humusului ca complex de acizi diferiți, specifici și sărurile lor este susținută de o serie de cercetători moderni. Astfel, Sven-Oden distinge următorii compuși în compoziția humusului solului:
Cărbuni humici (corespunzător ulminului și huminului autorilor anteriori). Sunt anhidride ale acizilor humic și himatomelanic. Sunt insolubile în apă și nu dau soluții coloidale. Acoperit cu culoare neagră sau maro închis.
Acid humic; corespunde acidului humic al autorilor anteriori, cu toate proprietățile sale (foarte puțin solubil în apă și alcool; toate sărurile sale, cu excepția celor alcaline, sunt și ele insolubile; poate da soluții coloidale cu apă; acidul are culoarea negru-brun).
acid himatomelanic; corespunde acidului ulmic al autorilor anteriori. Culoarea maro. Proprietățile sale sunt similare cu acidul humic, dar solubile în alcool. Oferă soluții coloidale cu apă.
Acizii fulvici corespund acizilor crepeic și apocric ai autorilor anteriori. Ușor solubil în apă, ca majoritatea sărurilor lor. Vopsit în galben.
Astfel, Sven-Oden, pe baza cercetărilor sale, recunoaște că substanțele humice din sol reprezintă într-adevăr anumiți compuși chimici (acizi și derivații acestora), dar parțial, fiind în stare coloidală, pot produce și așa-numiții „compuși absorbanți. ”
În paralel cu încercările de a afla însăși natura componentelor care alcătuiesc substanța humică a solului, de mult timp se desfășoară activități de cercetare activă pentru a elucida structura internă a acestui complex complex. O atenție deosebită a fost atrasă asupra naturii și rezistenței conexiunii cu „miezul” humusului de substanțe de cenușă și compușii săi azotați.
Pe baza unor lucrări, se poate crede că compușii organo-minerale care alcătuiesc humusul solului sunt săruri simple și duble ale acizilor humici, unde substanțele de cenușă sunt legate de substanțe organice precum legătura bazelor cu acizii, respectând astfel legile simple. reacții chimice (Schibler, Mulder, Pitch). Pe de altă parte, există dovezi că substanțele de cenușă sunt conținute în humus mult mai ferm și nu pot fi extrase complet din acesta din urmă prin prelucrarea lui prin metode convenționale, ci doar după distrugerea lui completă (de exemplu, prin ardere). de aceasta chiar de la autori anteriori. Deci, de exemplu, Rodzianko, după precipitarea repetată a humusului și tratarea acestuia cu acid clorhidric 30%, a găsit încă aproximativ 1,5% cenușă în el. Toate aceste studii dau motive de a crede că substanțele minerale sunt prezente în molecula complexului de humus în sine.
Potrivit unui număr de oameni de știință (Gustavson), substanța humică conține, pe lângă reziduurile apoase acide, reziduuri alcoolice, al căror hidrogen poate fi înlocuit cu metale cu caracter slab acid (fier, aluminiu). În cenușa substanței humice, aceste metale poliatomice se găsesc în cantități semnificative și pot servi ca legături de legătură între restul părții minerale a compusului mineral (P2O5, SiO2, parțial saturat cu alte baze) și substanțele organice. Un astfel de compus nu trebuie descompus de alcalii, deoarece hidrogenul reziduurilor apoase alcoolice nu poate fi înlocuit, după cum se știe, cu radicali alcalini.
În plus, lucrările lui Hoppe-Seyler, care au arătat că substanțele humus cu alcalii caustici și apă atunci când sunt încălzite la 200 ° C dau acid protocatechinic (unul dintre acizii dihidroxibenzoici), sugerează că complexul de humus conține reziduuri apoase fenolice (confirmat de cercetări recente. - F. Fischer).
Reinitzer, după ce a remarcat capacitatea acidului humic de a restabili lichidul lui Fehling, este înclinat să creadă că conține și o grupare aldehidă sau o grupare hidroxil, ca în fenol, sau ambele. Există anumite indicii ale prezenței grupărilor carboxil în acidul humic. Levakovsky, P. Slezkin, S. Kravkov consideră că legătura în humus între părțile organice și minerale este la fel de puternică ca cea existentă în materia vegetală proaspătă și că humusul primește o parte din părțile sale de cenușă ca și cum ar fi „moștenit” din humus. fost. Din acest punct de vedere, substanțele de cenușă ale humusului sunt incluse în însăși molecula materiei organice, iar complexul de humus intră în sol din reziduurile vegetale (și animale) pe moarte într-o oarecare măsură într-o formă „gata”, adică nu în formă de materie organică pur, dar minerală - organică, care, parcă, mai târziu, când intră în sol, își completează formarea finală prin adăugarea unui număr de alte elemente de cenușă deja din sol. Găsim o oarecare confirmare a acestui punct de vedere în lucrările ulterioare ale lui B. Odintsov și Gartner, care au obținut extracte din resturi de plante în descompunere, care erau foarte asemănătoare ca compoziție și proprietăți cu humusul din sol.
Un număr mare de studii au fost dedicate unei întrebări mai specifice - sub ce formă se găsește azotul în humusul din sol. Există dovezi care nu lasă nicio îndoială că acest element se prezintă parțial în humus sub formă de compuși de amoniac, ceea ce este dovedit de posibilitatea de îndepărtare a acestor compuși prin fierberea substanțelor humus cu alcalii caustici și precipitarea repetată cu acizi. Tenar, din gunoi de grajd puternic putrezit, a extras acid, care, după dizolvarea de 10 ori în KHO și precipitarea cu acid, nu a redus conținutul de azot; prin urmare, autorul a concluzionat că acest azot nu este amoniac, ci aparține unei particule a acidului însuși și poate fi deplasat de acolo numai după distrugerea completă a substanței, de exemplu, atunci când este fuzionat cu alcalii caustice etc. alți oameni de știință au remarcat, de asemenea, prezența unor compuși azotați foarte puternici - mai puțin studiati. Lucrările lui Berthelot și Andre au arătat că azotul din humusul solului se găsește într-o anumită parte sub formă de amide și aminoacizi. În același timp, experimentele ultimului dintre autorii pe care i-am numit au arătat că, pe lângă azot amidic și aminoacid (și amoniac), humusul din sol conține o cantitate (de la 20 la 66% din cantitatea totală de azot) de acest element într-o anumită formă (exact ceea ce rămâne neclar), nu este descompus nici de alcalii, nici de acid azotat. Unii cercetători consideră că această parte puternică azotată a humusului este rămășițele unor substanțe de origine animală (keratina, chinină etc.). Regretatul P. Kostychev a considerat aceste substanțe azotate ca fiind parte a bacteriilor și ciupercilor vii care trăiesc pe humusul solului. Există o presupunere (Demyanov) că humusul conține substanțe proteice, dar nu într-o formă liberă (în care sunt fragile și ușor de descompus - atât din reactivi chimici, cât și sub influența enzimelor), ci într-o combinație mai stabilă cu alte substanțe. de natură acidă, de exemplu, cu acizi tanic și fosforic și, în final, cu acizi humici fără azot sau cu vasculoză deshidratată. Există motive întemeiate pentru a suspecta prezența azotului în humusul din sol, care aparține nucleinelor, nucleoproteinelor, lecitinei etc. Prezența proteinei în humusul solului este confirmată de lucrările lui A. Shmuk.
Succesele pe care le-a obținut chimia coloidală, mai ales în ultimii ani, nu au putut decât să se reflecte în unele principii ale științei solului și, în special, nu au putut decât să joace un rol semnificativ în elucidarea adevăratei naturi a substanțelor humice. Lucrările lui van Bemmelen, Fischer, Ehrenberg și cercetările remarcabile ale savantului rus K. Gedroits ne oferă în prezent posibilitatea de a considera substanțele humice din sol ca fiind compuși care se află, într-o anumită măsură, într-o stare coloidală. Acesta este ceea ce ne conduce la studiul unui număr de proprietăți deosebite pe care le posedă aceste substanțe. Astfel, capacitatea lor de a coagula din soluții sub influența acizilor și sărurilor, a înghețului și a curentului electric, absorbția lor puternică de apă și - ca urmare a acesteia - cea mai puternică capacitate de a se umfla, iar după uscare o scădere puternică a volumului, foarte conductivitate electrolitică slabă, subordonarea transformărilor suferite de substanțele humice - legile tensiunii superficiale și nu legile stoichiometrice, capacitatea substanțelor humusului de a precipita solurile de coloizi cu încărcare opusă, capacitatea de a forma amestecuri complexe și produse de adiție complexe etc. - toate acestea confirmă că sub formă de substanțe humus vedem un complex complex de compuși care se află într-o anumită parte în stare coloidală.
Din acest punct de vedere, unele dintre proprietățile substanțelor humice discutate mai sus ar trebui să ni se arate într-o formă ușor diferită. Astfel, partea de cenușă a humusului, de exemplu, ar trebui considerată nu ca un compus chimic specific, ci ca un „compus absorbant”; soluțiile de substanțe humice în alcali nu ar trebui să fie soluții adevărate, ci pseudo-solvenți; efectul precipitant asupra substanțelor humice a cationilor cu două și trei cifre (Ca++, Mg++, Al+++, Fe+++) - ca proces de coagulare, coagulare, formarea gelurilor etc. Conform lui W. Gemmerling, dispersia substantelor humus creste paralel cu gradul lor de oxidare si paralel cu activitatea lor. Din acest punct de vedere, V. Gemmerling consideră humin și ulmin ca fiind corpurile cel mai puțin dispersate, iar acizii crepeic și apocretic cei mai dispersați.
În lucrările lui Baumann și Gully, opiniile de mai sus ale lui van Bemmelenn și alții au găsit, totuși, o expresie extremă; autorii menționați au încercat să demonstreze că acizii humici nu formează niciodată săruri adevărate, că toți compușii care au fost descriși ca săruri, de fapt, nu au nici o compoziție constantă, nici capacitatea de a suferi reacții ionice, fiind exclusiv „absorbție (adsorbție) compuși.” Ar trebui să considerăm în prezent aceste opinii ca fiind exagerate, deoarece, așa cum am indicat mai sus, doar o parte din substanțele humice pot fi găsite în sol în stare coloidală; în plus, trebuie remarcat faptul că starea coloidală a materiei nu exclude deloc capacitatea unei substanțe de a intra în reacții chimice.
Pe baza unui număr de studii ulterioare, trebuie să credem că niciunul dintre „acizii” menționați mai sus nu reprezintă un individ chimic specific, ci, luat individual, este un complex complex de diferiți compuși. Din acest punct de vedere, metodele existente de separare a humusului de sol în componentele menționate mai sus trebuie considerate condiționate, înțelegând cuvintele acizi „humic”, „crep” și „apocrenic” doar ca un ansamblu de complexe omogene în ceea ce privește fizicul și proprietăți chimice.
Avem indicii în acest sens de la autori anteriori (Post, Muller, Reinitze, Berthelot etc.), care au afirmat în partea organică a solurilor existența unui număr de compuși organici foarte diverși (rășini și grăsimi, glicerină, nucleine, aldehide, și multe altele. ); Cu toate acestea, această poziție a primit o justificare deosebit de puternică după munca oamenilor de știință americani (Schreiner și Shorey etc.). Acesta din urmă, pentru a studia compoziția și proprietățile compușilor humusului, a aplicat o serie de reactivi foarte diverși pe diverse soluri americane pentru a extrage din sol cele mai diverse grupe de compuși organici care s-ar putea găsi în humusul acestor soluri. . În acest scop, au folosit ca solvenți alcalii caustici, acizi minerali, alcool, eter de petrol și etilic etc.. Pentru a arăta cum au putut constata diverse grupuri de compuși organici cercetătorii americani în compoziția părții organice a solurilor, prezentăm o listă a acestora (ne vom limita doar la cei mai importanți reprezentanți).
S-au găsit următorii acizi: acizi monooxistearic, dioxistearic, parafină, lignoceric, agroceric, oxalic, succinic, crotonic și alți acizi.
S-au găsit următorii carbohidrați: pentozani, hexoză etc.
Din hidrocarburi: entracontan.
Din alcooli: fitosterol (din grupa substantelor colesterolului), agrosterol, manitol etc.
Din esteri: esterii acizilor rășini, gliceridele acizilor capric și oleic etc.
Din substanțe azotate: trimetilamină, colină.
Diaminoacizi: lizina, arginina, histidina etc.
Citozină, xantină, hipoxantină, creatină.
Acizi picolincarboxilici și nucleici.
Pe lângă compușii menționați, acidul benzoic, vanilina și multe altele au fost izolate în multe soluri. etc.
Dintre toate substanțele enumerate, a predominat acidul humic (adică în sedimentul format în timpul tratării unui extract alcalin cu acid clorhidric); esteri ai acizilor rășini, acizi rășini, gliceride ale acizilor grași, agrosterol, fitosterol, acizi agroceric, lignoceric, parafină etc.; în compoziţia acizilor crenic şi apocric (adică în filtratul acid din sedimentul mai sus menţionat) s-au găsit: pentozani, xantină, hipoxantină, citozină, histidină, arginină, acizi dihidroxistearic şi picolincarboxilic etc.
Este interesant de remarcat faptul că, după tratarea repetată a solurilor cu alcali caustici (2%), a rămas încă o cantitate semnificativă de unii compuși organici care nu au intrat în soluție („humin” și „ulmin” de către autorii anteriori).
Desigur, acum nu există nicio îndoială că așa-numiții acizi humic, crep și apocrenic nu reprezintă indivizi chimici specifici, ci sunt fiecare în parte un amestec de diferiți compuși organici. Cu toate acestea, lucrările menționate mai sus ale cercetătorilor americani nu rezolvă în niciun fel problema asociată cu elucidarea compoziției humusului, deoarece rămâne neclar dacă au determinat toate substanțele de mai sus în partea organică a solurilor studiate în general sau în mod specific în humus face parte din compoziția lor (amintiți-vă că distincția acestor două concepte pe care am făcut-o mai sus). Mai degrabă, trebuie să presupunem că toți compușii organici izolați mai sus din sol sunt componente ale părții organice generale a solurilor; dar care dintre ele sunt incluse în compoziția humusului solului rămâne neclar. Însuși faptul prezenței în sol a tuturor acelor compuși organici care fac parte din reziduurile vegetale și animale, precum și prezența în ele a diferitelor forme intermediare de descompunere a acestor compuși, desigur, nu poate fi supusă niciunei îndoieli. Prin urmare, cercetările efectuate de oamenii de știință americani cu greu ne avansează în rezolvarea problemei compoziției și proprietăților acelei formațiuni de sol organo-minerale pe care o numim humus. În cel mai bun caz, ne oferă un argument în plus - să bănuim complexitatea chimică și diversitatea acelor complexe pe care le unim în mod convențional cu cuvintele „humic”, „crep”, etc. acizi.
Având în vedere faptul că nu s-au găsit încă metode prin care să putem izola substanțele humice din sol în forma lor pură și astfel să le individualizăm, considerațiile pe care le-am exprimat acum pot fi aplicate într-o măsură mai mare sau mai mică tuturor celorlalte cercetări. și munca , care se străduiesc într-un fel sau altul să descifreze compoziția și proprietățile humusului din sol încercând să-l izoleze pe acesta din urmă de sol, pentru că nu putem fi niciodată siguri dacă avem de-a face cu adevărat cu substanțe humice din sol sau dacă avem confruntat cu diverse relicve ale acelor compuși organici care făceau parte din rămășițele vegetale și animale moarte și pe care trebuie să-i recunoaștem ca fiind compuși tranzitori ai părții în general organice a acestui sol.
Nu este lipsită de temei că presupunerea este dacă toți compușii organici determinați prin această metodă sunt un fel de noi formațiuni obținute în chiar procesul de tratare a solurilor studiate cu anumiți reactivi utilizați (alcali, alcool etc.). În sfârșit, este imposibil să nu subliniem că compoziția humusului în diferite soluri este, desigur, foarte diferită (în funcție de compoziția vegetației pe moarte, de condițiile climatice, de compoziția fizică, mecanică și chimică a părții minerale a solul etc.). Prin urmare, dorința de a afla compoziția și proprietățile humusului solului în modul menționat mai sus întâmpină, fără îndoială, o mulțime de dificultăți, oferindu-ne în fiecare caz individual idei parțiale condiționate despre datele obținute.
Toate considerațiile exprimate acum pot fi destul de aplicabile, așa cum am indicat mai sus, la ultimele încercări care au fost făcute recent de un număr de cercetători în domeniul găsirii metodelor de izolare a substanțelor humice din masa solului. În prezent, se atrage o atenție deosebită metodei de izolare a substanțelor humice din sol prin tratarea acestora din urmă cu bromură de acetil (CH3COOBr) - metodă propusă de Karrer și Boding-Wieger și utilizată pe scară largă de Springer. Bromura de acetil, după cum au arătat studiile relevante, transferă în soluție toate substanțele organice din sol ale reziduurilor vegetale încă nehumificate și aproape că nu afectează substanțele humice ale solului, ceea ce ar părea să deschidă oportunități largi pentru cercetări directe ulterioare și analiza acestor din urmă. Cu toate acestea, această metodă a fost încă studiată prea puțin și puțin testată, motiv pentru care trebuie să ne abținem de la a face judecăți definitive pentru moment. Cu atât mai aplicabil este ceea ce s-a spus în legătură cu alte încercări recente de a izola substanțele humice din sol - la metode, de exemplu, de tratare a solului cu peroxid de hidrogen, piridină etc. Trebuie să recunoaștem toate aceste metode ca fiind condiționate și controversată ca metoda discutată mai sus, folosită de Schreiner și Shorey, în urma căreia toate considerațiile și prevederile prezentate de cercetătorii sus-menționați cu privire la compoziția și proprietățile substanțelor humice din sol ridică o serie de îndoieli insolubile.
Având în vedere acest lucru, nu considerăm că este posibil să prezentăm în acest curs toate punctele de vedere exprimate de autorii menționați mai sus cu privire la aspectele legate de compoziția, structura și proprietățile substanțelor humice, ca fiind bazate pe temeiuri nesigure și condiționate.
De multă vreme s-a încercat să se aplice o altă metodă judecăților despre compoziția și proprietățile substanțelor humice, și anume metoda sintetică sau, mai corect, metoda genetică, adică metoda obținerii artificiale a substanțelor humus (cu toate proprietăţile lor caracteristice) de la anumiţi indivizi chimici cu un studiu detaliat al tuturor acelor etape intermediare pe care aceşti indivizi le parcurg pe această cale. Trebuie să recunoaștem calea studiului genetic al humusului ca, fără îndoială, mai fructuoasă și capabilă să ne ofere rapid cheia pentru rezolvarea întrebărilor legate de originea, compoziția și proprietățile acestui complex complex.
În acest fel, puteți folosi două metode: sau încercați să obțineți în mod artificial compuși asemănători substanțelor humice prin tratarea cu unul sau altul reactiv a diverșilor compuși organici cei mai des întâlniți în corpul plantei. Această cale a fost utilizată pe scară largă în lucrările cercetătorilor anteriori (în special multe astfel de experimente au fost efectuate cu carbohidrați prin tratarea acestora cu acizi minerali puternici). Sau, pentru a evita utilizarea unor astfel de metode „violente” de humificare a obiectelor studiate, se poate folosi o altă metodă, și anume: plasarea anumitor indivizi chimici (proteine, carbohidrați etc.) și combinațiile acestora în diferite condiții pentru descompunerea lor. (la diferite temperaturi, în diferite condiții de aerare și umezire, cu și fără participarea factorilor biologici etc.), încercați să investigați care dintre obiectele studiate și în ce condiții pot fi transformate în substanțe asemănătoare humusului și care nu pot , iar prin studierea etapelor intermediare, parcurse de aceste obiecte în drumul spre formarea finală a humusului, încercați să pătrundeți în însăși esența transformărilor chimice care au loc în timpul acestui proces. Trebuie să recunoaștem această cale ca fiind mai naturală și mai productivă.
Prima întrebare generală care decurge din această formulare a problemei care ne interesează este următoarea: ce componente specifice ale reziduurilor vegetale și animale pe moarte sunt direct implicate în construcția humusului? Cu alte cuvinte: care dintre aceste componente ar trebui să considerăm „sursele primare” ale compoziției materiale a humusului? Unii cercetători, pe baza premiselor teoretice că numai acele părți constitutive ale plantelor (și animalelor) care au rezistență și rezistență comparativă în timpul proceselor de descompunere ar trebui să ia parte la formarea humusului, presupun că principala sursă de formare a humusului este fibrele. , substante incrustante, lignina, guma, taninuri etc. Alte componente ale reziduurilor vegetale (proteine ​​etc.) in timpul proceselor de descompunere a acestora se descompun atat de usor si rapid in sol in produse finite (CO2, H2O, etc.) incat, potrivit Acești cercetători nu pot fi fixați în masa solului și astfel nu pot lua parte la sinteza acelui complex puternic și stabil care este humusul. Alți cercetători au prezentat un alt punct de vedere, care este într-o oarecare măsură opusul a ceea ce tocmai s-a afirmat, și anume că, în formarea humusului din sol, cei mai mobili și, în special, numai produsele de descompunere solubile în apă ai organicului murind. reziduurile iau un rol imediat și direct (Levakovsky, Hoppe-Seyler, Slezkine, Kravkov).
Pe baza lucrărilor acestor cercetători, se poate observa că apa atmosferică, chiar și din reziduuri proaspete, adică reziduuri de plante care nu au fost încă supuse niciunui proces de descompunere, este capabilă să spăleze o întreagă gamă de compuși atât organici, cât și cenuși, care ulterior, sub influența diverșilor agenți fizico-chimici și biochimici, sunt capabili să se transforme în substanțe întunecate, asemănătoare humusului. Acest proces are loc la o scară și mai dramatică, desigur, în cazul în care apa trebuie să acționeze asupra rămășițelor de plante moarte care au suferit deja anumite stadii de degradare (caz care trebuie tratat în principal în condiții naturale).
Acum ar trebui să considerăm că judecățile contradictorii subliniate mai sus cu privire la sursele primare ale compoziției materiale a humusului solului și-au pierdut claritatea. În zilele noastre nu mai există nicio îndoială că, înainte de a se transforma în humus, compușii complet organici trebuie, fără îndoială, să treacă mai întâi prin faza lichidă. Și întrucât nu există compuși organici absolut stabili și absolut neschimbabili și toți, sub influența agenților pur chimici sau biochimici, pot suferi diverse transformări, inclusiv în direcția creșterii mobilității și solubilității lor (chiar și lignină, rășini și taninuri) , atunci este necesar să recunoaștem că toți compușii organici incluși în compoziția reziduurilor vegetale și animale pot lua parte la construcția miezului de humus al masei de sol. Întrebarea se reduce doar la clarificarea cotei de participare a fiecărui compuși organici în procesul de construire a acestui nucleu și, cel mai important, la clarificarea acelor interacțiuni chimice, fizico-chimice și biochimice complexe care au loc între compușii organici și substanța minerală a solul, cu alte cuvinte, la studierea acelor fenomene complexe care însoțesc însuși procesul de formare a complexului organomineral, corpul solului.

Cercetări ample în aceste domenii au fost efectuate în laboratorul nostru de către A. Trusov. Prin plasarea diverșilor compuși organici - adesea pe perioade foarte lungi de timp - în diferite condiții de descompunere, autorul menționat a făcut, pe baza experimentelor sale, următoarele concluzii principale:
1. Carbohidrații (fibre, hemiceluloză, amidon, zaharoză, glucoză și levuloză) aparent nu participă la formarea substanțelor humice.
2. Uleiurile ocupă doar o parte foarte limitată în această sinteză.
3. De asemenea, acizii organici, guma și pluta nu pot fi clasificați ca agenți de formare a humusului.
4. Principalii „furnizori” de substanțe humice din sol sunt proteinele, taninurile, substanțele de încrustație (lignina) și diverși compuși polifenolici (hidrochinona, orcina, pirogalolul etc.).
5. Substanțele proteice pe calea humificării lor suferă în primul rând descompunere hidrolitică; Ulterior are loc oxidarea și condensarea produselor acestei hidrolize. Dintre acești produși ai descompunerii hidrolitice a proteinelor, compușii pirol și benzen sunt utilizați pentru a forma substanțe humice, iar din acestea din urmă, în principal, cei care conțin o grupare fenolică, de exemplu: indol, skatol, prolină, triptofan, fenilalanină, tirozină etc. Rezultatele sunt produse condensate, colorate in negru si maro.colorare cu caracter de oxichinone.
6. Umidificarea ligninei (substanțe incrustante) are loc datorită grupărilor fenolice și chinonice pe care le conține. Se obțin diverse produse compactate - din nou cu caracter de oxichinone.
7. Umidificarea taninurilor - prin acid galic, rezultat din hidroliza acestor substante, are loc din nou pana la formarea unor produse compactate cu caracter de oxichinone; în plus, se obţin acid tannomelan, pirogalol, purpurogalină etc.
8. Aproximativ aceiași produse se obțin prin humificarea compușilor polifenolici incluși în reziduurile vegetale.
Umidificarea tuturor compușilor organici de mai sus are loc în sol sub influența unei game largi de factori atât biologici, cât și chimici.
Rezumând toate procesele de humificare într-o singură schemă generală, putem spune astfel că prima etapă a acestor procese este descompunerea hidrolitică a diferiților compuși de carbon, adică descompunerea unui lanț complex de carbon în părți mai simple.
A doua etapă în formarea substanțelor humice se exprimă în pierderea viguroasă a apei și în fenomenele de compactare internă.
A. Trusov, după cum vedem, a desenat doar o diagramă generală a proceselor care ne interesează. Cel mai recent, modul sintetic (genetic) de a studia substanțele humice din sol a fost utilizat pe scară largă de către cercetătorul american Waksman.
Pe baza considerației că diferiți compuși organici incluși în compoziția rămășițelor de plante și animale moarte au grade diferite de rezistență împotriva acțiunii distructive a microbilor și grade diferite de mobilitate și reactivitate chimică a acestora și, prin urmare, grade variate de posibilă participare la sinteza acel complex relativ stabil, care este humusul de sol, Waksman, după ce a dezvoltat metodologia adecvată, împarte toți compușii organici găsiți în materia vegetală într-un număr de fracții, unite prin anumite proprietăți comune.
1. Dacă una sau alta substanță vegetală (turbă etc.) este supusă mai întâi extracției cu eter, atunci aceasta intră în soluție; uleiuri esențiale și grase, parte din substanțele ceroase și rășinoase etc. Acest grup de compuși trebuie caracterizat ca având o rezistență mare la acțiunea de descompunere a microorganismelor și, ca atare, poate, prin urmare, să participe într-o formă ușor modificată la formarea acel complex relativ puternic, care este humusul din sol.
2. Prin influențarea reziduului, după tratarea acestuia cu eter, apă (întâi rece, apoi fierbinte), promovăm trecerea în soluție a diferitelor zaharuri (glucoză, manoză, pentoză etc.), aminoacizi, unele proteine ​​solubile, unele acizi organici (tartric, acetic, arabic, malonic etc.), alcooli (manitol etc.), o anumită cantitate de amidon, taninuri etc. Această grupă de substanțe, cu excepția taninurilor, dimpotrivă, poate fi caracterizat ca fiind foarte usor de descompus sub influenta microorganismelor (bacterii si ciuperci), motiv pentru care, fiind distrus rapid in sol, nu serveste drept sursa directa pentru construirea complexului de humus.
3. Influențând în continuare restul substanței analizate cu alcool la fierbere la 95°, transferăm în soluție unele rășini și ceară, alcaloizi, clorofilă și alți pigmenți, tanin, colină, alcooli superiori (inozitol), etc. Toată această fracție trebuie caracterizată. ca având o mare stabilitate și rezistență la acțiunea de descompunere a microorganismelor și, prin urmare, poate, ca atare, în forma sa ușor modificată, să facă parte din humusul solului.
4. Prin tratarea reziduului de la tratamentul anterior cu acizi diluați la fierbere (de exemplu, 2% HCl), promovăm transferul hemicelulozei (fibre „false”) în soluție, care în timpul acestei operații suferă hidroliză, adică se transformă în simplă carbohidrați Hemicelulozele sunt, După cum se știe, atât hexozele cât și pentozele sunt anhidride (derivații acestora din urmă, așa-numiții pentozani, sunt foarte frecvente în corpul plantei).
Prin tratarea reziduului din operațiunea anterioară cu acizi concentrați (80% H2SO4 și 42% HCl), transferăm celuloză (fibră „adevărată”) - o anhidridă complexă de glucoză - în soluție.
Atât celuloza, cât și hemiceluloza sunt una dintre cele mai importante componente ale substanței uscate a reziduurilor vegetale.
Deși din punct de vedere chimic ambele grupe menționate de compuși organici ar trebui, așadar, caracterizate ca fiind compuși foarte puternici și stabili, cu toate acestea, sub influența activității microorganismelor speciale care secretă enzime hidrolizante, acestea suferă o descompunere destul de rapidă și completă în sol. , ceea ce face foarte dubioasă prezența lor în compoziția humusului solului.
5. Restul din toate operațiunile anterioare ne oferă posibilitatea de a determina așa-numita lignină (substanțe încrustatoare care sunt o componentă necesară a pereților celulelor vegetale). Natura chimică a ligninei este neclară. Acest concept este unul compozit, incluzând un complex de diferiți compuși care nu sunt susceptibili de hidroliză nici măcar sub influența unor astfel de acizi concentrați precum 80% H2SO4 și 42% HCI menționate mai sus. Rezistența sa mare la acțiunea distructivă a microbilor dă dreptul de a-l considera una dintre componentele comune ale humusului din sol.
6. Un grup de compuși care conțin azot joacă un rol extrem de important în viața plantelor și animalelor, fiind parte integrantă a plasmei celulare. Acest grup este numeros și divers în proprietățile sale. Unii dintre acești compuși sunt solubili în apă (vezi mai sus: proteine ​​solubile, aminoacizi etc.); cealaltă parte este ușor hidrolizată atunci când este expusă la fierbere acizi diluați (proteinele în sine) și apoi produce compuși solubili în apă; a treia parte este hidrolizată numai atunci când este expusă la acizi concentrați etc.
Din acest punct de vedere, grupul de compuși organici azotați trebuie recunoscut ca fiind foarte diferit - în gradul de stabilitate și descompunere a reprezentanților săi individuali și, în consecință, în gradul de participare la formarea complexului de humus.
În plus față de diferiții compuși organici menționați mai sus, observăm întotdeauna cantități variate dintr-o mare varietate de substanțe minerale (cenusa) în compoziția corpului plantelor și animalelor pe moarte. Toți acești compuși diverși, care intră în diferitele orizonturi ale rocilor de intemperii în timpul procesului de formare a solului, suferă sorti diferite: unii dintre ei, devenind proprietatea microbilor, se descompun și se descompun rapid, alții suferă o serie de fenomene complexe de interacțiune cu componente minerale ale solului, unul dintre rezultatele cărora este acel complex organomineral relativ stabil și durabil, care se numește humus. Aceste fenomene de interacțiune sunt complexe și diverse: aici există reacții pur chimice între componentele rocilor de intemperii și acei produși de descompunere solubili ai reziduurilor organice care sunt supuse leșierii sistematice din acestea din urmă prin precipitații atmosferice, precum și fenomene microbiologice constând în procese diverse de descompunerea compușilor organici și simplificarea compoziției acestora și, pe de altă parte, sinteza inversă a produselor rezultate în organismul microorganismelor în procesul de nutriție a acestora cu formarea de noi substanțe organice complexe și, în final, fenomene fizico-chimice asociate cu starea coloidală a substanțelor care interacționează și care duce la formarea de „compuși speciali de adsorbție” în sol "
Pe baza faptului că dintre toți compușii organici care alcătuiesc reziduurile vegetale, lignina are cea mai mare rezistență la acțiunea de descompunere a microbilor; pe de altă parte, precizând faptul că în procesul de descompunere a acestor reziduuri are loc acumularea de complexe proteice (și a altor azotați) și, în continuare, că în toate solurile analizate de autor, substanțele acum menționate au reprezentat până la la 80% din materia organică totală a acestor soluri etc. , - Waksman face ipoteza că humusul din sol este format dintr-un complex de bază și complex - un miez, care include fracții de lignină și proteine, care sunt în strânsă legătură chimică cu reciproc.
Acest nucleu principal este însoțit de o serie de alte substanțe care fie au rămas din descompunerea rămășițelor vegetale și animale, fie au fost sintetizate datorită activității vitale a microorganismelor.
Printre aceste componente minore ale humusului solului se numără unele grăsimi și ceară, hemiceluloze, alcooli superiori, acizi organici etc. În solurile menționate mai sus analizate de Waksman, materia organică conține de fapt doar aproximativ 16% carbohidrați insolubili în apă (celuloză, hemiceluloză etc.) și doar 2,5-3% din substanțele solubile în eter și alcool, în timp ce suma proteinelor și ligninei a reprezentat până la 80% din totalul materiei organice a acestor soluri.
Ținând cont de faptul că fracția proteică care intră în sol cu ​​reziduuri vegetale și animale, precum și formată în acesta în timpul activității de sinteză a microbilor, poate varia în compoziția sa chimică și că gruparea ligninei poate reprezenta și un complex de compuși care diferă semnificativ unul față de celălalt, este clar că constituția internă a miezului lignină-proteină în diferite soluri formate și dezvoltate în diferite condiții poate varia semnificativ între ele.
Waksman a reușit să sintetizeze artificial acest complex lignină-proteină într-un cadru de laborator. Acesta din urmă s-a dovedit a fi, în ceea ce privește suma totală a proprietăților sale, puternic diferită de proprietățile componentelor individuale incluse în compoziția sa - lignina și proteina - și, în același timp, a dobândit toate acele proprietăți chimice, fizico-chimice și biologice care considerăm în general caracteristice humusului (sau, mai corect vorbind, pentru acea parte a acestuia care se numește acid humic): solubilitatea în alcali și precipitarea ulterioară de către acizi, culoare închisă, rezistența la acțiunea de descompunere a microbilor (substanțe proteice, de obicei ușor). susceptibile la acțiunea de descompunere a microorganismelor, ca urmare a interacțiunii lor cu lignina dobândesc, după cum s-a dovedit, o stabilitate mai mare).
Waksman a reușit să obțină în continuare compuși artificiali ai complexului „lignină-proteină” cu diverse baze (Ca, Mg, Fe, Al), în plus, folosind metode similare cu cele utilizate de obicei pentru obținerea diferitelor săruri ale acidului humic; Aceste studii, odată cu dezvoltarea lor ulterioară, pot aduce o oarecare claritate cunoașterii legăturii care există între miezul organic și elementele de cenușă ale humusului din sol. Apropo, s-a constatat că complexul lignină-proteină are

rezumatul altor prezentări

„Cultura celulelor și țesuturilor vegetale” - Funcțiile hormonilor în calusogeneză. Factori care influențează sinteza. Celule diferențiate. Tipuri de culturi celulare și tisulare. Eterogenitatea genetică. Culturi de celule vegetale. Dediferențiere. Caracteristicile celulelor calusului. Aspecte istorice. Formarea galilor coroanei. Cultură de celule unice. Motive pentru asincronie. Sinteza metaboliților secundari. Diferențierea țesuturilor calusului. Factori fizici.

„Frunze de plante” - frunze pețiolate. Care este marginea lamei frunzei? Frunza este și organul de respirație, evaporare și gutație (excreția picăturilor de apă) al plantei. Ce tip de venație? Frunze compuse. Descrie frunza. Frunzele sunt situate pe ambele părți ale pețiolului, la o oarecare distanță una de cealaltă. Frunze sesile. Marginea lamei frunzei. Trisilabic. Opus. Învârtit. Venele. Frunze simple. În botanică, frunza este un organ extern al unei plante a cărei funcție principală este fotosinteza.

„Clasificarea fructelor” - Dovleac. Pomeranian. Clasificarea fructelor. Organele plantelor cu flori. Comparaţie. Berry. Măr. Fructe suculente. Găsește-l pe cel ciudat. Polidrupa. Consolidarea materialului studiat. Drupă. Pericarp. Organe reproductive. Fructe, clasificarea lor.

„Fructe și semințe” - Pod. Nu-ți lăsa sufletul leneș. Lucrări de laborator. Dovleac. Cariopsis. Cunoştinţe. Drupă. Transfer. Arborele cunoașterii. Întrebări pentru consolidare. Răspândit prin împrăștiere. Răspândit prin apă. Semne de semințe. Infertilitate. O floare discretă. Transfer pe tegumente externe. Formarea fetală. Cutie. Lucrați în grupuri. Polidrupa. Făt. Răspândit de vânt. De ce trebuie să se împrăștie semințele?

„Structura lăstarii” - Tubercul. Tipuri de rinichi. Format din muguri de la baza tulpinii. Structura externă a lăstarului. Substante organice. Structura interna. Dezvoltarea lăstarilor din muguri. Internodurile sunt clar definite. Evadarea. Tubercul rădăcină. Creșterea tulpinii. Tulpina. Modificări de evacuare. Varietate de lăstari. Corm. Transportul substanțelor de-a lungul tulpinii. Rizom. Bec. Ramificare. Bulb și corm. Cântare. Bud.

„Sarcini privind structura plantelor” - Localizarea fasciculelor vasculare. Privește imaginea și răspunde la întrebări. Transport orizontal. Modificări subterane ale lăstarilor. Structura rinichilor. Localizarea lăstarilor în spațiu. Țesuturile vegetale. Ramificarea lăstarilor. Structura conului de creștere. Structura externă a rădăcinii. Talere. Modificări la rădăcină. Uită-te la desen. Didactică pentru o tablă interactivă în biologie. Aranjamentul frunzelor.

PRELEZA 9

Formarea și descompunerea substanțelor organice.

(fotosinteză, respirație, transpirație)

Să luăm în considerare mai detaliat procesele de acumulare a energiei solare în timpul formării substanțelor organice și disiparea acesteia în timpul distrugerii acestor substanțe. Viața pe Pământ depinde de fluxul de energie generat ca urmare a reacțiilor termonucleare care au loc în adâncurile Soarelui. Aproximativ 1% din energia solară care ajunge pe Pământ este convertită de celulele vegetale (și de unele bacterii) în energia chimică a carbohidraților sintetizați.

Formarea substanţelor organice în lumină numită fotosinteză (gr. Lumină, conexiune) Fotosinteza este acumularea unei părți din energia solară prin transformarea energiei sale potențiale în legături chimice ale substanțelor organice.

Fotosinteză- o legătură necesară între natura vie și cea neînsuflețită. Fără afluxul de energie de la Soare, viața de pe planeta noastră, supusă celei de-a doua legi a termodinamicii, ar înceta pentru totdeauna. Relativ recent (sfârșitul secolului al XVIII-lea) s-a descoperit că în substanțele organice formate în timpul fotosintezei, raportul dintre carbon, hidrogen și oxigen este de așa natură încât pentru 1 atom de carbon există, parcă, 1 moleculă de apă (de unde și denumirea de zaharuri). - carbohidrați). Se credea că carbohidrații sunt formați din carbon și apă, iar oxigenul este eliberat din CO2. Mai târziu, medicul englez Cornelius van Niel, studiind bacteriile de fotosinteză, a arătat că, ca urmare a fotosintezei, bacteriile cu sulf produc sulf mai degrabă decât oxigen:

El a sugerat că nu este CO2, ci apa care se descompune în timpul fotosintezei și a propus următoarea ecuație rezumativă pentru fotosinteză:

Pentru alge și plante verzi, H 2 A este apă (H 2 O). Pentru bacteriile cu sulf violet, H 2 A este hidrogen sulfurat. Pentru alte bacterii, acesta poate fi hidrogen liber sau altă substanță oxidabilă.

Această idee a fost confirmată experimental în anii 30 ai secolului al XX-lea folosind izotopul greu al oxigenului (18 O).

Pentru alge și plante verzi, ecuația generală a fotosintezei a început să fie scrisă după cum urmează:

Carbohidrații sintetizați de plante (glucoză, zaharoză, amidon etc.) reprezintă principala sursă de energie pentru majoritatea organismelor heterotrofe care locuiesc pe planeta noastră. Descompunerea materiei organice apare în timpul procesului de metabolism (gr. schimbare) în celulele vii.

Metabolism este un ansamblu de reacții biochimice și transformări energetice în celulele vii, însoțite de schimbul de substanțe între organism și mediu.

Suma reacțiilor care duc la dezintegrarea sau degradarea moleculelor și eliberarea de energie se numește catabolismși conducând la formarea de noi molecule - anabolism.

Transformările energetice în celulele vii sunt efectuate prin transferul de electroni de la un nivel la altul sau de la un atom sau moleculă la altul. Energia carbohidraților este eliberată în procesele metabolice în timpul respirației organismelor.

Respirația este procesul prin care energia eliberată prin descompunerea carbohidraților este transferată către molecula versatilă purtătoare de energie adenozin trifosfat (ATP), unde este stocată sub formă de legături de fosfat de înaltă energie.

De exemplu, atunci când 1 mol de glucoză se descompune, se eliberează 686 kcal de energie liberă (1 kcal = 4,18t10 J). Dacă această energie ar fi eliberată rapid, cea mai mare parte din ea ar fi disipată sub formă de căldură. Acest lucru nu ar aduce beneficii celulei, dar ar duce la o creștere fatală a temperaturii pentru aceasta. Dar sistemele vii au mecanisme complexe care reglează numeroase reacții chimice, astfel încât energia este stocată în legături chimice și poate fi apoi eliberată treptat, după cum este necesar. La mamifere, păsări și alte vertebrate, căldura eliberată în timpul respirației este conservată și, prin urmare, temperatura corpului lor este mai mare decât temperatura ambiantă. Plantele au o rată de respirație lentă, astfel încât căldura degajată de obicei nu afectează temperatura plantei. Respirația poate apărea atât în ​​condiții aerobe (în prezența oxigenului), cât și în condiții anaerobe (fără oxigen).

Respirație aerobică- un proces invers față de fotosinteză, adică materia organică sintetizată (C 6 H 12 O 6) se descompune din nou odată cu formarea de CO 2 și H 2 O cu eliberarea energiei potențiale Q transpirație acumulată în această substanță:

Cu toate acestea, în absența oxigenului, procesul poate să nu se finalizeze. Ca urmare a unei astfel de respirații incomplete, se formează substanțe organice care conțin încă o anumită cantitate de energie, care mai târziu poate fi folosită de alte organisme pentru alte tipuri de respirație.

Respirația anaerobă se desfășoară fără participarea oxigenului gazos. Acceptorul de electroni nu este oxigenul, ci o altă substanță, de exemplu acidul acetic:

rezerva de energie q 1 și poate fi folosit ca combustibil sau se oxidează și se aprinde spontan în natură în funcție de reacția:

Respirația fără oxigen servește drept bază pentru viața multora saprotrofe(bacterii, drojdie, mucegaiuri, protozoare), dar pot fi găsite și în țesuturile animalelor superioare.

Fermentaţie- aceasta este respirația anaerobă, în care materia organică în sine servește ca acceptor de electroni:

		iar alcoolul rezultat mai conţine

o anumită cantitate de energie q 2 care poate fi folosită de alte organisme:

Descompunerea poate fi rezultatul nu numai al proceselor biotice, ci și al abiotice. De exemplu, incendiile de stepă și de pădure returnează cantități mari de CO 2 și alte gaze în atmosferă și minerale în sol. Sunt un proces important și uneori chiar necesar în ecosistemele în care condițiile fizice sunt astfel încât microorganismele nu au timp să descompună reziduurile organice rezultate. Dar descompunerea finală a plantelor și animalelor moarte este efectuată în principal de microorganisme heterotrofe - descompunetori, dintre care exemple sunt răspândite în apele uzate și în apele naturale bacterii saprofite. Descompunerea materiei organice este rezultatul obținerii elementelor chimice și a energiei necesare în procesul de transformare a alimentelor în interiorul celulelor corpului lor. Dacă aceste procese încetează, toate elementele biogene vor fi legate în rămășițe moarte și continuarea vieții va deveni imposibilă. Complexul de distrugători din biosferă este format dintr-un număr mare de specii, care, acționând secvențial, realizează descompunerea substanțelor organice în minerale. Procesele de formare a substanțelor organice și descompunerea lor se numesc procese produse(lat. creație, producție) și distrugere(lat. distrugere). Echilibrul productiv-distructivîn biosferă în ansamblu în condiţiile moderne este pozitivă. Acest lucru se datorează faptului că nu toate părțile plantelor și animalelor moarte sunt distruse în același ritm. Grăsimile, zaharurile și proteinele se descompun destul de repede, dar lemnul (fibre, lignină), chitina și oasele se descompun foarte lent. Cel mai stabil produs intermediar al descompunerii materiei organice este humusul ( lat. sol, humus), a cărui mineralizare ulterioară este foarte lentă. Descompunerea lentă a humusului este unul dintre motivele întârzierii distrugerii în comparație cu produsele. Din punct de vedere chimic, substanțele humice sunt produse de condensare (latină - acumulare, compactare) a unor compuși aromatici (fenoli, benzeni etc.) cu produși de descompunere ai proteinelor și polizaharidelor. descompunerea lor aparent necesită enzime speciale, care sunt adesea absente în sol și în saprotrofele acvatice.

Astfel, descompunerea reziduurilor organice este un proces lung, în mai multe etape și complex, care controlează câteva funcții importante ale ecosistemului: întoarcerea nutrienților în ciclu și a energiei în sistem; transformarea substanțelor inerte de pe suprafața pământului; formarea de compuși complecși inofensivi de substanțe toxice; menţinând compoziţia atmosferică necesară vieţii Azrob. Pentru biosfera în ansamblu, decalajul dintre procesele de descompunere a substanțelor organice și procesele de sinteză a acestora de către plantele verzi este de cea mai mare importanță. Acest întârziere a cauzat acumularea de combustibili fosili în intestinele planetei și de oxigen în atmosferă. Bilanțul pozitiv al proceselor de producție și distrugere stabilite în biosferă asigură viața organismelor aerobe, inclusiv a oamenilor.

Modele de bază ale consumului de apă plantelor.

Transpiratie este procesul de evaporare a apei de către părțile terestre ale plantelor.

Una dintre principalele funcții fiziologice ale oricărui organism este menținerea unui nivel suficient de apă în organism. În procesul de evoluție, organismele au dezvoltat diverse adaptări pentru obținerea și utilizarea economică a apei, precum și pentru supraviețuirea perioadelor secetoase. Unele animale din deșert obțin apă din alimente, altele prin oxidarea grăsimilor depozitate în timp util (de exemplu, o cămilă, care este capabilă să obțină 107 g de apă metabolică din 100 g de grăsime prin oxidare biologică). În același timp, au o permeabilitate minimă la apă a tegumentului exterior al corpului, un stil de viață predominant nocturn etc. Cu ariditate periodică, de obicei cad într-o stare de repaus cu o rată metabolică minimă.

Plantele terestre obțin apă în principal din sol. Precipitațiile scăzute, drenajul rapid, evaporarea intensă sau o combinație a acestor factori duc la uscare, iar excesul de umiditate duce la îndesarea și îndesarea solurilor. Echilibrul de umiditate depinde de diferența dintre cantitatea de precipitații și cantitatea de apă evaporată de pe suprafețele plantelor și solului, precum și prin transpirație. La rândul lor, procesele de evaporare depind direct de umiditatea relativă a aerului atmosferic. Când umiditatea este aproape de 100%, evaporarea se oprește practic, iar dacă temperatura scade și mai mult, începe procesul invers - condens (se formează ceață, rouă și îngheț). Umiditatea aerului ca factor de mediu, la valorile sale extreme (umiditate ridicată și scăzută), sporește impactul (agravează) temperatura asupra corpului. Saturația aerului cu vapori de apă rar atinge valoarea maximă. Deficitul de umiditate este diferența dintre saturația maximă posibilă și cea existentă efectiv la o anumită temperatură. Acesta este unul dintre cei mai importanți parametri de mediu, deoarece caracterizează două cantități simultan: temperatura și umiditatea. Cu cât deficitul de umiditate este mai mare, cu atât este mai uscat și mai cald și invers. Regimul de precipitații este cel mai important factor care determină migrarea poluanților în mediul natural și scurgerea acestora din atmosferă.

Masa de apă conținută în organismele vii este estimată la 1,1 10 3 miliarde de tone, adică mai puțin decât ceea ce conțin albiile tuturor râurilor lumii. Biocenoza biosferei, care conține o cantitate relativ mică de apă, o conduce totuși intens prin ea însăși. Acest lucru se întâmplă mai ales intens în ocean, unde apa este atât un habitat, cât și o sursă de nutrienți și gaze. Cea mai mare parte a biocenozei planetei este formată din producători.În ecosistemele acvatice acestea sunt algele și fitoplanctonul, iar în ecosistemele terestre acestea sunt vegetația. Într-un mediu acvatic, plantele filtrează continuu apa prin suprafața lor, în timp ce pe uscat, extrag apa din sol cu ​​rădăcinile lor și îndepărtează (transpira) partea de deasupra solului. Astfel, pentru a sintetiza un gram de biomasă, plantele superioare trebuie să evapore aproximativ 100 g de apă.

Cele mai puternice sisteme de transpirație de pe uscat sunt pădurile, care sunt capabile să pompeze prin ele însele întreaga masă de apă din hidrosferă în 50 de mii de ani; În același timp, planctonul oceanic filtrează toată apa oceanului într-un an, iar organismele marine toate împreună o filtrează în doar șase luni.

În biosferă funcționează un filtru complex de fotosinteză, timp în care apa se descompune și, împreună cu dioxidul de carbon, este utilizată la sinteza compușilor organici necesari pentru construcția celulelor organismului. Organismele vii fotosintetice pot descompune întreaga masă de apă din hidrosferă în aproximativ 5 milioane de ani, iar alte organisme restaurează apa pierdută din materia organică pe moarte în aproximativ aceeași perioadă.

Astfel, biosfera, în ciuda volumului nesemnificativ de apă conținut în ea, se dovedește a fi cel mai puternic și complex filtru al hidrosferei de pe Pământ.

O cascadă de filtre biologice trece printr-o masă de apă egală cu masa întregii hidrosfere pe o perioadă de la șase luni până la milioane de ani. Prin urmare, se poate argumenta că Hidrosfera este un produs al organismelor vii, un mediu pe care l-au creat pentru ele însele. Academicianul V.I. Vernadsky a exprimat acest lucru cu teza: Organismul are de-a face cu un mediu la care nu este doar adaptat, dar care este adaptat acestuia.

Dezvoltarea ecosistemului.

Observațiile din natură arată că câmpurile abandonate sau pădurile arse sunt cucerite treptat de ierburi sălbatice perene, apoi de arbuști și, în final, de copaci. Dezvoltarea ecosistemelor în timp este cunoscută în ecologie ca succesiune ecologică (lat. continuitate, succesiune).

Succesiunea ecologică este o schimbare secvențială a biocenozelor care apar succesiv pe același teritoriu sub influența factorilor naturali sau antropici.

Unele comunități rămân stabile mulți ani, altele se schimbă rapid. Schimbările apar în toate ecosistemele, fie în mod natural, fie artificial. Schimbările naturale sunt naturale și controlate de comunitatea însăși. Dacă schimbările succesorale sunt determinate în principal de interacțiuni interne, atunci aceasta autogenă, adică succesiuni autogeneratoare. Dacă schimbările sunt cauzate de forțe externe la intrarea ecosistemului (furtună, incendiu, impact uman), atunci astfel de succesiuni se numesc alogene adică generate din exterior. De exemplu, pădurile defrișate sunt rapid repopulate de copacii din jur; lunca poate ceda loc pădurii. Fenomene similare apar în lacuri, pe versanți stâncoși, gresii goale, pe străzile satelor părăsite etc. Procesele de succesiune au loc continuu pe toată planeta.

Se numesc comunități succesive care se înlocuiesc într-un spațiu dat în serie sau etape.

Se numește succesiunea care începe într-o zonă care nu a fost ocupată anterior primar. De exemplu, așezări de licheni pe pietre: sub influența secrețiilor de licheni, substratul stâncos se transformă treptat într-un fel de sol, unde apoi se așează licheni stufători, ierburi verzi, arbuști etc.

Dacă o comunitate se dezvoltă pe site-ul uneia existente, atunci vorbesc despre secundar serie. De exemplu, modificările care apar după smulgerea sau tăierea unei păduri, construcția unui iaz sau lac de acumulare etc.

Viteza de succesiune variază. Din punct de vedere istoric, schimbarea faunei și florei pe perioade geologice nu este altceva decât succesiune ecologică. Ele sunt strâns legate de schimbările geologice și climatice și de evoluția speciilor. Astfel de schimbări au loc foarte încet. Succesiunile primare necesită sute și mii de ani. Cele secundare merg mai repede. Succesiunea începe cu o comunitate dezechilibrată în care producția (P) de materie organică este fie mai mare, fie mai mică decât rata respirației (D), iar comunitatea tinde către o stare în care P = D. Succesiunea care începe la P > D este numit autotrof, iar la P<Д - heterotrof. Raportul P/D este un indicator funcțional al maturității ecosistemului.

La P > D, biomasa comunitară (B) și raportul dintre biomasă și producția de B/P cresc treptat, adică mărimea organismelor crește. Creșterea are loc până când sistemul se stabilizează. Starea unui ecosistem stabilizat se numește menopauza(gr. scara, treapta matura).

Succesiunea autotrofa- un fenomen larg răspândit în natură care începe într-un mediu nelocuit: formarea pădurilor pe terenuri abandonate sau restabilirea vieții după erupții vulcanice și alte dezastre naturale. Se caracterizează printr-o predominanță pe termen lung a organismelor autotrofe.

Succesiunea heterotrofa caracterizat printr-o predominanță a bacteriilor și apare atunci când mediul este suprasaturat cu substanțe organice. De exemplu, într-un râu poluat de ape uzate cu un conținut ridicat de substanțe organice, sau într-o stație de epurare a apelor uzate. În timpul succesiunilor heterotrofe, rezervele de energie pot dispărea treptat. Din cauza absenței unui proces autotrof, este posibil să nu apară menopauza; apoi, după ce rezervele de energie sunt epuizate, ecosistemul poate dispărea (un copac care se prăbușește).

În sistemele de climax, se formează o rețea complexă de relații care își mențin starea stabilă. Teoretic, o astfel de stare ar trebui să fie constantă în timp și să existe până când este perturbată de perturbații externe puternice. Cu cât raportul P/D se abate de la 1, cu atât ecosistemul este mai puțin matur și mai puțin stabil. În comunitățile climax, acest raport se apropie de 1.

Tendințe ale modificărilor principalelor caracteristici ale ecosistemelor.În timpul succesiunilor autogenice se observă o modificare naturală a principalelor caracteristici ale sistemelor ecologice (Tabelul 2.2).

Succesiunea implică o schimbare funcțională a energiei către costuri crescute de respirație pe măsură ce materia organică și biomasa se acumulează. Strategia generală pentru dezvoltarea ecosistemelor este creșterea eficienței utilizării energiei și nutrienților, obținerea unei diversități maxime de specii și complicarea structurii sistemului.

Succesiunea este dezvoltarea dirijata, previzibila a unui ecosistem pana la stabilirea echilibrului intre comunitatea biotica - biocenoza si mediul abiotic - biotop.

În procesul de succesiune, populațiile de organisme și conexiunile funcționale dintre ele se înlocuiesc în mod natural și reversibil. Deși un ecosistem nu este un „superorganism”, există multe paralele între dezvoltarea unui ecosistem, a unei populații, a unui organism și a unei comunități de oameni.

Evoluţie ecosistemele, spre deosebire de succesiuni, este un lung proces de dezvoltare istorică. Evoluția ecosistemelor este istoria dezvoltării vieții pe Pământ de la apariția biosferei până în zilele noastre. Evoluția se bazează pe selecția naturală la specie sau la nivel inferior. Evoluția ecosistemelor se repetă într-o oarecare măsură în dezvoltarea lor succesivă. Procesele evolutive sunt ireversibile și non-ciclice. Dacă comparăm compoziția și structura ecosistemelor din epocile geologice timpurii și târzii, putem observa o tendință de creștere a diversității speciilor, gradul de închidere a ciclurilor biogeochimice, distribuția uniformă și conservarea resurselor în cadrul sistemului, complexitatea structurii. a comunităţilor şi dorinţa unei stări echilibrate în care ritmul de evoluţie încetineşte. Într-un astfel de sistem, evoluția întâmpină multe obstacole, deoarece comunitatea este densă și legăturile dintre organisme și populații sunt puternice. Totodată, șansele de a pătrunde un astfel de sistem din exterior sunt foarte mici și evoluția lui este oarecum inhibată.

Biomi. Condițiile fizico-chimice și climatice din diferite părți ale biosferei sunt diferite. Colecțiile mari de ecosisteme determinate din punct de vedere climatic se numesc biomi sau formațiuni. Un biom este un macrosistem sau un set de ecosisteme strâns legate de condițiile climatice, fluxurile de energie, ciclul materialelor, migrația organismelor și tipul de vegetație. Fiecare biom conține un număr de ecosisteme mai mici, interconectate.

Biomii sunt împărțiți în trei grupuri principale în funcție de habitatul lor: terestre, marine și de apă dulce. Formarea lor depinde de macroclimat, iar pentru apa dulce - de latitudinea geografică a zonei. Factorii importanți sunt:

circulația aerului,

distribuția luminii solare,

sezonalitatea climei,

înălțimea și orientarea munților,

hidrodinamica sistemelor de apă.

Biomi terestre sunt determinate în principal de vegetație, care este strâns dependentă de climă și formează principala biomasă. Granițele clare între biomi sunt rare. Mai des sunt neclare și reprezintă zone largi de tranziție. La limita a două ecosisteme, de exemplu la marginea unei păduri, apar simultan reprezentanți ai speciilor de pădure și luncă. Contrastul mediului și, prin urmare, marea abundență de oportunități de mediu, dă naștere unei „condensări a vieții” numită regula efectului de margine sau regula ecotonului(din gr. casa si comunicare) . Cel mai bogat biom de pe planetă în ceea ce privește numărul de specii este pădurea tropicală veșnic verde.

Biomi marini mai puţin dependente de climă decât cele terestre. Ele se formează în funcție de adâncimea rezervorului și de amplasarea verticală a organismelor. Cel mai important lucru este că fotosinteza este posibilă numai în orizonturile apelor de suprafață. Apa oceanică de mică adâncime de coastă, delimitată pe o parte de coastă și pe de altă parte de creasta versantului continental (până la 600 m), se numește continentală. raft(raft în engleză). Suprafața raftului reprezintă aproximativ 8% din suprafața totală a oceanelor lumii.

În zona raftului există zona litorala(latină: litoral). Adâncimile mici, apropierea de continente, refluxurile și fluxurile determină bogăția sa în nutrienți, productivitatea ridicată și diversitatea organismelor. Aproximativ 80% din toată biomasa oceanică este produsă aici și aici se concentrează pescuitul oceanic din lume. De la marginea inferioară a raftului deasupra versantului continental până la o adâncime de 2 - 3 mii m zona batiala(gr. adânc). Suprafața acestei zone este puțin mai mare de 15% din suprafața totală a oceanului. Comparativ cu zona litorală, fauna și flora zonei batiale sunt mult mai sărace; biomasa totală nu depășește 10% din biomasa oceanelor lumii. De la poalele versantului continental până la adâncimi de 6 - 7 mii m există zona abisala ( gr. abis) al oceanului. Acoperă o suprafață de peste 75% din fundul oceanului. Abisalul se caracterizează prin absența luminii solare în partea de jos, mobilitatea slabă a maselor de apă, nutrienți limitati, sărăcia faunei, diversitatea scăzută a speciilor și biomasă. În regiunea abisală există depresiuni adânci - până la 11 mii m, a căror suprafață este de aproximativ 2% din suprafața totală a fundului oceanului.

Ape interioare proaspete, de obicei superficial. Factorul principal în aceste ecosisteme este viteza de circulație a apei. Pe această bază ei disting lotic(lat. flushing) ape curgătoare (râuri, pâraie) și lentic(latină, încet, calm), apă stătătoare (lacuri, bălți, bălți).

Biomii mari de pe glob sunt stabili.

Producția primară de pe Pământ este creată în celulele plantelor verzi sub influența energiei solare, precum și de către unele bacterii din cauza reacțiilor chimice.

Fotosinteza este procesul de formare a substanțelor organice din dioxid de carbon și apă în lumină, cu participarea pigmenților fotosintetici (clorofilă în plante, bacterioclorofilă și bacteriorhodopsină în bacterii).

Energia fotonică asimilată este transformată în energia legăturilor substanțelor chimice sintetizate în timpul acestor procese.

Reacția de bază a fotosintezei poate fi scrisă după cum urmează:

unde H2X este un „donator” de electroni; H – hidrogen; X – oxigen, sulf sau alți agenți reducători (de exemplu, sulfobacteriile folosesc H 2 S ca agent reducător, alte tipuri de bacterii folosesc substanță organică, iar majoritatea plantelor verzi care realizează asimilarea clorofilei folosesc oxigen).

Tipuri de fotosinteză:

1. Fotosinteza fara clorofila.

2. Fotosinteza clorofilei

A). Fotosinteza anoxigenă. Procesul de formare a substanțelor organice în lumină, în care nu are loc sinteza oxigenului molecular. Este realizat de bacterii violet și verzi, precum și de Helicobacter.

b). Oxigenic fotosinteza cu eliberarea de oxigen liber. Fotosinteza oxigenată este mult mai răspândită. Este realizat de plante, cianobacterii și proclorofite.

Reacția de bază a fotosintezei efectuată de plante poate fi scrisă după cum urmează:

Etapele (fazele) fotosintezei:

· fotofizic;

· fotochimice;

· chimice (sau biochimice).

În prima etapă, are loc absorbția cuantelor de lumină de către pigmenți, trecerea lor la o stare excitată și transferul de energie către alte molecule ale fotosistemului.

În a doua etapă, sarcinile sunt separate în centrul de reacție și electronii sunt transferați de-a lungul lanțului fotosintetic de transport de electroni. Energia stării excitate este transformată în energia legăturilor chimice. Se sintetizează ATP și NADPH.

În a treia etapă, reacțiile biochimice au loc în sinteza substanțelor organice folosind energia acumulată în stadiul dependent de lumină cu formarea zaharurilor și a amidonului. Reacțiile fazei biochimice au loc cu participarea enzimelor și sunt stimulate de temperatură, motiv pentru care această fază se numește termochimică.

Primele două etape împreună sunt numite etapa dependentă de lumină a fotosintezei - lumină. A treia etapă are loc fără participarea obligatorie a luminii - întunericului.

Energia Soarelui este folosită în procesul de fotosinteză și se acumulează sub formă de legături chimice în produsele fotosintezei, iar apoi este transferată ca hrană tuturor celorlalte organisme vii. Activitatea fotosintetică a plantelor verzi oferă planetei materie organică și energie solară acumulată în ea - sursa de origine și factor în dezvoltarea vieții pe Pământ.

Dintre toate razele de soare, se disting de obicei razele care afectează procesul de fotosinteză, accelerând sau încetinind progresul acestuia. Aceste raze sunt de obicei numite radiații active fiziologic(abreviat PAR). Cele mai active dintre PAR sunt portocaliu-roșu (0,65...0,68 µm), albastru-violet (0,40...0,50 µm) și aproape ultraviolete (0,38...0,40 µm). Razele galben-verzi (0,50...0,58 microni) sunt absorbite mai puțin, iar razele infraroșii practic nu sunt absorbite. Doar infraroșul îndepărtat participă la schimbul de căldură al plantelor, având unele efecte pozitive, mai ales în locurile cu temperaturi scăzute.

Sinteza materiei organice poate fi realizată de bacterii fie cu sau fără utilizarea luminii solare. Se crede că fotosinteza bacteriană a fost prima etapă în dezvoltarea autotrofiei.

Bacteriile care folosesc procese asociate cu oxidarea compușilor cu sulf și a altor elemente pentru a forma materie organică sunt clasificate ca chimiosintetice.