Биогеохимические провинции

Биогеохимические провинции, области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию (в их почвах, водах и т.п.) химических элементов (или соединений), с которыми связаны определённые биологические реакции со стороны местной флоры и фауны. Состав почв влияет на подбор, распределение растений и на их изменчивость под влиянием тех или иных химических соединений или химических элементов, находящихся в почвах. По генезису выделяются 2 типа Б. п.: 1) Б. п., приуроченные к определенным почвенным зонам в виде отдельных пятен или областей и определяемые недостаточностью того или иного химического элемента в среде. Например, для зон подзолистых и дерново-подзолистых почв Северного полушария, простирающихся почти через всю Евразию, характерны Б. п., связанные с недостаточностью иода, кальция, кобальта, меди и др. Подобные Б. п. с характерными для них эндемиями (зоб, акобальтоз, ломкость костей у животных и т.п.) не встречаются в соседней зоне чернозёмов. 2) Б. п. и эндемии, встречающиеся в любой зоне. В этом смысле они имеют интразональный характер и возникают на фоне первичных или вторичных ореолов рассеяния рудного вещества месторождений, солёных отложений, вулканогенных эманаций и т.п. Например, борные Б. п. и эндемии (среди флоры и фауны) обнаружены в бессточных областях; флюороз человека и животных — в области недавно действующих вулканов, месторождений флюорита и фторапатита; молибденозис животных — в пределах месторождений молибдена и т.п. Этот тип провинций и эндемий имеет преимущественно позитивный характер, поскольку связан с избыточным содержанием химических элементов в среде.

Химические элементы, образующие хорошо растворимые соединения в почвенных условиях, вызывают наиболее сильную биологическую реакцию у местной флоры. Имеет значение и форма нахождения химических элементов в среде. Например, молибден вызывает у животных заболевание только в районах с щелочными почвами (молибденовая кислота даёт растворимые соединения с щелочами); в районах кислых почв избыток молибдена не вызывает заболеваний и т.п. Химические элементы Ti, Zr, Hf, Th, Sn, Pt и многие другие, не образующие в почвенных условиях легкоподвижных растворимых соединений, не вызывают образования Б. п. и эндемий.

В пределах Б. п. различают 2 вида концентрации организмами химических элементов: групповой, когда все виды растений в данной провинции в той или иной степени накапливают определённый химический элемент, и селективный, когда имеются определённые организмы-концентраторы того или иного химического элемента вне зависимости от уровня содержания этого элемента в среде. Известны различные виды растений, которые в Б. п. концентрируют определённые элементы и подвергаются при этом изменчивости. К ним относятся специфическая галмейная флора (концентрирующая Zn), известковая, селеновая, галофитная, серпентинитовая флора и мн. др.

В зависимости от конституционных свойств данного вида организма и особенно при длительном изолированном существовании его в той или иной Б. п. возникает изменчивость организмов — появление физиологических рас (без видимых внешних изменений), морф, вариаций, подвидов и видов. Это сопровождается повышением содержания в организмах соответствующих химических элементов — Cu, Zn, Se, Sr и др. Появляются также химические мутанты с изменением в ядрах клеток числа хромосом и т.п.; изменчивость может приобрести наследственный характер, особенно у микробов.

Многие редкие и рассеянные химические элементы (микроэлементы) играют значительную физиологическую роль, входя в физиологически важные органические соединения у организмов — в дыхательные пигменты, ферменты, витамины, гормоны и другие акцессорные физиологически важные вещества.

Известно более 30 химических элементов (Li, В, Be, С, N, F, Na, Mg, Al, Si, P, S Cl, K, Са, V, Mn, Cu, Zn, As, Se, Br, Mo, I, Ba, Pb, U и др.), с которыми связано образование Б. п., эндемий и появление организмов-концентраторов.

На основе изучения химической экологии Б. п. в практику борьбы с соответствующей эндемией в Б. п. широко вошло использование химических элементов (В, Сu, Mn, Со, I и др.) в качестве удобрения или подкормки животных. На основе изучения содержания химических элементов в почвах и растх был создан биогеохимический метод поисков полезных ископаемых. В геологическом прошлом Б. п. также играли значительную роль в отборе и изменении флоры и фауны. Реконструкция палеобиогеохимических провинций может многое объяснить в эволюции органического мира.

14(13) Варьирование скорости понглощения элем мин. питания в онтогенезе Потребление растми элементов питания в онтогенезе определяется многими факторами. Наиболее значимыми из них являются неравномерность роста и развития, обусловленная генетическими особенностями культур и сортов, почвенно-климатические условия произрастания. Из последних наиболее важным для потребления элементов питания является уровень обеспеченности растений влагой и теплом. С целью повышения доступности элементов питания разработаны разнообразные приемы обработки почвы, накопления и сохранения влаги в почве. Важное место в решении этого вопроса отводится дробному применению минеральных удобрений, приуроченности их внесения к периоду наибольшей потребности растений в элементах питания, особенно азота

Установлено также, что одни минеральные вещества требуются растм в относительно больших количествах (соли калия, азота, кальция, фосфора, магния и прочие макроэлементы), другие вещества и элементы требуются в ничтожных количествах (микроэлементы цинк, молибден, медь, железо, бор и др.).

Концентрация питательных веществ может колебаться в довольно широких пределах. Организм раст, извлекая эти вещества из внешней среды, создает в тканях их необходимую концентрацию. Если этих веществ в воде и грунте достаточно, растение развивается правильно, быстро растет, цветет и плодоносит. При недостатке одного или нескольких необходимых веществ отмечается отставание в росте, изменение формы раст, прекращается размножение. Иногда наблюдается избыток тех или иных химических элементов, что также может вызвать нарушение развития растений.

Если удобрения вносят в количествах, превышающих потребности растений, то урожайность не увеличивается, а качество продукции может даже ухудшиться. Так, избыточное азотное питание капусты приводит к недостатку в ней сахаров, капуста плохо хранится. При избытке в почве солей азота в клубнях картофеля снижается содержание крахмала, у многих растений в клетках накаливаются нитраты. Употребление в пищу овощей, картофеля и других продуктов, содержащих избыток нитратов, оказывает вредное влияние на здоровье человека.

15.Градиент концентрации или концентрационный градиент — это векторная физическая величина, характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделенные полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрацией. Градиент концентрации направлен по пути l, соответствующему нормали к изоконцентрационной поверхности (полупроницаемой мембране). Значение концентрационного градиента gradC равно отношению элементарного изменения концентрации dC к элементарной длине пути dl:

При постоянном значении градиента концентрации C на длине пути l: Здесь C1 и C2 — начальное и конечное значение концентрации на длине пути l (нормали к изоконцентрационной поверхности). Градиент концентрации может быть причиной переноса веществ, например диффузии. Диффузия осуществляется против градиента концентрации.

Единицей измерения градиента концентрации является величина м−2, а также её дольные или кратные производные.

Значение Na/K-насоса для клетки не ограничивается стабилизацией нормальных градиентов К+ и Na+ на мембране. Энергия, запасенная в мембранном градиенте Na+, часто используется для обеспечения мембранного транспорта других веществ. Мембранный транспортный белок переносит молекулу сахара в клетку даже против градиента концентрации, в то же время Na+ движется по градиенту концентрации и потенциала, обеспечивая энергию для транспорта сахаров. Такой транспорт сахаров полностью зависит от существования высокого градиента натрия; если внутриклеточная концентрация натрия существенно возрастает, то транспорт сахаров прекращается.