Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Другие значения можно найти в разделе Биологический материал (значения).

Органическое вещество , органический материал или природное органическое вещество относится к крупному источнику углеродных соединений, обнаруженных в естественной и искусственно созданной , наземной и водной среде. Это вещество, состоящее из органических соединений , которые образовались из останков организмов, таких как растения и животные, и продуктов их жизнедеятельности в окружающей среде . [1] Органические молекулы также могут образовываться в результате химических реакций, в которых не участвует жизнь. [2] Базовые структуры созданы из целлюлозы , танина ,кутин и лигнин , а также другие различные белки , липиды и углеводы . Органические вещества очень важны для перемещения питательных веществ в окружающей среде и играют роль в удержании воды на поверхности планеты. [3]

Формирование [ править ]

Живые организмы состоят из органических соединений. В жизни они выделяют или выделяют органические вещества в окружающую среду, сбрасывают части тела, такие как листья и корни, а после смерти организмов их тела разрушаются под действием бактерий и грибов. Более крупные молекулы органического вещества могут образовываться в результате полимеризации различных частей уже разрушенного вещества. [ необходима цитата ] Состав природного органического вещества зависит от его происхождения, режима преобразования, возраста и существующей среды, таким образом, его биофизико-химические функции меняются в зависимости от окружающей среды. [4]

Функции естественных экосистем [ править ]

Органические вещества распространены по всей экосистеме и подвергаются циклическим процессам разложения почвенными микробными сообществами, которые имеют решающее значение для доступности питательных веществ. [5] После разложения и реакции он может перемещаться в почву и основные воды через водный поток. Органические вещества обеспечивают питание живых организмов. Органические вещества действуют как буфер в водном растворе, поддерживая нейтральный pH в окружающей среде. Компонент, действующий как буфер, был предложен для нейтрализации кислотных дождей . [6]

Исходный цикл [ править ]

Большинство органических веществ, которых еще нет в почве, поступает из грунтовых вод . Когда грунтовые воды насыщают почву или отложения вокруг нее, органическое вещество может свободно перемещаться между фазами. Подземные воды также имеют собственные источники естественного органического вещества:

  • «залежи органических веществ, таких как кероген и уголь .
  • органическое вещество почвы и донных отложений.
  • органическое вещество, проникающее в недра из рек, озер и морских систем » [7].

Одним из источников органического вещества подземных вод является органическое вещество почвы и осадочное органическое вещество . Основной способ проникновения в почву - из грунтовых вод, но органическое вещество из почвы также перемещается в грунтовые воды. Большая часть вещества в озерах , реках и поверхностных водах поступает из загрязненных материалов в воде и на окружающих берегах, а часть - из грунтовых вод.

Это движение позволяет сформировать цикл. Организмы разлагаются на органические вещества, которые затем транспортируются и перерабатываются. Не вся биомасса мигрирует, некоторые из них довольно стационарны, вращаясь только в течение миллионов лет. [8]

Органическое вещество почвы [ править ]

Основная статья: Органическое вещество почвы

Органическое вещество в почве поступает от растений, животных и микроорганизмов. В лесу, например, опавшие листья и древесные материалы падают на лесную подстилку. Иногда это называют органическим материалом. [9] Когда он разлагается до такой степени, что его больше нельзя узнать, его называют органическим веществом почвы. Когда органическое вещество распалось на устойчивое вещество, которое сопротивляется дальнейшему разложению, оно называется гумусом . Таким образом, органическое вещество почвы включает в себя все органическое вещество почвы, за исключением материала, который не разложился. [10]

Важным свойством почвенного органического вещества является то, что оно улучшает способность почвы удерживать воду и питательные вещества и обеспечивает их медленное высвобождение, тем самым улучшая условия для роста растений. Еще одно преимущество гумуса заключается в том, что он помогает почве слипаться, что позволяет нематодам или микроскопическим бактериям легко разлагать питательные вещества в почве. [11]

Есть несколько способов быстро увеличить количество перегноя. Комбинирование компоста, растительных или животных материалов / отходов или зеленых удобрений с почвой увеличит количество гумуса в почве.

  1. Компост: разложившийся органический материал.
  2. Растительный и животный материал и отходы: мертвые растения или растительные отходы, такие как листья, кусты и обрезки деревьев, или навоз животных.
  3. Сидеральные удобрения: растения или растительный материал, выращенный с единственной целью - заделать почву.

Эти три материала снабжают нематод и бактерии питательными веществами, чтобы они могли расти и производить больше гумуса, что даст растениям достаточно питательных веществ для выживания и роста. [11]

Эффект грунтования [ править ]

Эффект грунтования характеризуется интенсивными изменениями в естественном процессе круговорота органического вещества почвы (ПОВ) в результате относительно умеренного вмешательства в почву. [12] Это явление обычно вызывается импульсными или непрерывными изменениями поступления свежего органического вещества (FOM). [13] Эффекты прайминга обычно приводят к ускорению минерализации из-за такого триггера , как входные данные FOM. Причину этого увеличения разложения часто связывали с увеличением микробной активности в результате более высокой доступности энергии и питательных веществ, высвобождаемых из FOM. Считается, что после введения FOM специализированные микроорганизмы быстро растут и только разлагают это вновь добавленное органическое вещество.[14] Скорость оборота ПОВ в этих областях, по крайней мере, на порядок выше, чем у насыпной почвы. [13]

Другие виды обработки почвы, помимо внесения органических веществ, которые приводят к такому краткосрочному изменению скорости оборота, включают «внесение минеральных удобрений, выделение органических веществ корнями, простую механическую обработку почвы или ее сушку и повторное увлажнение». [12]

Эффект грунтования может быть как положительным, так и отрицательным, в зависимости от реакции почвы на добавленное вещество. Положительный эффект прайминга приводит к ускорению минерализации, в то время как отрицательный эффект прайминга приводит к иммобилизации, что приводит к недоступности азота. Хотя большинство изменений было зарегистрировано в пулах углерода и азота, эффект прайминга также можно обнаружить в фосфоре и сере, а также в других питательных веществах. [12]

Лёнис был первым, кто открыл феномен грунтовочного эффекта в 1926 году, изучая разложение зеленых удобрений и его влияние на бобовые растения в почве. Он заметил, что добавление свежих органических остатков в почву привело к усилению минерализации гумуса N. Однако только в 1953 году термин « эффект грунтовки» был дан Бингеманом в его статье, озаглавленной «Эффект от добавления гумуса». органические материалы при разложении органической почвы . До того, как был придуман эффект прайминга, использовались несколько других терминов , в том числе праймирующее действие, взаимодействие с добавленным азотом (ANI), дополнительный N и дополнительный N [12].Несмотря на эти ранние вклады, концепция праймингового эффекта широко игнорировалась примерно до 1980–1990-х годов. [13]

Эффект грунтования был обнаружен во многих различных исследованиях и считается обычным явлением, проявляющимся в большинстве почвенных систем растений. [15] Однако механизмы, которые приводят к эффекту прайминга, более сложны, чем предполагалось изначально, и до сих пор остаются в целом неправильно понятыми. [14]

Несмотря на то, что причина эффекта прайминга остается неясной, недавние исследования позволили выявить несколько неоспоримых фактов :

  1. Эффект грунтования может возникнуть либо мгновенно, либо очень скоро (возможно, через несколько дней или недель) [13] после добавления вещества в почву.
  2. Эффект грунтования сильнее в почвах, богатых C и N, по сравнению с почвами, бедными этими питательными веществами.
  3. В стерильных условиях реальных эффектов прайминга не наблюдалось.
  4. Величина грунтовочного эффекта увеличивается по мере увеличения количества дополнительной обработки почвы. [12]

Недавние открытия предполагают, что те же механизмы эффекта грунтовки, действующие в почвенных системах, могут также присутствовать в водной среде, что предполагает необходимость более широкого рассмотрения этого явления в будущем. [13] [16]

Разложение [ править ]

Одно подходящее определение органического вещества - это биологический материал в процессе разложения или разложения , такой как гумус . При более внимательном рассмотрении биологического материала в процессе разложения обнаруживаются так называемые органические соединения ( биологические молекулы ) в процессе разрушения (распада).

Основные процессы, посредством которых распадаются молекулы почвы, происходят за счет ферментативного катализа бактериями или грибами . Если бы на Земле не было бактерий или грибов, процесс разложения шел бы намного медленнее.

Органическая химия [ править ]

Основная статья: Органическая химия

Измерения органического вещества обычно измеряют только органические соединения или углерод , и поэтому являются лишь приблизительной оценкой уровня некогда существовавшего или разложившегося вещества. Некоторые определения органического вещества также рассматривают «органическое вещество» только для обозначения содержания углерода или органических соединений и не рассматривают происхождение или разложение вещества. В этом смысле не все органические соединения создаются живыми организмами, и живые организмы не только оставляют после себя органический материал. Например, раковина моллюска, будучи биотической , не содержит большого количества органического углерода , поэтому не может считаться органическим веществом в этом смысле. И наоборот, мочевина является одним из многих органических соединений, которые можно синтезировать без какой-либо биологической активности.

Органическое вещество неоднородно и очень сложно. Обычно органическое вещество по весу: [6]

  • 45–55% углерода
  • 35–45% кислорода
  • 3–5% водорода
  • 1–4% азота

Молекулярные массы этих соединений могут сильно варьироваться в зависимости от того, реполимеризуются они или нет, от 200 до 20000 а.е.м. До одной трети углерода присутствует в ароматических соединениях, в которых атомы углерода обычно образуют шестичленные кольца. Эти кольца очень устойчивы за счет резонансной стабилизации , поэтому их сложно сломать. Ароматические кольца также подвержены электрофильной и нуклеофильной атаке со стороны другого электронодонорного или электронно-акцепторного материала, что объясняет возможную полимеризацию с образованием более крупных молекул органического вещества.

Есть также реакции, которые происходят с органическими веществами и другими материалами в почве, с образованием соединений, которых раньше не было. К сожалению, их очень трудно охарактеризовать, потому что о природных органических веществах известно очень мало. В настоящее время проводятся исследования, чтобы узнать больше об этих новых соединениях и о том, сколько из них формируется. [17]

Водный [ править ]

Водное органическое вещество можно далее разделить на два компонента: (1) растворенное органическое вещество (DOM), измеряемое как окрашенное растворенное органическое вещество (CDOM) или растворенный органический углерод (DOC), и (2) твердое органическое вещество (POM). Как правило, они различаются тем, что может проходить через фильтр 0,45 микрометра (DOM), и тем, что не может (POM).

Обнаружение [ править ]

Органические вещества играют важную роль в очистке и переработке питьевой воды и сточных вод, в естественных водных экосистемах, аквакультуре и восстановлении окружающей среды. Поэтому важно иметь надежные методы обнаружения и определения характеристик как для краткосрочного, так и для долгосрочного мониторинга. На протяжении десятилетий существовали различные аналитические методы обнаружения органических веществ для описания и характеристики органических веществ. К ним относятся, помимо прочего: общий и растворенный органический углерод, масс-спектрометрия , спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) , инфракрасная (ИК) спектроскопия , УФ-видимая спектроскопия и флуоресцентная спектроскопия.. У каждого из этих методов есть свои преимущества и ограничения.

Очистка воды [ править ]

Та же способность природных органических веществ, которая помогает удерживать воду в почве, создает проблемы для современных методов очистки воды. В воде органические вещества могут связываться с ионами металлов и минералами. Эти связанные молекулы не обязательно останавливаются в процессе очистки, но они не причиняют вреда людям, животным или растениям. Однако из-за высокой реакционной способности органических веществ могут образовываться побочные продукты, не содержащие питательных веществ. Эти побочные продукты могут вызывать биообрастание , которое по существу забивает системы фильтрации воды на водоочистных сооружениях, поскольку побочные продукты больше, чем размеры пор мембран. Эту проблему засорения можно решить с помощью дезинфекции хлором ( хлорирование), который может разрушить остаточный материал, забивающий систему. Однако при хлорировании могут образовываться побочные продукты дезинфекции . [17]

Воду с органическими веществами можно дезинфицировать с помощью радикальных реакций, инициированных озоном . Озон (три атома кислорода) обладает очень сильными окислительными свойствами. При разложении он может образовывать гидроксильные радикалы (ОН), которые вступают в реакцию с органическими веществами, решая проблему биообрастания. [18]

Витализм [ править ]

Уравнение «органического» с живыми организмами происходит из уже отвергнутой идеи витализма, который приписывал особую силу жизни, которая одна могла создавать органические вещества. Эта идея была впервые подвергнута сомнению после искусственного синтеза мочевины Фридрихом Велером в 1828 году.

См. Также [ править ]

  • Биофакт (биология)
  • Биомасса
  • Детрит
  • Гумус
  • Органическая геохимия
  • Осадочные органические вещества
  • Общий органический углерод

Сравнить с:

  • Биологическая ткань
  • Биомолекула
  • Биотический материал
  • Сотовый компонент
  • Органическое производство

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Естественное органическое вещество» . GreenFacts . Проверено 28 июля 2019 .
  2. ^ "Инструмент Годдарда НАСА впервые обнаружил органическое вещество на Марсе" . НАСА. 16 декабря 2014 . Проверено 28 июля 2019 .
  3. ^ Седжиан, Вирасами; Гоган, Джон; Баумгард, Ланс; Прасад, Кадаба. Воздействие изменения климата на животноводство: адаптация и смягчение последствий . Springer. ISBN 978-81-322-2265-1.
  4. ^ Никола Сенези, Баошань Син и П.М. Хуанг, Биофизико-химические процессы с участием природных нелифиидсульфитирующих органических веществ в системах окружающей среды, Нью-Йорк: ИЮПАК, 2006.
  5. ^ Очоа-Уэсо, R; Delgado-Baquerizo, M; Король, ЗБТ; Benham, M; Arca, V; Власть, SA (2019). «Тип экосистемы и качество ресурсов более важны, чем движущие силы глобальных изменений при регулировании ранних стадий разложения подстилки». Биология и биохимия почвы . 129 : 144–152. DOI : 10.1016 / j.soilbio.2018.11.009 .
  6. ^ a b Стив Кабанисс, Грег Мэди, Патрисия Морис, Инпин Чжоу, Лаура Лефф, глава Olacheesy Боб Ветцель, Джерри Линхир и Боб Уершоу, сост., Стохастический синтез естественного органического вещества, UNM, ND, KSU, UNC, USGS, 22 Апрель 2007 г.
  7. ^ Джордж Эйкен (2002). «Органическое вещество в грунтовых водах» . Геологическая служба США . Проверено 28 июля 2019 .
  8. ^ Тори М. Хелер и Бо Баркер Йоргенсен «Микробная жизнь при экстремальном ограничении энергии» Nature Reviews Microbiology 2013, том 11, стр. 83 doi : 10.1038 / nrmicro2939
  9. ^ «Органические материалы» . Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинального 25 сентября 2006 года . Проверено 19 ноября 2006 года .
  10. ^ "Условия здоровья почвы" . Архивировано из оригинала 8 ноября 2006 года.
  11. ^ a b Crow, WT «Органическое вещество, зеленые удобрения и покровные культуры для борьбы с нематодами». Университет Флориды. Институт продовольственных и сельскохозяйственных наук фев. 2009 г. Интернет 10 октября 2009 г.
  12. ^ a b c d e Куяков Ю.А. Friedel, JK; Стар, К. (октябрь 2000 г.). «Обзор механизмов и количественная оценка прайминговых эффектов». Биология и биохимия почвы . 32 (11–12): 1485–1498. DOI : 10.1016 / S0038-0717 (00) 00084-5 .
  13. ^ а б в г е Кузяков Ю. (2010). «Эффекты грунтования: взаимодействие между живым и мертвым органическим веществом». Биология и биохимия почвы . 42 (9): 1363–1371. DOI : 10.1016 / J.Soilbio.2010.04.003 .
  14. ^ a b Фонтейн, Себастьян; Мариотти, Аббади (2003). «Прайминговый эффект органического вещества: вопрос о микробной конкуренции?». Биология и биохимия почвы . 35 : 837–843. DOI : 10.1016 / s0038-0717 (03) 00123-8 .
  15. ^ Ноттингем, АТ; Гриффитс, Чемберлен; Стотт, Таннер (2009). «Грунтование почвы сахаром и субстратами из опавших листьев: связь с микробными группами». Прикладная экология почв . 42 (3): 183–190. DOI : 10.1016 / J.Apsoil.2009.03.003 .
  16. ^ Guenet, B .; Опасность; Аббади; Лакруа (октябрь 2010 г.). «Эффект грунтования: сокращение разрыва между экологией суши и водной среды». Экология . 91 (10): 2850–2861. DOI : 10.1890 / 09-1968.1 .
  17. ^ a b «Снимок темы: Натуральный органический материал», Исследовательский фонд Американской ассоциации водопроводных сооружений, 2007 г., 22 апреля 2007 г. Архивировано 28 сентября 2007 г. на Wayback Machine
  18. ^ Чо, Мин, Hyenmi Chung и Jeyong Yoon, «Дезинфекция водысодержащая природные органические вещества с помощью Ozone инициированного радикальных реакций,» Abstract, Прикладной и экологическая микробиология Vol. 69 № 4 (2003): 2284-2291.

Библиография [ править ]

  • Джордж Эйкен (2002). «Органическое вещество в грунтовых водах» . Геологическая служба США.
  • Кабанисс, Стив, Грег Мэди, Патрисия Морис, Инпин Чжоу, Лора Лефф, Ола Олападе, Боб Ветцель, Джерри Линхир и Боб Вершоу, сост. Стохастический синтез природного органического вещества. UNM, ND, KSU, UNC, USGS. 22 апреля 2007 г.
  • Чо, Мин, Хенми Чунг и Чеён Юн. «Дезинфекция воды, содержащей природные органические вещества, с помощью инициируемых озоном радикальных реакций». Абстрактный. Прикладная и экологическая микробиология Vol. 69 № 4 (2003): 2284–2291.
  • Фортнер, Джон Д., Джозеф Б. Хьюз, Джэ-Хон Ким и Хун Хён. «Природное органическое вещество стабилизирует углеродные нанотрубки в водной фазе». Абстрактный. Наука об окружающей среде и технологии Vol. 41 № 1 (2007): 179–184.
  • «Исследователи изучают роль природных органических веществ в окружающей среде». Science Daily 20 декабря 2006 г. 22 апреля 2007 г. < https://www.sciencedaily.com/releases/2006/12/061211221222.htm >.
  • Сенези, Никола, Баошань Син и премьер-министр Хуанг. Биофизико-химические процессы с участием природных неживых органических веществ в системах окружающей среды. Нью-Йорк: ИЮПАК, 2006.
  • «Таблица 1: Площадь поверхности, объем и средняя глубина океанов и морей». Британская энциклопедия.
  • «Снимок темы: натуральный органический материал». Исследовательский фонд Американской ассоциации водопроводных сооружений. 2007. 22 апреля 2007 г. < https://web.archive.org/web/20070928102105/http://www.awwarf.org/research/TopicsAndProjects/topicSnapShot.aspx?Topic=Organic >.
  • Соединенные Штаты Америки. Геологическая служба США. Распределение воды на Земле. 10 мая 2007 г. < http://ga.water.usgs.gov/edu/waterdistribution.html >
  • Навесы для воды: органическое вещество. Государственный университет Северной Каролины. 1 мая 2007 г. < http://www.water.ncsu.edu/watershedss/info/norganics.html >.