Органическая материя - Organic matter

Другие значения можно найти на Биологический материал (значения)

Органическая материя, органический материал, или же природное органическое вещество относится к большому источнику соединения на основе углерода встречается в естественной и искусственной, наземной и водной среде. это иметь значение состоит из органические соединения которые пришли из останков организмы Такие как растения и животные и их отходы в среда.[1] Органические молекулы также могут образовываться в результате химических реакций, не связанных с жизнью.[2] Базовые конструкции создаются из целлюлоза, танин, Cutin, и лигнин, наряду с другими различными 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

Живые организмы состоят из органических соединений. В жизни они выделяют или выделяют органические материалы 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.[нужна цитата ] Состав природного органического вещества зависит от его происхождения, способа трансформации, возраста и существующей среды, поэтому его био-физико-химические функции меняются в зависимости от окружающей среды.[4]

Функции естественной экосистемы

Органические вещества распространены во всем экосистема и проходит через процессы разложения почвенными микробными сообществами, которые имеют решающее значение для доступности питательных веществ.[5] После деградации и реакции он может перейти в почва и мейнстрим воды через поток воды. Органические вещества обеспечивают питание живых организмов. Органическое вещество действует как буфер в водном растворе для поддержания нейтрального pH в окружающей среде. Компонент буферного действия был предложен для нейтрализации кислотный дождь.[6]

Исходный цикл

Большинство органических веществ, которых еще нет в почве, происходит из грунтовые воды. 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:

  • "отложения органических веществ, такие как кероген и каменный уголь.
  • органическое вещество почвы и донных отложений.
  • органическое вещество, проникающее в недра из рек, озер и морских систем ».[7]

Одним из источников органических веществ 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 дела в озера, реки, а участки поверхностных вод происходят из разрушенного материала в воде и на окружающих берегах, а некоторые - 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

Основная статья: Органическое вещество почвы

Органическое вещество в почва происходит от растений, животных и микроорганизмов. Например, в лесу опавшие листья и древесные материалы падают на лесную подстилку. Иногда это называют органическим материалом.[9] Когда он разлагается до такой степени, что его уже невозможно узнать, его называют органическим веществом почвы. Когда органическое вещество распалось на устойчивое вещество, которое сопротивляется дальнейшему разложению, это называется перегной. Таким образом, органическое вещество почвы включает все органическое вещество почвы, за исключением материала, который не разложился.[10]

Важное свойство органическое вещество почвы заключается в том, что он улучшает способность почвы удерживать воду и питательные вещества и обеспечивает их медленное высвобождение, тем самым улучшая условия для роста растений. Еще одно преимущество перегноя в том, что он помогает почве склеиваться, что позволяет нематоды или микроскопические бактерии, которые легко разлагают питательные вещества в почве.[11]

Есть несколько способов быстро увеличить количество перегноя. Комбинирование компоста, растительных или животных материалов / отходов или сидератов 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. Зеленые 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 грунтовки

В грунтовочный эффект 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 грунтовки обычно приводят к ускорению минерализации из-за спусковой крючок такие как входы 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 разлагают только это недавно добавленное органическое вещество.[14] Скорость оборота ПОВ на этих участках как минимум на порядок выше, чем у насыпного грунта.[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]

Эффекты грунтовки могут быть либо положительный или же отрицательный в зависимости от реакции почвы с добавленным веществом. 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 C и N, эффект прайминга также можно обнаружить в фосфоре и сере, а также в других питательных веществах.[12]

Лёнис был первым, кто открыл феномен праймингового эффекта в 1926 году в ходе своих исследований сидераты разложение и его влияние на бобовые растения в почве. Он заметил, что добавление свежих органических остатков в почву привело к усилению минерализации гумусом N. Однако только в 1953 году термин грунтовочный эффект был дан Бингеманом в его статье под названием, Влияние добавления органических материалов на разложение органической почвы. Несколько других терминов использовались раньше грунтовочный эффект был придуман, включая затравочное действие, добавленное взаимодействие азота (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 грунтовки остается неясной, некоторые неоспоримые факты появились из коллекции недавних исследований:

  1. Эффект прайминга может возникнуть мгновенно или очень быстро (потенциально дни или недели).[13] после внесения вещества в почву.
  2. Эффект грунтования больше в почвах, богатых C и N, по сравнению с почвами, бедными этими питательными веществами.
  3. В стерильных условиях реальных эффектов затравки не наблюдалось.
  4. Величина грунтовочного эффекта увеличивается по мере увеличения количества дополнительной обработки почвы.[12]

Недавние результаты предполагают, что те же самые 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

Одно из подходящих определений органического вещества - это биологический материал в процессе разложения или разлагающийся, Такие как перегной. Более пристальный взгляд на биологический материал в процессе разложения обнаруживает так называемые органические соединения (биологические молекулы ) в процессе дробления (распада).

Основные процессы распада молекул почвы: бактериальный или же грибковый ферментативный катализ. Если бы на Земле не было бактерий или грибов, процесс разложения шел бы намного медленнее.

Органическая химия

Основная статья: Органическая химия

Измерения органических веществ обычно измеряют только органические соединения или же углерод, и поэтому являются лишь приближением к уровню некогда существовавшей или разложившейся материи. 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, а биотический, не содержит много органический углерод, поэтому не может считаться органическим веществом в этом смысле. Наоборот, мочевина является одним из многих органических соединений, которые можно синтезировать без какой-либо биологической активности.

Органическое вещество неоднородно и очень сложно. Как правило, органические вещества по весу:[6]

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 углерод настоящее находится в ароматические соединения в которых атомы углерода обычно образуют шестичленные кольца. Эти кольца очень устойчивы благодаря резонансная стабилизация, поэтому их сложно сломать. Ароматические кольца также подвержены электрофильный и нуклеофильный атака со стороны другого электронодонорного или электроноакцепторного 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 сложно 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 образуется.[17]

Водный

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

Обнаружение

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 характеристики как для краткосрочного, так и для долгосрочного мониторинга. На протяжении десятилетий существовали разнообразные аналитические методы обнаружения органических веществ для описания и характеристики органических веществ. К ним относятся, но не ограничиваются: общий и растворенный органический углерод, масс-спектрометрии, 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

Та же способность естественного органического вещества, которое 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 процессом 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, который по существу забивает системы фильтрации воды в водоочистных сооружениях, поскольку побочные продукты больше, чем размеры пор мембраны. Эту проблему засорения можно решить с помощью дезинфекции хлором (хлорирование ), который может разрушить остаточный материал, забивающий систему. Однако при хлорировании может образовываться побочные продукты дезинфекции.[17]

Воду с органическими веществами можно дезинфицировать озон инициированные радикальные реакции. Озон (три атома кислорода) очень сильно окисление характеристики. Он может образовывать гидроксил радикалы (ОН), когда он разлагается, которые вступают в реакцию с органическими веществами, решая проблему биообрастания.[18]

Витализм

Уравнение «органического» с живыми организмами происходит из уже отвергнутой идеи витализм это придавало жизни особую силу, которая одна могла создавать органические вещества. Эта идея была впервые подвергнута сомнению после искусственного синтеза мочевины Фридрих Вёлер в 1828 г.

Смотрите также

Сравнить с:

Рекомендации

  1. ^ «Природные органические вещества». GreenFacts. Получено 28 июля 2019.
  2. ^ «Инструмент Годдарда НАСА впервые обнаружил органическое вещество на Марсе». НАСА. 16 декабря 2014 г.. Получено 28 июля 2019.
  3. ^ Седжян, Веерасами; 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 нелифиидульфитирующих органических веществ в системах окружающей среды, Нью-Йорк: ИЮПАК, 2006.
  5. ^ Очоа-Уэсо, Р. Delgado-Baquerizo, M; Король, ЗБТ; Benham, M; Arca, V; Власть, SA (2019). «Тип экосистемы и качество ресурсов более важны, чем движущие силы глобальных изменений в регулировании ранних стадий разложения подстилки». Биология и биохимия почвы. 129: 144–152. Дои:10.1016 / j.soilbio.2018.11.009.
  6. ^ а б Стив Кабанисс, Грег Мэди, Патрисия Морис, Инпин Чжоу, Лаура Лефф, глава Olacheesy Боб Ветцель, Джерри Линхир и Боб Вершоу, сост., Стохастический синтез естественного органического вещества, UNM, ND, KSU, UNC, USGS, 22 апреля 2007 г.
  7. ^ Джордж Эйкен (2002). «Органическое вещество в грунтовых водах». Геологическая служба США. Получено 28 июля 2019.
  8. ^ Тори М. Хелер и Бо Баркер Йоргенсен «Микробная жизнь в условиях экстремального ограничения энергии» Nature Reviews Microbiology 2013, том 11, стр. 83 Дои:10.1038 / nrmicro2939
  9. ^ «Органические материалы». Агентство по охране окружающей среды США. Архивировано из оригинал 25 сентября 2006 г.. Получено 19 ноября 2006.
  10. ^ «Условия здоровья почвы». Архивировано из оригинал 8 ноября 2006 г.
  11. ^ а б Кроу, У. Т. «Органические вещества, зеленые удобрения и покровные культуры для борьбы с нематодами». Университет Флориды. Институт продовольственных и сельскохозяйственных наук, февраль 2009 г. Интернет 10 октября 2009 г.
  12. ^ а б c d е Куяков, Ю .; Friedel, J.K .; Стар, К. (октябрь 2000 г.). «Обзор механизмов и количественная оценка прайминговых эффектов». Биология и биохимия почвы. 32 (11–12): 1485–1498. Дои:10.1016 / S0038-0717 (00) 00084-5.
  13. ^ а б c d е Кузяков Ю. (2010). «Эффекты прайминга: взаимодействие между живым и мертвым органическим веществом». Биология и биохимия почвы. 42 (9): 1363–1371. Дои:10.1016 / J.Soilbio.2010.04.003.
  14. ^ а б Фонтейн, Себастьян; Мариотти, Аббади (2003). «Прайминговый эффект органического вещества: вопрос микробной конкуренции?». Биология и биохимия почвы. 35: 837–843. Дои:10.1016 / с0038-0717 (03) 00123-8.
  15. ^ Nottingham, A.T .; Гриффитс, Чемберлен; Стотт, Таннер (2009). «Грунтование почвы сахаром и субстратами из опавшей листвы: связь с микробными группами». Прикладная экология почвы. 42 (3): 183–190. Дои: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. Дои:10.1890/09-1968.1.
  17. ^ а б «Обзор темы: природные органические материалы», Исследовательский фонд Американской ассоциации водопроводных сооружений, 2007 г., 22 апреля 2007 г. В архиве 28 сентября 2007 г. Wayback Machine
  18. ^ Чо, Мин, Хиенми Чунг и Чейонг Юн, «Дезинфекция воды, содержащей природные органические вещества, с помощью инициируемых озоном радикальных реакций», Аннотация, Прикладная и экологическая микробиология, том. 69 № 4 (2003): 2284-2291.

Библиография

  • Джордж Эйкен (2002). «Органическое вещество в грунтовых водах». Геологическая служба США.
  • Кабанисс, Стив, Грег Мэди, Патрисия Морис, Инпин Чжоу, Лаура Лефф, Ола Олападе, Боб Ветцель, Джерри Линхир и Боб Вершоу, сост. Стохастический синтез естественного 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 П. 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». Encyclopdia Britannica.
  • «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 >.