Углерод

28-09-2015, 20:00

Углерод составляет по несу 0,08% всей земной коры (включая атмосферу, гидросферу и литосферу). Литосфера (толща осадочных и изверженных пород) содержит 0,03% углерода. В 1 л атмосферного воздуха содержится 0,3 см3 (0,03 объемного процента) CO2. По сравнению с этими малыми величинами значение углерода для растительного и животного мира несоизмеримо велико.
В результате жизнедеятельности растений и разложения органических веществ происходило накопление углерода в верхнем слое земной коры, о чем говорит содержание перегноя (гумуса) в почвах: подзол 1—4%, чернозем 4—15%, серозем 1—1,5%. Средний элементарный состав гумуса, растений и животные выражается следующими цифрами (табл. 18).
Углерод

Аккумуляция растениями солнечной энергии с помощью хлорофилла (составляющего 0,6—1,2% от веса сухого листа) ведет к образованию сахаров: CO2+H2O = 1/6C6H12O6+О2 с увеличением свободной энергии системы на 120 калорий. Отношение поглощаемого CO2 и выделяемого O2 равно 1.
В виде растворимых сахаров углеводы передвигаются внутри растения и используются для синтеза всех его составных частей. Потенциальная энергия синтезируемых растениями органических соединений характеризуется количеством калорий, выделяемых при сгорании 1 г: клетчатки 4,2, крахмала 4,2, белка 5,7, жира 9,5.
Для изучения механизма фотосинтеза в последнее время применяются меченые атомы. Этим путем установлено, что выделяющийся при фотосинтезе кислород обязан своим происхождением не разложению двуокиси углерода, а фотолизу воды, водород которой участвует в синтезе углеводов. Образующаяся при этом из гидроксилов (ОН) воды нестойкая перекись водорода (H2O2) разрушается ферментом каталазой с выделением кислорода и воды.
Концентрация CO2 в воздухе над растительным покровом колеблется в широких пределах — от 0,023 до 0,61 м; на 1 л, находясь в зависимости от суточной и годичной периодичности ассимиляции растениями CO2 и почвенного дыхания (выделения почвами CO2). Днем концентрация CO2 ниже, чем ночью, в июле ниже, чем в августе. Почвы в результате дыхания (диффузии и прямого газообмена CO2) обычно продуцируют с площади в 1 м от 5 до 7 л (10— 14 г) CO2 в сутки, или около 5 кг в час с 1 га, тогда как хлебное поле (овес) связывает ежедневно в час около 15 кг CO2 на 1 га. В результате на неудобренных полях в ярусе растений дефицит CO2 доходит до 58% от нормальной величины, что вызывает приток CO2 сверху вниз. На удобренном поле вблизи нижних листьев картофеля концентрация CO2 была найдена на 30% выше, чем вблизи верхних листьев. Минеральные соли, усиливая распад органических соединений в почвах, увеличивают продуцирование последними CO2 на 20—120%. Наиболее сильно действует навоз совместно с минеральными удобрениями.
Растворяясь при 14° в 1 л воды в количестве до 2 г, CO2 с транспирационным током воды (расход которой составляет 300—800 г на 1 г сухого вещества растений) поднимается в листья, где, так же как и CO3 воздуха, используется для фотосинтеза. Корни, однако, значительно больше (с участием ризосферных микроорганизмов) выделяют углекислоты, чем поглощают. На 1 г своего сухого вещества корни за вегетационный период выделяют от 3,5 до 4,5 г CO2, что повышает растворимость фосфатов и других соединений в почве.
Обычная концентрация CO2 в воздухе пахотного слоя почвы около 0,3% (в 10 раз большая, чем в атмосфере), с углублением до 45 см возрастает до 1,5%. При отсутствии аэрации почвы (образование корки, заболачивание) содержание CO2 в почвенном воздухе может доходить до 3%, с уменьшением при этом концентрации кислорода, что действует отравляющим образом на растения.
Для большинства культур ассимиляция начинается от 0° и прекращается при 40°. Чем выше интенсивность света и концентрация CO2, тем выше температурный оптимум для фотосинтеза. Относительно низкие температуры содействуют накоплению листьями растворимых ассимиляторов, что повышает их морозостойкость, и, наоборот, утрата углеводов (например, при оттепелях) понижает эту устойчивость.
В отличие от аутотрофов, бесхлорофильные растения — гетеротрофы пользуются (как и животные) углеродом готовых органических соединений. К последним относятся сапрофиты — грибы и бактерии, использующие для питания органические остатки живых организмов, а также паразиты, использующие соки живых растений (повилика, заразиха, возбудители грибных заболеваний и др.).