Вивчення біогеохімічного циклу магнію (стр. 3 из 4)

Організм ефективно використовує магній. Нирки накопичують його, якщо необхідно, і виводять будь-які надлишки, тому і нестача, і надлишок магнію в організмі - явище достатньо рідкісне. Проте, коли таке трапляється, виникають дуже небезпечні захворювання. Дефіцит магнію може викликати нудоту, млявість, м'язову слабість, тремор, втрату орієнтації і прискорене серцебиття. Отруєння ж магнієм може стати причиною діареї, утоми, м'язової слабості і, у крайньому випадку, серйозного пригнічення серцевої діяльності і зниження кров'яного тиску, поверхневого дихання, утрати рефлексів, коми і, можливо, смерті. Люди, що зловживають проносними засобами або переживають відмову нирок, найбільше схильні до отруєння магнієм.

Магній бере участь у формуванні кісток, регуляції роботи нервової тканини, обміні вуглеводів і енергетичному обміні. За даними Інституту харчування РАМН, потреба в магнії для дорослих - 400 мг у день. Майже половина цієї норми задовольняється хлібом і круп'яними виробами. У хлібі міститься 85 мг магнію, вівсяній крупі - 116, ячної - 96, квасолі - 103 мг. З інших джерел харчування слід зазначити горіхи - 170-230 мг і більшість овочів -10-40 мг магнію. У молоці і сирі міститься відносно мало магнію - 14 і 23 мг відповідно. Проте на відміну від рослинних продуктів магній знаходиться в них у легко засвоюваній формі - у виді цитрату магнію (магнієвої солі лимонної кислоти). У зв'язку з цим молочні продукти є істотним джерелом магнію для організму людини. [7]

Звідси видно, що значення магнію для живих організмів дуже велике. У рослинах магній бере участь в утворенні хлорофілу, жирів, у перетворенні фосфорних сполук.

Так у людському організмі вміст магнію дуже малий, проте він відіграє важливу роль у процесах життєдіяльності. Нирки накопичують його, якщо необхідно, і виводять будь-які надлишки, тому і нестача, і надлишок магнію в організмі - явище достатньо рідкісне, але коли таке трапляється, виникають дуже небезпечні захворювання.

III. Схема біогеохімічного циклу магнію.

Кругообіг макроелементів.

Калій, кальцій, натрій і магній не зв'язані з органічними сполуками хімічно, хоча вони містяться у великих кількостях у клітинних і позаклітинних рідинах у вигляді заряджених іонів, які називають катіонами. Кругообіг катіонів у біогеоценозах мало пов'язаний із асиміляцією і вивільненням енергії, але відіграє важливу роль у функціонуванні організмів.

Розглянемо кругообіг катіонів в лісовому біогеоценозі, який є відкритою системою (рис.1) з її можливостями вільно обмінюватися мінеральними речовинами з іншими частинами середовища. Мінеральні речовини надходять у систему із атмосферними опадами, приносяться вітром у вигляді пилу і органічних решток, а також вносяться в неї внаслідок вивітрювання материнської породи.[1]

Кругообіг магнію.

Як ми вже з'ясували магній є одним з найпоширеніших елементів. У землі магній присутній головним чином у мінералах, таких, як олівін, авгіт, біотин, серпентин, тальк, доломіт, магнезит та ін. Певна кількість магнію міститься в живих організмах та органічних рештках рослин і тварин. Вміст цього елементав органічній матерії невеликий і здебільшого не перевищує 1% загальної кількості ґрунтового магнію.

Рослини одержують магній у формі іона М2+. Кількість взятого магнію залежить від віку і частини рослини. Питома вага магнію в рослинах найчастіше коливається у межах 0,1-1,0% MgO у сухій масі, деколи ж буває нижчою або вищою.

Рис. 1. Загальна схема кругообігу катіонів у наземній екосистемі.

Якщо система перебуває в стаціонарному стані, то втрати катіонів внаслідок поверхневого стоку і просочування в ґрунтові води врівноважується надходженням їх з атмосферними опадами внаслідок вивітрювання материнської породи.

В процесі кореневого живлення магній надходить в рослину і переміщується до її надземної частини. У випадку нормального забезпечення рослин магнієм його переміщення від старого до молодого листя невелике. Коли ж у ґрунті не вистачає магнію, відбувається його помітний перехід із старих листків до молодих. Тому магнієвий дефіцит найчастіше трапляється в старому листі. Рухомість магнію значно вища, ніж кальцію. В період формування насіння частина магнію переміщується з вегетативних до генеративних органів і там нагромаджується. Про це свідчить приклад насіння зернових, в яких магнію у 2-3 рази більше, ніж у стеблі (табл.1).

Магній у рослинних організмах присутній у вигляді іонів, які утворюють солі (наприклад, солі щавелевої, яблучної, лимонної, пектинової, хітинової кислот). Він пов'язаний з хлорофілом, який містить 4,5% MgO.[l]

Магній бере активну участь у життєдіяльності тваринних організмів. Він міститься в червоних кров'яних тільцях (еритроцитах) тварин. Після смерті рослинних і тваринних організмів присутній в них магній переходить в ґрунт і за допомогою мікроорганізмів переводиться з детриту в доступну рослинам іонну форму.

Таким чином магній може мігрувати шляхом вивітрювання і вільно обмінюватися мінеральними речовинами з іншими частинами середовища. Велике значення має також Світовий океан, де магній присутній у великих кількостях.

Таблиця 1.

Середній вміст магнію в найважливіших сільськогосподарських рослинах.

Рослина		Вміст, % сухої маси MgO
Жито	Зерно, солома	0,190,12
Пшениця	Зерно ,солома	0,210,16
Ячмінь	Зерно, солома	0,230,21
Овес	Зерно, солома	0,250,20
Картопля	Бульба, картоплиння	0,220,59
Буряк цукровий	Коренеплоди, гичка	0,411,09
Ріпак	Коріння, солома	0,440,22
Конюшина	Сіно	0,41
Люцерна	Сіно	0,36
Сіно лучне	0,34

IV. Розрахунок балансу хімічного елементу у фітоценозі.

При математичному моделюванні обмінних процесів застосовують поняття блок і потік.

Блок - це будь-яке природне тіло, в яке надходить речовина або енергія і після перероблення (або без нього) виходить.

Під потоком розуміють речовину або енергію, яка знаходиться в стані переміщення із блоку в блок.

Визначивши динаміку зміни запасів, приросту та відмирання наземної та підземної фітомаси можна скласти баланс хімічного елементу в біогеоценозі.

Позначення:

живі підземні органи;

мертві підземні органи;

живі надземні органи;

вєтош;

підстилка;

ґрунт.

Схема обмінних процесів хімічних елементів між ґрунтом і рослинами.

Розрахунок балансу магнію у фітоценозі

Розрахунок проводимо зарівняннями:

∆MgК-Ф - ∆MgФ-К = ∆MgК + ∆MgД

А = ∆MgК + ∆MgД,

якщо А > 0, то ∆MgК-Ф = 0; якщо А < 0, то ∆MgФ-К = - А

∆MgК + A = ∆MgК – ∆MgЖ

Б = ∆MgК + A

якщо Б > 0, то ∆MgЖ = 0; якщо Б < 0, то ∆MgЖ = - Б

∑(∆MgД + ∆MgЖ + ∆MgР + ∆MgУ)

В процесі розрахунку балансу ми будемо користуватись наступними величинами:

∆MgФ - приріст в наземній фітомасі;

∆MgД - кількість елементу, що вимита дощами;

∆MgК - приріст в підземній фітомасі;

∆MgВ - кількість елементу, що закріплена в ветоші;

∆MgР - кількість елементу, яку повернуто при розкладанні підстилки у ґрунт;

∆MgУ - кількість елементу, що перейшла у ґрунт при розкладанні підземної фітомаси.

Результати розрахунку заносимо в таблицю, до якої увійдуть ще такі величини:

А - кількість елементу всередині рослини;

∆MgК-Ф - кількість елементу, що перейшла із підземних коренів в наземні;

∆MgФ-К - кількість елементу, що перейшла із надземних органів у підземні;

Б - різниця між споживанням і виділенням коренів;

∆MgЖ - кількість елементу, що виділена з живих компонентів;

∆Mg - всього вилучено елементу з ґрунту.

Таблиця.

Період спостер еження	Приріст в наземній фітомасі	Вимита із дощами	Перейшла			Приріст в підземній фітомасі	Різниця між споживай нямі виділенн ям коренів	Виділен няз живих коренів	Всього вилучено з ґрунту	Закріплено в ветоші	Повернуто в ґрунт		В цілому
			всередені рослини	із підземних організмів в наземні	із наземних організмів в підземні
	∆MgФ	∆MgФ-К	А	∆MgК-Ф	∆MgФ-К	∆MgК	Б	∆MgЖ	∆Mg	∆MgB	∆MgР	∆MgУ	∑
1	45,3	3,6	48,9	48,9	0	55,6	104,5	0	104,5	4,1	1,4	45,2	50,2
2	5,9	-9,2	-3,3	0	3,3	-12,3	-15,6	15,6	0	5,0	7,5	20,7	34,6
3	6,3	31,8	38,1	-38,1	0	60,1	98,2	0	98,2	5,4	2,3	0	38,1
4	-22,6	8,0	-14,6	0	14,6	5,0	-9,6	9,6	0	8,9	2,0	51,4	71
5	-18,3	59,4	41,1	-41,1	0	-27,8	13,3	0	13,3	8,6	5,3	18,3	73
∑	2І6	276,9

Блок 1.

Розрахунок проводимо зарівняннями:

∆MgК-Ф - ∆MgФ-K = ∆MgФ + ∆MgД

А = ∆MgФ + ∆MgД = 45,3 + 3,6 = 48,9

∆MgК-Ф = 48,9

∆MgФ-K = 0

∆MgK +A = ∆Mg - ∆MgЖ

Б = ∆MgK + А = 55,6 + 48,9 = 104,5

∆MgЖ =0

∆Mg = 104,5

∑(∆MgД + ∆MgЖ + ∆MgР + ∆MgУ) = 3,6 + 0 + 1,4 + 45,2 = 50,2

Блок 2.

Розрахунок проводимо за рівняннями:

∆MgК-Ф - ∆MgФ-K = ∆MgФ + ∆MgД

А = ∆MgФ + ∆MgД = 5,9 – 9,2 = -3,3