میزان نقش گیاهان آبزی در تولید ومصرف گازهای مختلف (بررسی كلی درباره فتوسنتز و عوامل موثر بر فتوسنتز)

دسته: شیمی
بازدید: 45 بار
فرمت فایل: doc
حجم فایل: 3043 کیلوبایت
تعداد صفحات فایل: 59

گاز حل شده در آب می تواند بصورت بی كربنات یا كربنات درآید این سه شكل در تعادل شیمیایی هستند كه در آن وجود داشتن شكل موجود بستگی به pH دارد

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

میزان نقش گیاهان آبزی در تولید ومصرف گازهای مختلف (بررسی كلی درباره فتوسنتز و عوامل موثر بر فتوسنتز) 

تعادل  :

گاز  حل شده در آب می تواند بصورت بی كربنات یا كربنات درآید. این سه شكل در تعادل شیمیایی هستند كه در آن وجود داشتن شكل موجود بستگی به pH دارد.

یون كربنات  یون بی كربنات   حل شده در دامنه‌ی مناسب برای گیاهان آبزی كه دارای pH بین 6/4 تا 7/2 هستند. درصدی به عنوان  حل شده و بقیه به عنوان یون های بی كربنات وجود خواهند داشت.

گرچه آن ها موسوم به گیاهان آبی (آبزی) هستند، اما گیاهان آكواریمی واقعاً گیاهان غوطه ور هستند كه در زیستگاه طبیعی خودشان طوری زندگی می كنند كه حداقل قسمتی از سطوحشان بالای خط آب قرار دارند. بنابراین، آن‌ها برای جذب كردن  گازی از اتمسفر، خودشان را تطبیق داده اند. اگر زیر آب قرار گیرند. آن ها تنها قادر به استفاده كردن از  حل شده در آكواریم هستند.

چندین گیاه آبی واقعی، یعنی گونه هایی كه همشه در زیر آب در زیستگاهشان هستند نیز قادر به استفاده كردن از یون های بی كربنات می‌باشند. اگر وجود  محدود باشد، شرایط مساعد نیست كه این كار اتفاق افتد، اولاً به خاطر اینكه اكثر گیاهان دیگر در آكواریوم قادر به رشد كردن نخواهند بود، ثانیاً با استفاده از یون های بی كربنات، pH به سطوح غیر قابل قبول برای تمام گیاهان افزایش خواهد یافت.

به خاطر تعادل  حل شده، مقدار حداكثر  حل شده‌ی موجود بستگی به pH دارد. هر قدر pH پایین تر باشد به همان اندازه  موجود بیشتر خواهد بود. از جایی كه گیاهان  را در مقادیر قابل ملاحظه ای بكار می برند، آن‌ها در عین حال pH را افزایش می دهند. بنابراین مقدار pH و غلظت  به هم مرتبط می باشند.

كنترل كربنات نیز عامل دیگری است كه غلظت  را تحت تأثیر قرار می‌دهد. آب سخت دارای kH بالا می تواند  بیشتری را نسبت به آب نرم نگاه دارد، در صورتی كه اساساً صحیح می باشد كه آب سخت دارای pH پایین بیشترین مقدار  را در محل نگه می دارد، می توانیم تنها از مناسب‌ترین مقادیر pH و kH برای گیاهان استفاده كنیم كه pH 6.44-7.2 و kH 3-80 هستند.

شخص علاقه مند به گیاه آبزی با وظیفه‌ی حفظ pH و سختی پایداری برای ایجاد غلظت  مطلوب، روبرو می باشد.

فتوسنتز و تولید اكسیژن:

فتوسنتز فرآیند شیمیایی است كه در اشكال زیاد باكتری ها و واقعاً تمام گیاهان از جمله گیاهان آبزی و جلبك ها با استفاده از سه تشكیل دهنده‌ی ساده (دی اكسید كربن، آب و نور آفتاب) انجام می شود. كه گیاهان و باكتر‌ی‌ها بدین طریق قادر به ساختن غذای خودشان هستند.

خوشبختانه برای تمام حیوانات، از جمله انسان ها و ماهی ها اكسیژن محصول فرعی این فرآیند معجزه آسا می باشد، تا زمانی كه فتوسنتز اتفاق می‌افتد، اكسیژن به طور مداوم در هوا، دریاچه ها و اقیانوس ها، رودها و آبگیرها رها می گردد.

اشكال اولیه جلبك ها و باكتری ارگانیزم های اول برای فتوسنتز به مدت بیش از سه میلیارد سال پیش بودند. بعد از مدتی مقادیر قابل توجهی اكسیژن در اتمسفر انباشته شده بودند. دانشمندان تخمین می زنند كه در حدود 2000 سال فعالیت فتوسنتزی برای جایگزین كردن یا دوباره پر كردن تمام اكسیژن در زیست كوره‌ی زمین طول می كشد.

كربن غیرآلی حل شده (DIC) در آب شیرین به عنوان چهار گونه‌ی متفاوت در تعادل با یكدیگر وجود دارند. چهار گونه‌ی آن عبارتند از: دی اكسید كربن، اسید كربنیك، بی كربنات و كربنات.

مقدار كلی OIC عمدتاً ظرفیت تامپون سازی (buffering) آب های شیرین را معین می سازد و نسبت این گونه ها با یكدیگر عمدتاً pH را معین می نماید.

دی اكسید كربن به سرعت در آب حل می شود. تعادل هوایی، غلظت  در هوا و آب تقریباً برابر با حدود 0.5 mg/L است.

متأسفانه  در حدود 10 هزار بار در آب كندتر از هوا پخش می گردد. این مسأله با لایه‌ی نسبتاً ضخیم «لایه‌ی مرزی» كه برگ های گیاه آبزی را احاطه می نماید پیچیده تر می گردد.

لایه‌ی مرزی در گیاهان آبزی، لایه‌ی آب را كه (به هم نخورده) می باشد كه از آن گازها و مواد غذایی باید برای رسیدن به برگ گیاه پخش شوند. ضخامتش در حدود mm 5/0 می باشد كه ده برابر ضخیم تر است نسبت به گیاهان سرزمینی. نتیجه این است كه تقریباً mg/L 30 ،  آزاد برای اشباع كردن فتوسنتز در گیاهان آبزی غوطه ور لازم می باشد.

قابلیت پخش پایین  در آب، لایه‌ی مرزی نسبتاً ضخیم و غلظت بالای  لازم برای اشباع كردن فتوسنتز، دانشمندان را برانگیخته اند، كه بگویند: برای گیاهان ماكروفیت آبزی غوطه ور در آب شیرین. سطوح OC كه به طور طبیعی اتفاق می افتد محدودیت عمده ای را برای فتوسنتز به وجود می آورند.

محدودیت های OIC بر روی ماكروفیت های آبزی و پیامدهای آن ها، نیاز برای حفظ كردن كربن، به طور فزاینده به عنوان خصوصیات اكولوژیكی مهم محیط های آبزی آشكار می شود. (جرج بود، جذب كربن غیرآلی با ارگانیز فتوسنتزی آبی، 1985)

گیاهان آبزی از طریق چند روش به محدودیت  ، خودشان را تطبیق داده‌اند. آن ها دارای برگ های نازك اغلب شكافت می باشند این نسبت سطح به حجم را افزایش می دهد و ضخامت لایه‌ی مرزی (لایه‌ی به هم نخورده) را كاهش می دهد.

آن ها كانال های هوایی گسترده‌ی موسوم به aerenchema دارند كه به گازها امكان می دهند كه به طور آزاد در داخل گیاهان حركت نمایند. این باعث می گردد كه  تنفس شده در داخل گیاه محبوس گردد و در برخی گونه‌ها حتی به  از رسوب امكان می دهد كه به داخل سطوح پخش گردد.

نهایتاً اكثر گونه های گیاهان آبزی قادر به انجام فتوسنتز با استفاده از بی‌كربنات ها و نیز  هستند. این امر مهم می باشد زیرا در مقادیر pH بین 6.4 و 10.4 ، اكثریت DIC در آب شیرین، به شكل بی كربنات موجود می‌باشد.

برای گیاهان آكواریمی فراهم كردن  می تواند به دو روش صورت گیرد. هر دو روش با افزایش نرخ سرعت جذب  به داخل گیاهان است. اول نرخ سرعت حركت آب در داخل آكواریوم می تواند افزایش یابد. ضخامت لایه‌ی مرزی را كاهش خواهد داد و تضمین خواهد كرد كه سطوح  در تعادل با هوا باشند.

این روش برای اجرا كردن ارزان می باشد و رشد عالی گیاهان آبزی تحت اكثر شرایط را به وجود خواهد آورد.

ثانیاً  می تواند به آكواریم تزریق گردد. این روش می تواند گران باشد و اگر به طور نامناسب انجام شود می تواند باعث مرگ ماهی ها باشد. استفاده از این روش، تنها اگر نوساناتpH مضرانه‌ی مهمی در آكواریوم وجود داشته باشد یا اگر گونه های گیاهان مورد كشت كاملاً قادر به استفاده كردن از بی‌كربنات نباشند (مثل گونه‌ی كامبومبا) ضروری است.

اكسیژن حل شده:

اكسیژن حل شده به حجم اكسیژن كه محتوی در آب است اشاره می‌كند. اكسیژن زمانی كه گیاهان آبزی ریشه دارد جلبك ها دستخوش فتوسنتز می‌شوند و زمانی كه اكسیژن به سطح مشترك هوا – آب انتقال می یابد وارد آب می گردد. مقدار اكسیژنی كه می تواند با آب نگاه داشته شود بستگی به دمای آب، شوری و فشار آب دارد. حلالیت گاز با كاهش دما افزایش می‌یابد (آب سردتر اكسیژن بیشتری نگاه می دارد).

حلالیت گاز با كاهش شوری افزایش می یابد. (آب شیرین اكسیژن بیشتری نسبت به آب نمك دار نگاه می دارد). فشار جزئی و درجه اشباع اكسیژن با ارتفاع تغییر خواهند نمود نهایتاً حلالیت گاز زمانی كه فشار كاهش می‌یابد كاهش پیدا می كند. بنابراین، مقدار اكسیژن جذب شده در آب، زمانی كه ارتفاع افزایش می یابد به خاطر كاهش در فشار نسبی كاهش پیدا می كند. زمانی كه اكسیژن جذب می شود در سرتاسر آب از طریق جریان های داخلی در بر گرفته می شود یا از سیستم محو می گردد آب در حال جریان محتمل تر است كه دارای سطوح اكسیژن حل شده‌ی بالا در مقایسه با آب راكد می‌باشد. زیرا حركت آب در سطح مشترك هوا- آب مساحت سطح موجود برای جذب كردن اكسیژن را می افزاید. در آب در حال جریان، آب غنی از اكسیژن در سطح به طور مداوم با آب دارای اكسیژن كمتر، در نتیجه‌ی تلاطم، تعویض می‌شود و پتانسیل بزرگتر برای مبادله‌ی اكسیژن در میان سطح مشترك هوا – آب ایجاد می گردد. از اینكه آب راكد كمتر در معرض اختلاط داخلی قرار می گیرد، لایه‌ی بالایی آب غنی از اكسیژن، مایل است كه در سطح بماند كه سطوح اكسیژن حل شده‌ی پایین تر در سرتاسر ستون آب ببار می آید. زمانی كه دمای آب بالا می‌رود اتلاف اكسیژن به راحتی رخ می دهد، زمانی كه گیاهان و حیوانات تنفس می كنند و زمانی كه میكروارگانیزم های هوازی ماده‌ی آلی را تجزیه می كنند.

اكسیژن محلول ممكن است نقش بزرگی در بقای حیات آبزی در دریاچه‌ها و دریاچه‌ی پشت سر معتدل در خلال ماه های تابستان به واسطه‌ی پدیده‌ای موسوم به لایه بندی (تشكیل لایه ها) ایفا می كند. لایه‌ای شدن فصلی در نتیجه‌ی چگالی بسته به دمای آب اتفاق می افتد، زمانی كه دمای آب افزایش می‌یابد، چگالی كاهش پیدا می كند. بنابراین آب گرم شده از خورشید در سطح بدنه‌ی آب باقی خواهد ماند با تشكیل epilim nion ، در حالی كه آب سردتر، چگالتر به كف فرو می رود (هیپولیمنیون) لایه‌ی تغییر دمای شدید جدا كننده دولایه ترموكلین نامیده می شود. در شروع تابستان، هیپولیسنیون دریاچه دارای اكسیژن حل شده بیشتر خواهد بود زیرا آب سردتر اكسیژن بیشتر از آب گرمتر نگاه می دارد. زمانی كه زمان پیش می رود، تعداد افزوده ارگانیزم‌های مرده از اپی لیمنیون به كف فرو می روند و با میكروارگانیزم ها تجزیه می گردند. تجزیه‌ی میكروبیل مداوم سرانجام هیپولیمنیون كم اكسیژن به بار می آورد.

اگر دریاچه دارای غلظت های بالای مغذی باشد، این فرآیند ممكن است تشدید گردد زمانی كه نرخ رشد میكروارگانیزم ها با مغذی خاصی مثل فسفر محدود نمی گردد، اكسیژن محلول در دریاچه می تواند قبل از پایان تابستان تهی شود.

میكروب ها نقش كلیدی در اتلاف اكسیژن از آب های سطحی ایفا می‌كنند. میكروب ها اكسیژن را به عنوان انرژی برای تجزیه كردن مولكول های آلی حلقه‌ی طویل را به محصولات نهایی ساده تر، پایدارتر مثل دی اكسید كربن، آب، فسفات و نیترات استفاده می نمایند. زمانی كه مولكول های آلی با میكروب‌ها تجزیه می شوند. اكسیژن از سیستم برداشته می شود و باید با مبادله در سطح مشترك هوا-آب جایگزین شود.

هر محله‌ی فوق مصرف اكسیژن محلول را حاصل می سازد. اگر سطوح بالای ماده ارگانیك در آب وجود داشته باشند، میكروب ها ممكن است از تمام اكسیژن موجود استفاده نمایند ولی این بدین معنی نیست كه حذف میكروب‌ها از اكوسیستم این مسأله را حل خواهد كرد. گرچه میكروب ها مسئول كاهش سطوح اكسیژن محلول هستند، آن ها نقش خیلی مهمی را در اكوسیستم آبزی ایفا می نمایند. اگر ماده‌ای مرده تجزیه‌ی نگردد در آن ها انباشته خواهند شد، گو اینكه برگ ها انباشته می شوند اگر هر سال تجزیه نمی شدند.

وارد گشتن ماده‌ی آلی اضافی ممكن است تهی شدن اكسیژن از سیستم آبزی را به بار آورد. در معرض بودن طولانی به سطوح اكسیژن محلول پایین (كمتر از 5 تا 6 mg/L اكسیژن) ممكن است مستقیماً ارگانیزمی را نكشد ولی آسیب پذیری آن را به تنش های محیطی دیگر افزایش خواهد داد. در معرض بودن به كمتر از اشباع 30 (كمتر از 2 mg/L اكسیژن) برای یك تا چهار روز ممكن است اكثر حیات آبزی در سیستم را بكشد.

اگر تمام اكسیژن تهی گردد، تجزیه‌ی هوازی مصرف كننده‌ی اكسیژن متوقف می گردد و تجزیه‌ی ارگانیك (آلی) بیشتر دیگر به طور غیرهوازی انجام می شود. میكروارگانیزم های غیرهوازی انرژی را از اكسیژن پیوند خورده به مولكول های دیگر مثل نیترات ها و سولفات ها به دست می آورند. شرایط فارغ از اكسیژن تحرك اكثر تركیبات حل نشدنی غیر از این ها را حاصل می‌سازند. زمانی كه تركیبات سولفاتی تجزیه می‌شود آب ممكن است بویی مثل تخم‌مرغ‌های گندیده بدهد.

سطوح اكسیژن محلول پایین ممكن است در خلال شرایط گرم و راكد اتفاق افتند كه از اختلاط جلوگیری می كنند. به علاوه، سطوح آلی طبیعی بالا اغلب موجب تهی شدن اكسیژن محلول خواهد شد.

استانداردهای كیفیت آب برای اكسیژن محلول:

قاعده‌ی 64 استانداردهای كیفیت آب شیگان (قسمت 4 قانون 451) غلظت‌های اكسیژن محلول حداقل را كه باید از آب های سطحی ایالت برآورده شود شامل می سازد. این قاعده بیان می كند كه آب های سطحی تعیین شده به عنوان شیلات آب سرد باید استاندارد اكسیژن محلول حداقل mg/L7 را برآورده سازند، در حالیكه آب های سطحی حفا‌ظت شده برای حیات ماهی و آبزی آب گرم باید استاندارد اكسیژن محلول حداقل mg/L 5 را برآورد نمایند.

محدودیت های اكسیژن محلول در مجوزهای NPDES :

حدود اكسیژن محلول در اكثر مجوزهای NPDES برای تضمین كردن اینكه سطوح حداقل برآورد گردند قرار داده می شوند. این حدود همراه با حدود برای نیاز اكسیژن بیوشیمیایی (BOD) و نیتروژن آمونیاكی تدوین می شود.

BOD سنجش اكسیژن لازم برای تجزیه كردن مواد آلی در ستون آب می‌باشد. آمونیاك مورد توجه می باشد زیرا  آن با باكتری ها در ستون آب به نتیرات تبدیل می شود. فرآیندی كه موجب مصرف اكسیژن می شود، با تضمین كردن اینكه سطوح BOD و نیتروژن آمونیاكی به حد كافی پایین هستند و سطوح اكسیژن محلول به حد كافی بالا می باشند، این حدود با هم نقش مهمی را در حفاظت آب های سطحی، ایفا می نمایند. 

قیمت فایل فقط 4,900 تومان

برچسب ها : میزان نقش گیاهان آبزی در تولید ومصرف گازهای مختلف (بررسی كلی درباره فتوسنتز و عوامل موثر بر فتوسنتز) , طرح توجیهی میزان نقش گیاهان آبزی در تولید ومصرف گازهای مختلف (بررسی كلی درباره فتوسنتز و عوامل موثر بر فتوسنتز) , دانلود میزان نقش گیاهان آبزی در تولید ومصرف گازهای مختلف (بررسی كلی درباره فتوسنتز و عوامل موثر بر فتوسنتز) , شیمی , عوامل موثر بر فت