Биотический круговорот веществ – основа функционирования живого веществабиосферы.

Биотический круговорот веществ как замкнутая система отработан в процессе эволюции за несколько миллиардов лет. Мертвых животных и растения перерабатывают насекомые, простейшие, грибы, бактерии и другие деструкторы ( редуценты), которые разрушают их, превращая в минеральные или простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Непрерывность, замкнутость этого процесса обеспечиваются распадом и разложением конечных продуктов.

Под влияниембиотического круговорота веществ концентрация фосфора в почве заметно выше ( в среднем 0 1 - 0 3 %), чем в земной коре. Гумусовые горизонты ненарушенных почв богаты фосфором, в лесной подстилке иногда содержится до 100 кг / га этого элемента. Большое количество фосфора ( 106 - 107т) удерживается в веществе биосферы. Содержание данного элемента в фитомассе природных ( естественных) луговых степей достигает 30 кг / га. Для диких травоядных млекопитающих такой уровень фосфора в кормовых растениях вполне достаточен.

Энергетический принцип изучениябиотического круговорота веществ отражает фундаментальное положение о том, что энергия, в отличие от вещества, в цепи трофических ( пищевых) превращений не исчезает, а переходит из одной формы в другую.

Энергия Солнца трансформируется в процессебиотического круговорота веществ на каждом его этапе и уровне. Непосредственно потребляют солнечную энергию только зеленые растения в процессе фотосинтеза. Они создают органическое вещество из диоксида углерода ( СО2) и воды, как бы аккумулируя энергию.

В определенные экологически специфические периоды сбалансированностьбиотического круговорота веществ нарушалась: из него выводились излишки, которые депонировались ( откладывались) в виде нефти, каменного угля, газа, известняков и других минералов органического происхождения. При сжигании каменного угля в топках или нефти в моторах освобождается и используется солнечная энергия, запасенная былыми биосферами сотни миллионов лет назад. Важно отметить, что эти депонированные в прошлом, выведенные из биотического круговорота излишки не засоряли биосферу и не оказывали вредного влияния на сам процесс.

Разнообразие животных чрезвычайно важно прежде всего для основного процесса - биотического круговорота веществ и энергии. Один вид не способен в любом биогеоценозе расщепить органическое вещество растений до конечных продуктов. Каждый вид использует лишь часть растений и некоторые содержащиеся в них органические вещества. Так складываются цепи и сети питания, последовательно извлекающие вещества и энергию из фотосинте-зирующих растений.

Таким образом, атмосфера в биоценозе играет огромную роль в поддержаниибиотического круговорота вещества и энергии и обеспечении водного баланса.

Экосистема - совокупность в биосфере организмов и неорганических компонентов, в которой осуществляетсябиотический круговорот веществ. Понятие, часто употребляемое вместо термина биогеоценоз, но более общее, безразмерное.

При этом загрязнитель разлагается до форм, усваиваемых живыми организмами и вовлекаемых далее вбиотический круговорот веществ. Оно основано на поглощении и разложении загрязнителей главным образом микроорганизмами и зависит от их количества и физиологической активности. Длительность процесса самоочищения резко меняется в зависимости от географического места, например, на севере оно идет медленно. Способность почвы к самоочищению имеет огромное значение для проживающих в ней организмов и связанных с ними других компонентов биосферы.

Схема биотического круговорота в экосистеме

Итак, получая беспрерывный поток солнечной энергии, растения создают первичную продукцию из неорганической материи. В дальнейших звеньяхбиотического круговорота веществ происходит лишь расходование этого запаса с трансформацией и потерей энергии. Консументы, редуценты потребляют живое вещество первичной продукции. Животные, сами создавая новое живое вещество, расходуют для этого в десятки раз больше живого вещества предыдущего трофического уровня, тем самым уменьшая и общие запасы потока энергии.

В книге изложены основные сведения о самоочищении водоемов, о биологических и физико-химических механизмах, участвующих в этом процессе. Приведены сведения обиотическом круговороте веществ в водоеме, основные его характеристики. Кратко рассказано об участии водных организмов в восстановлении качества воды. Дана количественная оценка некоторых из этих процессов. Описаны отдельные стадии химических реакций и показана роль химически активных соединений и частиц в распаде органических соединений.

Как происходит передача энергии и вещества в биоценозе. Какие группы организмов обеспечиваютбиотический круговорот веществ.

Оба круговорота взаимосвязаны и представляют собой как бы единый процесс. Втягивая в свои многочисленные орбиты косную среду, биотический круговорот веществ обеспечивает воспроизводство живого вещества и оказывает активное влияние на облик биосферы.

Жизнь не только возникает из мертвой ( косной) материи, но и оказывает на нее существенное воздействие. Главнейшая роль живого сводится к осуществлению так называемогобиотического круговорота веществили биогеохимического цикла. Все вещества, участвующие в жизненных процессах, физически конечны, и за миллионы лет их аккумуляции в органическом веществе они могли бы уже быть исчерпанными.

Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех основных групп организмов:
- продуцентов — зеленых растений, осуществляющих фотосинтез, и бактерий, способных к хемосинтезу, — они создают первичное органическое вещество;
- консументов, потребляющих органическое вещество, — это растительноядные и хищные животные;
- редуцентов (деструкторов), разлагающих мертвое органическое вещество до минерального, — это в основном бактерии, грибы и простейшие животные. На восходящей ветви биотического круговорота, основанного на выполнении энергетической функции зелеными растениями, происходит аккумуляция солнечной энергии в виде органических веществ, синтезируемых растениями из неорганических соединений — углекислого газа, воды, азота и других. Нисходящая ветвь биотического круговорота связана с потерями органического вещества.

Важнейший процесс — дыхание растений, при котором до половины ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до С02 и возвращается в атмосферу. Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии — это потребление растений консументами первого порядка — растительноядными животными. Запасаемая фитофагами с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами. В свою очередь растительноядные животные являются пищей для плотоядных животных — консументов более высокого трофического уровня. Консументы второго порядка расходуют накопленную с пищей энергию по тем же каналам, что и консументы первого порядка (растительноядные животные).

Каждое звено экосистемы поставляет в окружающую среду органические остатки, которые служат источником пищи и энергии для животных-сапрофагов, а главным образом для микроорганизмов — бактерий, грибов и др. Завершающим этапом превращения органического вещества являются процессы гумификации и далее — окисление гумуса до С02 и минерализация зольных элементов, которые вновь возвращаются в почву и атмосферу, обеспечивая растения пищей.

Таким образом, биотический круговорот представляет собой непрерывный процесс создания и деструкции органического вещества. Он реализуется при участии представителей всех трех групп организмов: без продуцентов невозможна жизнь, поскольку лишь они производят основу жизни — первичное органическое вещество; консументы разных порядков, потребляя первичную и вторичную продукцию и переводя органическое вещество из одной формы в другую, способствуют возрастанию многообразия форм жизни на Земле; наконец, редуценты, разлагая органическое вещество до минерального, возвращают его к началу круговорота. Глобальные циклы миграции химических элементов не только связывают три наружные оболочки нашей планеты в единое целое, но и обусловливают непрерывную эволюцию ее состава.

Движущей силой биотического круговорота служит энергия Солнца. Основной процесс, в результате которого образуются органические вещества, — фотосинтез — осуществляется благодаря использованию солнечной энергии зелеными растениями. Автотрофы, синтезируя органическое вещество, по сути дела, «консервируют» солнечную энергию в географической оболочке. Проникая из космоса в биосферу, энергия накапливается не только в растениях, но и в животных, почвах, горных породах. Энергия Солнца движет по кругу химические элементы, которые то сцепляются в гроздья органических молекул, то рассыпаются опять в неорганическом веществе.

В биотическом круговороте помимо образующих органическое вещество элементов (кислород, углерод, водород) принимают участие большое число биологически важных элементов (азот, кальций, натрий, калий, кремний, фосфор, сера), а также микроэлементы (бром, йод, цинк, серебро, молибден, медь, магний, свинец, кобальт, никель). Список элементов, поглощающихся живым веществом, можно значительно расширить, причем в него входят даже ядовитые элементы (ртуть, селен, мышьяк) и радиоактивные.

Отметив циклический характер массоэнергообмена, ответим на вопрос о скорости круговорота различных веществ в биосфере. Все живое вещество биосферы обновляется в среднем за 8 лет. В океане циркуляция идет во много раз быстрее: вся масса живого вещества обновляется за 33 дня. В атмосфере смена кислорода происходит за 2 тыс. лет, углекислого газа — б лет. Процесс полной смены вод в гидросфере осуществляется за 2800 лет.