10.3. Примеры некоторых биогеохимических циклов

Каждый химический элемент, совершая круговорот в экосистеме, следует по своему особому пути, но все круговороты приводятся в движение энергией, и участву­ющие в них элементы попеременно переходят из орга­нической формы в неорганическую и обратно. Рассмот­рим круговороты некоторых химических элементов с уче­том особенностей поступления их из обменного фонда в резервный и возврата в обменный фонд.

Биогеохимический цикл азота — пример очень слож­ного круговорота вещества с резервным фондом в ат­мосфере (рис. 10.4). Азот, входящий в состав белков и других азотсодержащих соединений, переводится из

Рис. 10.4. Биогеохимический цикл азота.

Здесь и на рис. 10.5-10.7: / — обменный фонд;

//, ///—резервные фонды.

173

органической формы в неорганическую в результате де­ятельности ряда бактерий — редуцентов, причем каждый вид бактерий выполняет свою часть работы.

Особенность биогеохимического цикла фосфора (рис. 10.5) состоит в том, что редуценты переводят фос­фор из органической формы в неорганическую, не окис­ляя его. Цикл фосфора менее совершенен, чем цикл азо­та, так как в результате происходит утечка этого эле­мента в глубокие осадки.

Биогеохимический цикл серы характерен обширным резервным фондом в земной коре, и меньшим — в ат-

Рис. 10.5. Биогеохимический цикл фосфора.

174

Рис. 10.6. Биогеохимический цикл серы.

Рис. 10.7. Биогеохимический цикл углерода.

175

мосфере (рис. 10.6). В результате такой слаженности об­менного и резервного фондов сера не является лимити­рующим фактором. И, наконец, углерод участвует в цик­ле с небольшим, но весьма подвижным фондом в ат­мосфере (рис. 10.7). Благодаря буферной системе карбонатного цикла круговорот приобретает устойчи­вость, но он все-таки уязвим из-за небольшого объема резервного фонда (0,029% С0₂).

Рассмотрение этих примеров показывает, что крити­ческими моментами биогеохимических циклов являются захват (уровень продуцентов) и возврат (уровень реду­центов) веществ из физической среды. Эти моменты связаны с реакциями восстановления и окисления. Вос­становление химических веществ осуществляется в ко­нечном итоге за счет энергии солнечного излучения. На каждом этапе переноса энергии происходит ее рассеи­вание, заканчивающееся на уровне редуцентов, которые окисляют элементы до состояния, в котором они уже могут быть захвачены продуцентами. В целом на уровне обменного фонда биогеохимический круговорот может быть представлен системой ступенек, в пределах каж­дой из которых осуществляется своя часть процесса окисления (рис. 10.8).

Таким образом, важнейшее свойство потоков в эко­системах—их цикличность. Вещества в экосистемах со-

Рис. 10.8. Принцип движения веществ в обменном фонде.

176

вершают практически полный круговорот, попадая сна­чала в организмы, затем в абиотическую среду и вновь возвращаясь к организмам.

В круговоротах участвуют не только биогенные элементы, но и многие загрязняющие вещества. Некоторые из них не только циркулируют в окружающей среде, но и имеют тенденцию накапливаться в организмах. В таких случаях концентрация ка­кого-либо загрязняющего вещества, обнаруженного в организ­мах, нарастает по мере прохождения его вверх по пищевой цепи, гак как организмы быстрее поглощают загрязняющие вещества, чем выделяют их. Ртуть, например, может содержаться в воде и придонном иле в относительно безвредных концентрациях, тогда как ее содержание в организме водных животных, имею­щих раковину или панцирь, может достигать летального для них уровня. Действие пестицидов, таких как ДДТ, основывается на сходном принципе: содержание их в воде может быть столь не­значительным, что выявить их практически не удается, однако чем выше трофический уровень, на котором находится данный организм, тем больше концентрация пестицида в его тканях. Это явление известно под названием биологического усиления, или биологического накопления.

177