11. Биологический круговорот вещества

Биологический круговорот вещества – наиболее универсальное явление, характеризующее взаимоотношения различных живых организмов с почвой как средой их обитания. Биокруговорот веществ включает в себя следующие звенья: 1) поглощение живыми организмами из окружающей среды химических элементов и их соединений; 2) построение из поглощенных соединений живых тканей; 3) отмирание организмов, минерализация органических остатков и возврат элементов в окружающую среду.

В почвах наблюдается сложная система биологических круговоротов химических элементов, в которых участвуют микроорганизмы, почвенная фауна и высшие растения.

Микроорганизмы поглощают из почвы и отдают ей самые разные химические элементы (диатомные водоросли поглощают кремний, железобактерии – марганец и железо, бактерии-азотофисаторы – как ни странно, азот). Высокая скорость обмена веществ в этих процессах компенсирует относительно невысокую емкость в каждый отдельный момент времени.

Животные, обитающие в почвах и на ее поверхности, имеют более длительные по сравнению с микроорганизмами жизненные циклы. Но вследствие их большей массы емкость процессов, вызываемых ими, достигает значительных величин.

Очень динамичен биокруговорот, осуществляемых в почвах высшими растениями. В биокруговороте веществ в системе почва – живые растения – опад – почва можно выделить два основных звена: а) поглощение растениями веществ из почвы; б) возврат растениями веществ в почву.

Растения поглощают химические элементы весьма избирательно. Для характеристики такой избирательности используют предложенные Полыновым и Перельманом коэффициенты биологического поглощения, рассчитанные как отношения содержания данного химического элемента в золе растений к его кларку в литосфере. Наиболее энергично накопляемыми (коэффициент поглощения от 10-ков до 100-н) являются P, S, Cl, I; далее идут K, Ca, Mg, Na и др. К элементам слабого накопления и слабого накопления и среднего захвата относятся Mn, Cu, Ni, As, Hg, Fe, Si, Li, Cs; к веществам слабого и очень слабого захвата относятся Ti, Cr, Pb, Al, U, Zr.

Второе звено биокруговорота – поступление веществ с отмершими растительными остатками обратно в почвенную толщу. Очевидно, что кроме органогенов O, C, H, N химические элементы будут возвращаться в тех же пропорциях, которые отражены в рядах интенсивности биологического поглощения. Количество растительных остатков, ежегодно поступающих в почвы и на их поверхность, составляет для большинства типов растительности десятки центнеров на га (максимум – во влажных субтропических и тропических лесах, минимум – в тундрах и пустынях).

Интенсивность биокруговорота также характеризуется отношением ежегодного опада к массе мертвого неразложившегося органического вещества (лесная подстилка или травянистый войлок). Во влажных тропических и субтропических лесах это отношение меньше 1, т.е. полное разложение опада осуществляется меньше, чем за год; в хвойных лесах – за 15-20 лет. В травянистых типах растительности в степях и саваннах разложение растительных остатков идет быстрее, чем в лесах умеренного пояса. В пустынях опад небольшой, и он быстро минерализуется. Самый малый темп разложения органического вещества – в кустарничковых тундрах (92 года).