1. 4. Біохімічні і біологічні кругообіги хімічних елементів
У біологічному кругообігу беруть участь три компоненти:
1) жива речовина (рослини, тварини, мікроорганізми біоценозу, біосфери);
2) біогенна речовина, що утворилася при відмиранні живих організмів у вигляді складних органо – мінеральних сполук типу ґрунтового гумусу;
3) біокісна речовина – мінеральні сполуки, створені живою речовиною.
Жива речовина відіграє активну роль у біологічному кругообігу і виконує при цьому декілька функцій: 1) газообміну; 2) окислення; 3) відновлення; 4) концентратора і акумулятора хімічних елементів з розсіяного стану; 5) синтезу і розкладу.
Всі ці процеси супроводжуються витратою і звільненням енергії. Накопичена рослинністю енергія в подальшому забезпечує життєдіяльність всіх живих організмів. Однак ця енергія витрачується не вся, більша її кількість зберігається, акумулюється в рослинних залишках, особливо у їхніх похідних, в якісно новому
Рис. 3. Кругообіг живої та неживої речовини у природі
природному утворені - гумусі. В гумусовій оболонці енергія активна, тому процеси ґрунтоутворення тісно пов’язані з біогеохімічним кругообігом. Як біологічний кругообіг, так і ґрунтоутворення супроводжуються видатком і акумуляцією енергії. Джерелом енергії є жива речовина, без якої ґрунтоутворення неможливо. Отже, біологічний кругообіг включає в себе компоненти живі організми ґрунту, гірські породи, атмосферу. Провідна роль у цьому кругообігу відіграє біогенна міграція.
Для оцінки особливостей біологічного циклу кругообігу хімічних елементів різні автори запропонували цілий ряд понять і критеріїв, які в сукупності досить повно характеризують ці особливості в біоценозі, що вивчається (ландшафті, екосистемі, біосфері). До них відносяться:
1) зольність рослин і тварин;
2) біомаса;
3) структура біомаси;
4) відношення сумарної біомаси (ландшафту) до річного приросту в біогеоценозі;
5) відношення кількості елементів, втягнутих у біомасу річного приросту в біогеоценозі (у ландшафті, на суші), до річного стоку (ландшафту, суші землі);
6) відношення суми всіх хімічних елементів (або одного елемента), що містяться у біомасі річного приросту, до суми цих елементів (або одного елемента), які відносяться водами басейну;
7) відношення всієї маси підстілки до маси річного опаду;
8) відношення кількості хімічного елемента в сухому залишку води до вмісту цього елементу у земній корі;
9) ємність біологічного кругообігу;
10) приріст або продукція біоценозу (фітоценозу);
11) швидкість біологічного кругообігу;
12) інтенсивність біологічного кругообігу;
13) контрастність біологічного кругообігу.
Дані щодо хімічного складу компонентів біогеохімічного кругообігу звичайно виражаються у відсотках. Для балансових розрахунків їх необхідно перерахувати в одиниці маси. Це дасть уявлень про істині кількості речовини, що беруть участь у кругообігу, а також роль про роль ґрунтів і біологічну продуктивність біогеоценозу або окремих рослин, про вплив рослинності на ґрунтоутворення. Балансові розрахунки проводять з урахуванням усіх компонентів, що беруть участь у кругообігу (рис. 1. 2).
Рис. 1. 2. Схематичне зображення компонентів біологічного кругообігу
Для з’ясування особливостей біогеохімічного кругообігу додатково проводять ще й балансові розрахунки, в яких враховуються всі компоненти, що беруть участь у кругообігу, і частка їхньої участі. З цією метою вивчається хімічний склад гірських порід, ґрунтів, вод. Зольний склад рослин, а також рослинного осаду і підстілки і вміст в них вуглецю і азоту. При цьому проводиться розрахунок усіх описаних раніше критеріїв.
Окрім сумарного урахування кругообігу зольних елементів і азоту вивчаються також кругообігу і окремих елементів. Особливий інтерес становлять данні щодо кругообігу азоту і вуглецю, що складають основу живої речовини і тому дають уявлення про роль останнього в біогеохімічних циклах конкретних ландшафтів або природних регіонів.