Загальне землезнавство - Олійник Я.Б. - 8.4. Біологічний кругообіг речовин

Під біологічним кругообігом речовин розуміють надходження речовин і хімічних елементів з ґрунту й атмосфери до живих організмів, утворення в цих тілах нових складних сполук та їх повернення з організмів або продуктів їх розкладу до ґрунту й атмосфери (рис. 22). Біологічний кругообіг речовин — складний процес взаємозв'язку і взаємодії живих організмів як між собою, так і з навколишнім середовищем. Він складається з циклів різної тривалості, які по-різному впливають на ландшафт. Розрізняють сезонні, річні, багаторічні і вікові цикли біологічного кругообігу. Найкраще виражені річні цикли кругообігу, які складаються зі споживання елементів живлення окремими організмами або їх формаціями, а також поступового повернення новостворених органічних речовин до навколишнього середовища.

Найголовнішим джерелом енергії біологічного кругообігу є сонячна енергія. Завдяки сонячному випромінюванню в біосфері здійснюється один з найграндіозніших процесів — фотосинтез. Рослини поглинають енергію сонячного світла, за її допомогою засвоюють в своїх листях вуглекислоту і воду, розкладаючи їх на прості хімічні елементи. При цьому вуглець і водень рослини використовують на побудову своїх органічних тіл, а кисень, головним чином, виділяється ними в атмосферу. За участю кисню відбувається один з найважливіших життєвих процесів — дихання. Не менше значення має й інший процес, в якому бере участь кисень, — тління і гниття рослин, розклад мертвих тварин. При цьому складні органічні сполуки перетворюються в більш прості (вуглекислий газ, воду, азот таш.) так завершується біологічний кругообіг речовин. Елементи, які вивільнилися в процесі кругообігу речовин, служать вихідним матеріалом для наступного циклу кругообігу.

Рис. 22. Біологічний кругообіг речовини

Загальна кількість органічної речовини в екосистемах визначається, головним чином, природними особливостями території. Максимум нагромадження біомаси спостерігається в лісових біоценозах (табл. 9). У вологих тропічних лісах ця величина досягає 5000 ц/га і більше. Значно менша біомаса широколистяних і особливо хвойних лісів бореального поясу (1000—3300 Ц/га). Ще меншу біомасу мають трав'яні угруповання. Так, лучні степи дають у середньому 250 ц/га, а сухі степи — лише 100 ц/га.

Привертає до себе увагу відсутність прямої залежності між біомасою (загальною кількістю живої органічної речовини в наземній та підземній сферах рослинних угруповань) і опадом, тобто кількістю щорічно відмираючої органічної речовини на одиницю площі. Так, в лучних степах щорічний опад у два-три рази перевищує кількість опаду широколистяних лісів, хоча біомаса перших у 16 разів менша за біомасу цих лісів.

Таблиця 9. Показники біологічної продуктивності основних типів рослинності (за Л.Є. Родіним, Н.І. Базилевич, 1965 р.)

Але не вся відмираюча органічна речовина зазнає перетворення, частина його нагромаджується на поверхні ґрунту у вигляді підстилки або трав'яної повсті. Найбільше нагромадження надземної органічної речовини спостерігається в чагарникових тундрах. Накопичення тут підстилки свідчить про низький рівень процесів розкладу органічної речовини, тобто про послаблення вивільнення енергії. У степах, саванах і вологих тропічних лісах, навпаки, весь опад дуже швидко мінералізується. Таким чином, за відношенням маси підстилки до кількості опаду зеленої частини можна робити висновок про інтенсивність розкладу органічної речовини.

Разом з кругообігом органічної речовини в процесі життєдіяльності рослинних організмів відбувається кругообіг хімічних елементів, вибірково захоплених рослинами з атмосфери, гідросфери і літосфери. Накопичення і динаміка азоту і зольних елементів у біологічному кругообігу визначається продуктивністю рослинних угруповань, процентним вмістом і хімічним складом золи рослин, які складають біоценоз.

Найбільша кількість азоту і зольних елементів міститься в рослинності вологих тропічних лісів (більше 10 000 кг/га), значним е вміст хімічних елементів у широколистяних лісах помірного поясу (5800 кг/га). У біомасі трав'янистої рослинності, порівняно з деревною, вміст азоту і зольних елементів знижується, але не пропорційно зміні кількості біомаси, оскільки, накопичуючи меншу біомасу, трав'яниста рослинність має більш високу зольність, ніж лісова рослинність. Тому в степовій зоні в ґрунт щорічно надходить у 5 разів більше хімічних елементів, ніж у ялинниках південної тайги, і в 2,5 рази більше, ніж у дібровах.

Узагальнюючи найважливіші риси біологічного кругообігу, необхідно зазначити, що в географічному аспекті від тундри до тайги, широколистяних лісів і степів відбувається збільшення величини річного приросту рослин, а також активізується інтенсивність біологічного кругообігу від азотного через азотно-кальцієвий до азотно-кремнієвого. У пустелях річна продукція органічної речовини різко знижується. В її біологічному циклі разом з азотом істотну роль відіграють галогени — хлор і натрій.

У поясі вологих субтропіків і тропіків річний приріст, ємність біологічного кругообігу зростає до максимальних величин. Біологічний кругообіг характеризується високою інтенсивністю, переважанням азотно-кремнієвого типу хімізму з участю алюмінію, заліза, марганцю. Кремнієві типи хімізму особливо поширені в екваторіальному поясі. Вони характерні для тропічних лісів, саван, рідколісь, трав'янисто-дерев'янистих формацій тугайного типу; в помірному поясі — властиві внутріконтинентальним степовим областям.

Отже, відповідно до зростанням впливу сонячної енергії на поверхню Землі від північних широт до південних відбувається збільшення біологічної продуктивності, інтенсивності і різноманітності типів хімізму біологічного кругообігу елементів.