4.5. Малий біологічний кругообіг речовин

Для ґрунтоутворення особливе значення має малий біологіч­ний кругообіг речовин. Він забезпечує цикли біогеохімії. При цьому зольні елементи поглинаються рослинами з ґрунту. В подальшому вони беруть участь у біохімічних процесах рослин, повертаються знову в ґрунт після їх відмирання. Частина забирається тваринними організмами і повертається після їх відмирання. Цикли вуглецю, азо­ту більш складні. Вони зачіпають також атмосферу. Частина еле­ментів звільняється, після відмирання повертається у великий геологічний кругообіг через атмосферу і гідросферу.

Антропогенна діяльність змінює хід біологічного кругообігу речовин за рахунок:

1. зниження природної біоти і заміни її на культуру сільськогосподарських полів;

2. відокремлення і потреби споживання біологічної продукції;

3. внесення добрив;

4. зміни ґрунтових режимів.

Інтенсивність біологічного кругообігу речовин (елементів) або швидкість його - це час (вегетаційний період, декілька місяців, діб, хвилин), упродовж якого елемент поглинається живим орган­ізмом, трансформується і повертається в середовище.

Повернення буває прижиттєве і посмертне. Час (інтенсивність) залежить від виду організму та запасу елемента у середовищі.

У формуванні малого біологічного кругообігу речовин велику роль відіграють живі організми. В першу чергу - мікробні популяції, оскільки біомаса мікробів практично така ж, як і біомаса рослин. Але головне не в кількості маси, а в тій роботі, яку мікроорганізми проводять з мінералізації речовин, особливо у процесах перетворення азоту, заліза, сірки, марганцю. Відмираючи, вони звільняють 6-7 % від своєї біомаси різних зольних елементів.

Об'єм, або ємність біологічного кругообігу речовин (елемента) - це маса елемента, яка поглинається організмом з навколишнього середовища одиницею площі за певний час.

Біологічний кругообіг речовин складається з циклів окремих елементів.

Цикли азоту. 75 % N зосереджено в атмосфері в молекулярній формі (N₂). Живі організми (рослини) поглинають азот у вигляді NН₄⁺, NО₃^-, з участю якого утворюють білки. Після відмирання рослин іде трансформація азотовмісних сполук через амоніфікацію, нітрифіка­цію, денітрифікацію. Нітрати захоплюються рослинами, частина їх іде на утворення гумусу. Решта азоту вимивається з ґрунту. У гу­мусі азот складає 3-5-10 %. Втрата з ґрунту азоту веде до забруд­нення водоймищ.

Цикли вуглецю. СО₂ в атмосфері міститься до 0,03 %. Найбіль­ше вуглецю в живій речовині - 18 %. Він є основою життя. Розрахо­вано, що рослинний покрив суші засвоює весь вуглець атмосфери за 3-4 роки. Для гумусосфери цикл вуглецю складає 300-400 років. У процесі дихання рослин частина вуглецю повертається в атмосфе­ру. Після відмирання рослин частина вуглецю закріплюється в гу­мусі, в осадових породах (карбонати), частина повертається до ат­мосфери. Викиди вуглецю при спалюванні нафти, газу, вугілля, скла­дають від 6 до 10 % об'єму біогеохімічного циклу.

Вирубка лісів, руйнування лісових підстилок, осушення торф'я­ників, посилене розорювання земель, зменшення планктону у водой­мищах у зв'язку з їх забрудненням скоротили об'єми фотосинтезу на планеті. Це зумовило посилення надходження СО₂ в атмосферу. Ви­робництво будівельних матеріалів також підсилює концентрацію СО₂ в атмосфері (одержання цементу). Існують суттєві відмінності між біо­логічними кругообігами в природних і антропогенних екосистемах. Установлено, що за останні сто років чорноземи втратили одну тре­тину своїх гумусових запасів. Головні причини цього: інтенсивні прийо­ми землеробства (меліорація, хімізація, механізація), ерозія ґрунтів. У природних екосистемах гуміфікується незначна частка за­лученого до фотосинтезу вуглецю атмосфери. Значна частина його повертається в атмосферу при диханні організмів і при мінералізації мертвої органічної речовини.

Живі організми утворюють інтенсивні потоки хімічних еле­ментів. Вони проводять велику геохімічну роботу, беруть участь у процесах вивітрювання і ґрунтоутворення. Ґрунти є компонентами біосфери й об'єктами дії живої речовини. В ньому зосереджена зоофауна, мікроорганізми, корені рослин. У гумусному горизонті жива речовина складає 40% маси ґрунту. Жива речовина у ґрунтах вико­пує такі функції:

• газообмінну: метаболізм, дихання і обмін СО₂, NН₃, Н₂О;

• окиснення: процес вивітрювання суттєво змінює сполуки таких елементів як Мn, С, N, S, Р;

• відновлення: денітрифікація, десульфофікація;

• концентрації і акумуляції хімічних елементів із розсіяного стану: карбонати, фосфати;

• синтезу і мінералізації гумусу, гумінових і фульвокислот ґрунту, ґрунтового покриву.