4. Колообіг кисню.

Біохімічний цикл кисню - планетарний процес, що зв'язує атмосферу і гідросферу із земною корою. Його основою є утворення вільного кисню під час фотосинтезу в зелених рослинах, використання кисню для дихання усіх живих організмів, підтримання реакцій окиснення органічних решток і неорганічних речовин (спалювання пального), інших хімічних перетворень, внаслідок чого утворюються такі окиснені сполуки, як вуглекислий газ і вода, які залучаються в новий цикл фотосинтетичних перетворень.

У колообігу кисню помітно виражена активна геохімічна діяльність живої речовини, її першорядна роль у цьому процесі.

Об'ємна частка кисню в атмосферному повітрі - 20,93 %, що становить 1,2-10¹⁵ т. У процесі фотосинтезу щорічно виділяється 1,55-10⁹ т. кисню, а витрачається - 2,16-10¹⁰ т, тобто на порядок більше. У зв'язку з цим баланс кисню в атмосфері надзвичайно дефіцитний. Близько 72 % цієї кількості кисню виділяє рослинність суходолу і 28 % - фотосинтезуючі організми Світового океану. В розчиненому стані вільний кисень міститься в природних водах. За даними А.П. Виноградова, у водах Світового океану знаходиться (2,7... 10,9)-10¹² т розчиненого кисню.

Частина кисню, зв'язаного в органічних речовинах, виводиться з річного колообігу при похованнях. Крім того, кисень використовується в процесах горіння, інших видах діяльності людини.

Вміст кисню і вуглекислого газу в ґрунтовому повітрі залежить від аерації ґрунту (часті оранки, дихання, заміна оранки поверхневим обробітком), складу рослинності, коливання температури, тиску повітря, дії вітру, рівня залягання ґрунтових і підґрунтових вод, внесення добрив, особливо органічних, і певною мірою - від інтенсивності газообміну. Вміст вуглекислого газу в ґрунті упродовж року змінюється. Найбільше його в орному шарі влітку, коли інтенсивно відбуваються біохімічні процеси. Між ґрунтовим і атмосферним повітрям постійно відбувається газообмін, внаслідок чого склад ґрунтового повітря і повітря надземного шару атмосфери певною мірою оновлюється. Газообмін у ґрунті впливає на більшість процесів, що відбуваються в ньому. Чим інтен-пгвніший обмін між ґрунтом і атмосферним повітрям, тим активніше йдуть біохімічні процеси. Кисень і вуглекислий газ сприяють вивітрюванню й окисненню різних мінералів, утворенню доступних для живлення рослин сполук. За нестачі повітря в ґрунті переважають відновні хімічні процеси, при яких рослини неспроможні використати навіть доступні поживні речовини.

Без доступу свіжого повітря в ґрунті не розвиваються корисні мікроорганізми, розпочинається шкідливий процес денітрифікації. Кисень також потрібний для дихання кореневої системи рослин. За нестачі в ґрунтовому повітрі кисню процес дихання в кореневих системах відбувається за типом спиртового бродіння, а в ґрунті внаслідок перебігу анаеробних процесів накопичуються шкідливі органічні сполуки та гази (метан, сірководень тощо), які пригнічують рослини.

5. Фотосинтез.

Фотосинтез - це процес утворення зеленими рослинами органічної речовини з СО₂ і Н₂О за участю енергії сонячного світла. Як побічний продукт виділяється кисень, що є основним джерелом первинного синтезу органічних речовин і головним чинником біологічних колообігів у біосфері.

Продуктивність фотосинтезу залежить від чинників навколишнього середовища: інтенсивності та якісного складу світла, концентрації СО₂ й кисню, температури, водного режиму тканин листків і мінерального живлення рослин. Світло і концентрація СО₂ можуть обмежувати процес фотосинтезу.

За концентрації СО₂ в атмосфері 0,03 % інтенсивність фотосинтезу становить близько 50 % максимальної, яка досягається за 0,3 - 1,0 % СО₂. Цей факт засвідчує, що для підвищення врожайності рослин у закритому ґрунті їх доцільно підживлювати вуглекислим газом.

Вуглекислий газ важчий за повітря, тому найбільша його кількість зосереджується у нижньому шарі атмосфери та в ґрунті. У близьких до ґрунту шарах повітря концентрація СО₂ підвищена за рахунок дихання ґрунтових бактерій. Збільшенню вмісту СО₂ в повітрі сприяють органічні добрива. В результаті збагачення атмосфери СО₂ зростає інтенсивність фотосинтезу і як наслідок - загальна і господарська продуктивність рослин.

Первинні фотофізичні процеси фотосинтезу мало залежать від температури, але від неї значною мірою залежить комплекс реакцій, пов'язаних із відновленням вуглекислого газу. З підвищенням температури на 10 °С швидкість цих реакцій зростає в 2 - 3 рази.

Фотосинтез зазвичай відбувається в аеробних умовах за вмісту кисню в повітрі близько 21 %. Така концентрація кисню дещо більша за оптимальну. Зниження концентрації кисню на 3 % не позначається на інтенсивності фотосинтезу, а в рослин з активним фотодиханням (боби та інші С₃-рослини) навіть підвищує її. Дуже низький вміст кисню іноді може гальмувати фотосинтез, так само як і висока інтенсивність світла, оскільки порушується відновлення вуглецю.

Процес фотосинтезу тісно пов'язаний з кореневим живленням рослин. Для нормального функціонування фотосинтетичного апарату рослини мають бути забезпеченні комплексом макроелементів (азот, фосфор, калій, кальцій, магній, сірка) і мікроелементів (манган, бор, молібден, цинк, мідь, залізо, кобальт, йод та ін.).