Глобальная продукция и распад

В биосфере постоянно протекают противоположно направленные процессы: синтез и разложение органического вещества, которые тесно взаимосвязаны и взаимообусловлены.

Ежегодно на Земле фотосинтезирующие организмы образуют примерно 100-150 млрд. т сухого органического вещества. За этот период времени примерно такое же его количество расходуется на дыхание организмами. Незначительная часть органического вещества за большой геологический период времени (600 млн. - 1 млрд. лет) не расходовалась на дыхание и не разлагалась, а сохранялась частично или полностью в анаэробных условиях. Существует предположение, что такое преобладание синтеза органического вещества над разложением стало основной причиной связывания СО₂, уменьшения его содержания з атмосфере и соответственно накопления кислорода Это сделало возможным возникновение и существование высших форм жизни. По мнению ученых, примерно 300 млн. лет назад наблюдался особенно большой избыток органического вещества, что привело к образованию горючих ископаемых. Примерно за последние 60 млн. лет за счет вулканической активности, выветривания горных пород, осадкообразования, поступления солнечной энергии и синтеза органических соединений образовалось сбалансированное состояние в соотношение СО₂ и О₂.

Высказывается мнение, что с флуктуациями содержания СО₂ в ат­мосфере, вероятно, связано изменение климата (периоды похолодания и потепления). За последние полвека в результате промышленной и сельскохозяйственной деятельности заметно повысилось содержание С02 в атмосфере, что может стать причиной глобального потепления.

Однако в природе невозможен только синтез органического вещества, иначе все химические элементы со временем сконцентрировались бы в живых организмах и жизнь на Земле прекратилась. Параллельно синтезу идет непрерывный процесс разложения органического вещества.

Основное количество отмерших растений и животных разлагают гетеротрофные микроорганизмы, или сапрофаги. Такое разложение явля­ется результатом процессов питания бактерий и грибов. Оно осущес­твляется вследствие преобразования энергии внутри организмов и пе­редачи ее между собой. Этот процесс необходим для поддержания жизни: при его прекращении биогенные элементы остались бы связанными в мертвых растительных остатках и недоступными для автотрофов.

Следует отметить, что ни один из видов организмов не может пол­ностью разложить органическое вещество. В биосфере имеется зна­чительное количество видов деструкторов (разрушителей органического вещества), каждый из которых осуществляет разложение на определенном этапе.

Скорость разложения различных компонентов растений и животных неодинакова. Быстро разлагаются жиры, сахара и белки, медленно — растительная клетчатка, лигнин, хитин, волосы и кости животных.

Обязательный компонент всех экосистем — гумус, который разла­гается крайне медленно. Выделяют три стадии его разложения:

• размельчение детрита в результате физического и биологического воздействий, высвобождение растворенного органического вещества;

• сравнительно быстрое образование гумуса и высвобождение сапрофитами дополнительного количества растворимых органических веществ;

• более медленная минерализация гумуса.

Медленные темпы разложения гумуса — один из факторов, обусловливающих его накопление вследствие разложения органических остатков.

Основной функцией процесса разложения считается минерализация органического вещества, что служит одним из источников снабжения растений биогенными элементами. Кроме того, разложившиеся растительные остатки могут оказывать влияние — ингибирующее или стимулирующее — на рост других организмов экосистемы.

Разложение органических веществ — длительный и сложный процесс, контролирующий некоторые важные функции экосистемы:

• возвращение в круговорот элементов питания, связанных в мертвом органическом веществе;

• образование хелатных комплексов с элементами питания;

• возвращение в экосистему элементов питания и энергии;

• производство пищи для последовательного ряда в детритной пи­щевой цепи;

• производство вторичных метаболитов ингибирующего, стимули­рующего и регуляторного действия;

• преобразование инертных неорганических веществ земной по­верхности, что приводит к образованию почвы;

• поддержание состава атмосферы, пригодного для жизни аэробов.

Для биосферы в целом важнейшее значение имеет отставание полной гетеротрофной утилизации и разложения продуктов автотрофного метаболизма от процессов их создания, что обусловило накопление в недрах горючих ископаемых, а в атмосфере — кислорода. В связи с этим серьезную озабоченность должна вызывать деятельность человека, которая значительно ускоряет процессы разложения, а именно:

• сжигание органического вещества, накопленного в горючих ис­копаемых;

• интенсификация сельскохозяйственного производства, ведущая к ускоренной минерализации органического вещества почвы;

• сведение лесов и сжигание древесины.

В результате в виде углекислого газа высвобождается углерод, ранее закрепленный в горючих ископаемых, почве и древесине. Образование значительного количества CO₂ может привести к непредсказуемым последствиям и резко изменить условия обитания всего живого на Земле.

Близкий по содержанию смысл вкладывается в термин биогеоценоз, введенный в литературу В.Н Сукачевым несколько позднее, чем экосистема - в 1942г. Понятие биогеоценоз применяют обычно только к сухопутным природным системам, где обязательно в качестве основного звена присутствует растительный покров (фитоценоз).

По Сукачеву биогеоценоз - это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горных пород, растительности, животного мира, микроорганизмов) имеющая свою особую природу взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы, представляющая собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении и развитии. Исходя из этого, каждый биогеоценоз можно назвать экосистемой, но не каждая экосистема может быть отнесена к рангу биогеоценоза. Например, разлагающийся труп животного или загнивающий ствол дерева относятся к рангу экосистем, но не биогеоценозов.

Другими словами, с энергетической точки зрения любой биогеоценоз практически бессмертен, поскольку присутствующие в нем, как в системе, организмы постоянно поставляют необходимую для круговорота веществ энергию в результате фотосинтеза. Экосистема же, если она не включает растительное звено, существует только до тех пор, пока организмы, ее составляющие, не израсходуют всю энергию, содержащуюся в мертвом органическом субстрате.