III. Биогеохимические циклы

Круговорот каждого химического элемента является частью общего грандиозного круговорота веществ на Земле, т.е. все круговороты тесно связаны между собой.

При изучении круговорота химических элементов удобно выделять две части, или два фактора:

• резервный фонд — большая  масса медленно движущихся  ве­ществ, в основном небиологический компонент;

• подвижный, или обменный, фонд, для которого характерен быстрый обмен между органической и неорганической средой.

Для биосферы в целом можно выделить два основных типа био­геохимических циклов:

• круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (такие круговороты относительно устойчивы)

• осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (такие циклы менее стабильны и подвержены влиянию различного рода местных изменений).

Поступление элементов и веществ из резервного фонда в обменный происходит разными путями:

- в результате первичной экскреции животными, либо при разложении детрита микроорганизмами;

- благодаря жизнедеятельности организмов, живущих в симбиозе с растениями (это могут быть бактерии, микроскопические грибы, водоросли, лишайники, другие растения);

- в результате физических процессов, движимых солнечной энергией (т.е. в результате выветривания, эрозии, с потоками воды и т.п.);

- благодаря круговороту воды (для водорастворимых химических элементов);

- благодаря деятельности человека и затратам энергии ископаемого топлива (таким путем возвращаются в круговорот опресненная морская вода, биогенные элементы в виде удобрений, металлы, другие ценные вещества, извлекаемые из отходов, и т.д.).

На возврат веществ в круговорот всегда затрачивается энергия. Для первых трех путей энергия поступает из органических веществ, для четвертого — от Солнца, для пятого — от топлива.

Основными биогеохимическими циклами являются круговороты азота, фосфо­ра, серы, углерода, кислорода, водорода, и других биогенных элементов.

Биогеохимический цикл азота

Цикл азота характеризуется обширным резервным фондом в атмосфере. Воздух по объему почти на 80 % состоит из молекулярного азота (N₂) и представляет собой крупнейший резервуар этого элемента.

В то же время недостаточное содержание азота в почве часто лимитирует продуктивность отдельных видов растений и всей экосистемы в целом.

В обменный фонд азот поступает благодаря деятельности азотфиксирующих микроорганизмов, которые преобразуют молекулярный азот в доступные растениям ионы аммония. Но лишь немногие микроорганизмы могут использовать газообразный азот из атмосферы.

Кроме того, в атмосфере постоянно происходит образование нитратов неорганическим путем, но это явление играет лишь вспомогательную роль по сравнению с деятельностью нитрифицирующих организмов.

Азот, входящий в состав белков и других азотсодержащих соединений, переводится из органической формы в неорганическую в результате деятельности ряда хемотрофных бактерий. Каждый вид бактерий выполняет свою часть работы, окисляя аммоний до нитритов и далее до нитратов.

Однако нитраты, доступные для растений, «ускользают» от них в результате деятельности денитрифицирующих бактерий (денитрифицирующие бактерии используют нитраты в качестве источника кислорода), которые восстанавливают нитраты до молекулярного азота.