2. Блочная модель круговорота биогенных элементов.
Обмен биогенными элементами между живыми организмами и неорганическими фондами в большинстве случаев почти полностью сбалансирован. Круговорот С и О обеспечивается комплементарными процессами фотосинтеза и дыхания. N, P и S проделывают в экосистеме более сложный путь, причём в этом им помогают микроорганизмы со специализированными метаболическими функциями.
Рис.16.1. Блочная модель круговорота биогенных элементов
Экосистему можно представить в виде ряда блоков, через которые проходят различные материалы и в которых эти материалы могут оставаться на протяжении различных периодов времени (рис 16.1). В круговоротах минеральных веществ в экосистеме в большинстве случаев участвуют три активных блока: живые организмы, мёртвый органический детрит, доступные неорганические вещества. Два добавочных блока – косвенно доступные неорганические вещества, осаждающие органические вещества – связаны с круговоротами биогенных элементов в каких-то периферических участках, однако обмен между этими блоками и остальной экосистемой замедлен по сравнению с обменом, происходящим между активными блоками.
Процессы, обеспечивающие перенос биогенных элементов в пределах экосистемы представлены на рис. 16.1. Ассимиляция и создание продукции сопровождается переходом минеральных веществ из неорганического блока в органический: в круговороте С, О, N, P и S самым главным компонентом этого этапа является первичная продукция, создаваемая растениями; однако животным необходимы, кроме того, многие другие важные элементы, такие как K, Na и Са, и они ассимилируют эти элементы непосредственно из воды, которую пьют.
Некоторая часть С и О возвращается в результате дыхания непосредственно в фонд доступных неорганических питательных веществ. К, Na, Са и другие ионы выделяются или вымываются из листьев дождём или водой, окружающей водные организмы и тоже быстро вновь поступают в круговорот. Большая часть С и N, включившихся в процессе ассимиляции в живую биомассу, после гибели организмов, а также в результате экскреции переносятся в детритный блок. Некоторые биогенные элементы, содержащиеся в детрите, могут быть возвращены в блок биомассы детритоядными организмами, но все они в конечном счёте в результате вымывания и разложения вновь попадают в фонд доступных неорганических веществ.
Обмен между фондами активно участвующих в круговороте минеральных веществ и огромными запасами косвенно доступных биогенных элементов, заключённых в атмосфере, известняках, каменном угле и в образующих земную кору горных породах, происходит медленно, главным образом в результате геологических процессов.
Биогенные элементы обычно встречаются в воздухе, почве, воде и живых организмах (иначе – атмосфере, литосфере, гидросфере и биосфере) в различных формах.
Кислород в атмосфере существует в газообразной форме (О2) и в виде двуокиси углерода (СО2); в воде в растворённом виде и в составе самой воды; в литосфере – в форме окисей (Fe2O3) и солей (СаСО3). Скорость перехода элемента из одного неорганического соединения в другое и его доступность в неорганической форме живым организмам сильно варьирует. Самый большой фонд кислорода, в который входит свыше 90 % всего кислорода, находящегося у поверхности Земли, - это углекислый кальций осадочных пород, в частности известняков. За исключением небольших количеств, освобождаемых в результате вулканической деятельности, кислород, входящий в состав известняков и других осадочных пород, совершенно недоступен живым организмам.
В отличие от кислорода азот встречается главным образом в газообразной форме (N2) в атмосфере, однако растения ассимилируют азот а основном из нитратов (NO3), содержащихся в почве или в воде.
Лекция 17. КРУГОВОРОТЫ ВЕЩЕСТВ
План лекции
1. Круговорот углерода.
2. Круговорот воды.
3. Круговорот кислорода.
4. Круговорот азота.
5. Круговорот фосфора.