Биогеохимический круговорот веществ. Понятия биотического и геологического круговоротов – их неразрывная связь.

В глобальном (планетарном) масштабе различаются два типа круговоротов веществ, протекающих под воздействием энергии солнечной радиации – геологический (абиотический) круговорот и биологический (биотический).

Геологический круговорот веществ совершается между сушей и Мировым океаном. Он связан с круговоротом воды и циркуляцией атмосферы. В ходе его осуществления выделяются этапы:

I. Выветривания горных пород суши;

II. Вынос образовавшихся минеральных солей в океан.

III. Усвоение растворенных элементов планктоном моря и прохождение его по пищевым цепям с частичным возвратом на сушу.

IV. Выпадения большей части минеральных элементов в состав осадочных породна дне океана.

Биологический круговорот состоит из двух противоположных, но взаимосвязанных процессов - синтезаорганического вещества автотрофами и минерализации органического вещества гетеротрофами. Он протекает на основе материально-энергетический обмена в биогеоценозах, который имеет циклический характер и протекает в форме круговорота веществ и одностороннего потока энергии, которая поступает в виде энергии солнечного света.

Автотрофы и гетеротрофы в этих процессах осуществляют хранение, перенос и трансформацию вещества и заключенной в нем потенциальной энергии по пищевой цепи. В ходе этого они вовлекают в биотический круговорот, до 40 разнообразных минеральных элементов, из которых основная жизнеобеспечивающая роль принадлежит углероду, кислороду, водороду, азоту, фосфору и сере. Посредниками в этом процессе становятся почва и атмосфера, от которых организмы получают необходимые вещества и энергию.

По общему охвату и масштабампроцессов преобразования веществ биологи выделяют целый ряд типов биологического круговорота веществ:

1) глобальный тип биологического круговорота, когда циклы преобразования, трансформации веществ рассматриваются во всеобъемлющем пространственном масштабе — в масштабе биосферы;

2) факультативный, частный (точнее, локальный) тип круговорота в случае рассмотрения циклов трансформации веществ в узких рамках — в масштабе биогеоценоза или тех или иных территориальных объединений биогеоценозов.

По тенденциям развитиябиогеоценозов различают:

1) прогрессивный тип биологического круговорота, когда под совокупным действием живых компонентов системы происходит улучшение биоценотической среды, повышение ее производительных потенций;

2) консервативный тип круговорота веществ в случае отсутствия позитивных изменений биотопа, которые свидетельствовали бы о повышении его продуктивности.

Различают также круговорот биогенных химических элементов питания.

Биологический круговорот может осуществляться двумя путями:

1. Малым (укороченным) - при участии двух групп организмов: растений, осуществляющие синтез первичной биологической продукции, и микроорганизмы, производящие разложение, минерализацию ее;

2. Большим, когда помимо растений и микроорганизмов, принимают участие также животные – фитофаги и хищники 1-го и 2-го.

Поскольку биогеоценоз представляет собой термодинамически открытую биокосную систему, то в нем различаются два круга обменных процессов: а) внутриценозный – проходящий в границах БГЦ. Такой круговорот веществ, осуществляющийся между компонентами в рамках биогеоценоза, называется биогеоценотическим;

б) внешний- включающий обмен веществ между биоценозом и его внешним окружением т. е. с другими биогеоценозами. Такие процессы могут называться межбиогеоценотическими.

Все эти процессы, проходящие на уровне биогеоценоза, так и при взаимодействии его с внешним окружением, представляют собой единый биогеоценотический процесс. В.Н.Сукачев считал, что биогеоценотический процесс представляет собою особую форму движения материи, характеризующуюся наличием своих особых специфических закономерностей, которые еще надлежит открыть.

Характерной чертой биологического круговорота веществ является его относительная замкнутость, т.к. в его структуре имеются каналы вноса и выноса химических элементов. Другими словами, идут процессы поступления в биотический круговорот новых минеральных элементов, а также и вынос некоторых из них поверхностными стоками, движением атмосферы, миграциями животных и т.п., включая изьятие вещества и энергии деятельностью человека.

Биологический круговорот веществ в биогеоценозе и биогеосфере включает в себе сезонные, годовые, многолетние и вековые циклы, т.е. его можно называть полициклическим.

Годовые циклыкруговорота, в своей структуре включающие сезонные циклы, протекают в течение года;

Многолетние циклы охватывают период жизни одного поколения основного ценозообразующего растения-эдификатора или период жизни ценозообразователей-соэдификаторов. В травяных биогеоценозах длительность многолетних циклов составляет 15—20 лет, в лесных 100—200 и более лет.

Вековые циклы круговорота охватываются периоды времени, в течение которого происходит коренная смена одного биогеоценоза другим. Этот процесс в лесных биогеоценозах может длиться от нескольких столетий до нескольких тысячелетий.

Исходя из этого различают понятия: цикл биологического круговорота и биологический круговоротвеществ.

Цикл биологического круговорота веществ конечен,он завершается в течение года, нескольких или даже многих лет и столетий.

Биологический круговорот, в отличие от этого происходит практически бесконечно, обеспечивая непрерывность жизни.

Показатели биологического круговорота

По А. И. Перельману (1966) к числу основных показателей биологического круговорота относятся:

а) емкость биологического круговорота, — масса химических элементов в составе живого вещества того или иного ландшафта, т.е. биомасса, ц/га;

б) структура биомассы- весовое соотношение зеленой части, корней растений, биомассы животных и микроорганизмов;

в) скорость биологического круговоротавеществ - количество живого вещества, образующегося и разлагающегося в единицу времени. Сюда входит ежегодный абсолютный прирост биомассы и абсолютный опад (ц/га) и их структура, ежегодный относительный прирост биомассы и относительный опад в процентах от общего веса биомассы и опада.