Биотический (биологический) круговорот веществ

Все живые организмы в экосистеме связаны друг с другом и с окружающей абиотической средой через вещество и энергию. Поток энергии, заключенной в пище, движущийся однонаправленно от автотрофов к гетеротрофам, неразрывно связан с превращением и перемещением веществ.

В экосистеме органические вещества синтезируются автотрофами из неорганических веществ, являющихся запасами биогенных элементов (биогенов) – химических элементов, необходимых для существования живых организмов и обязательно входящих в их состав. Затем они потребляются гетеротрофами. Выделенные в процессе жизнедеятельности или после гибели организмов (как автотрофов, так и гетеротрофов) органические вещества подвергаются минерализации, т.е. превращению в неорганические вещества, которые могут быть вновь использованы автотрофами для синтеза органических веществ. Так осуществляется биотический круговорот веществ – круговорот биогенных элементов, обусловленный синтезом и разрушением органических веществ в процессе жизнедеятельности организмов [1 – 3, 9, 13, 17].

Для осуществления биотического круговорота веществ необходимы солнечная энергия, биогенные элементы (С, Н, О, Р, N, S и др.), продуценты, консументы, детритофаги и редуценты. Последние полностью минерализуют органические вещества и замыкают биотический круговорот (рис. 5).

Источник энергии

)

солнце

(

Продуценты

Консументы

I

порядка

)

(

фитофаги

Консументы

II

порядка

зоофаги

(

)

Детритофаги

Редуценты

Минеральные

вещества

Автотрофы

Гетеротрофы

Рис. 5. Схема биотического круговорота веществ в экосистеме (сплошные линии – перенос вещества, пунктирные линии – перенос энергии)

Запасы веществ (биогенов), усваиваемых организмами и, прежде всего, продуцентами, в природе не безграничны. Если бы эти вещества не использовались многократно, будучи вовлеченными в круговорот, то жизнь на Земле была бы вообще невозможна. Это значит, что жизнь на нашей планете осуществляется как постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии. Общий биотический круговорот веществ на нашей планете складывается из взаимодействия множества частных круговоротов, происходящих на уровне отдельных экосистем (см. п. 4.4). Следует отметить, что наряду с биогенами в круговороте участвуют многие токсичные и радиоактивные вещества, способные накапливаться в организмах. В пищевых цепях при переходе на более высокий трофический уровень концентрация этих веществ многократно увеличивается. Этот процесс называется биоаккумуляцией или кумуляцией. Он приводит к отравлениям организмов высших трофических уровней и особенно опасен для человека, находящегося на вершине экологической пирамиды.

Биотический круговорот веществ имеет высокую, но неполную степень замкнутости. Часть вещества может на время выбывать из биотического круговорота: осаждаться на дне океанов, морей, выпадать в глубины земной коры, образуя осадочные породы, которые могут вновь включаться в круговорот живыми организмами. В результате неполной замкнутости биотических круговоротов в экосистемах происходят благоприятные изменения среды обитания, образуется почва, известняки и прочие горные породы биогенного происхождения.

Таким образом, биогены в экосистемах совершают практически полный круговорот, попадая из абиотической среды в живые организмы, из них – в абиотическую среду и вновь возвращаясь в живое. Биотический круговорот веществ является результатом согласованной деятельности живых организмов, требующей постоянных затрат энергии. Нарушение этой согласованности влечет за собой серьезные изменения круговоротов веществ в экосистемах, нарушение их сбалансированности. Это главная причина таких негативных явлений, как падение почвенного плодородия, снижение урожая растений, роста и продуктивности животных, зарастание водоемов и, в целом, постепенного разрушения природной среды.