12.4.6. Биогеохимические циклы

Биогеохимические циклы - это замкнутые пути, по которым различные химические элементы циркулируют из внешней среды в организмы и обратно во внешнюю среду. Как и почвенные факторы, эти циклы лучше всего рассматривать как связующее звено между биотическим и абиотическим компонентами экосистем. Здесь будут рассмотрены шесть элементов, имеющих большое значение для жизни: углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Круговороты этих элементов, за исключением водорода, были описаны в разд. 9.11.

Источником водорода служит вода (Н₂О), в которой водород химически связан с кислородом. Вода важна не только как источник водорода (при фотосинтезе), но и сама по себе - как составная часть живых клеток, как климатический фактор и как среда для водных организмов. Круговорот воды называется гидрологическим циклом. В этом цикле, как показано на рис. 12.24, вода может находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии.

Рис. 12.24. Гидрологический цикл и накопление воды (R.J. Chorley, P. Haggett (eds.) (1967). Physical and information models in geography, Methuen.)

Общая картина круговоротов углерода, азота, кислорода и воды представлена на рис. 12.25.

Рис. 12.25. Круговороты основных элементов и воды в биосфере. (G. Evelyn Hutchinson (1970). The biosphere. Scientific America, 50-1, Freeman.)

Из шести упомянутых элементов только углерод, водород и кислород легко доступны в экосистемах. Установлено, что азот, фосфор и калий могут оказывать наибольшее положительное влияние на урожаи культурных растений, и потому эти три элемента в наибольших количествах вносят в почву с удобрениями, применяемыми в сельском хозяйстве. Поэтому азот и фосфор оказались главной причиной ускоренной эвтрофизации озер в странах с интенсивным земледелием. Эвтрофизация - это процесс обогащения водоемов питательными веществами. Она представляет собой естественное явление в озерах, так как реки приносят питательные вещества с окружающих дренажных площадей. Однако этот процесс обычно идет очень медленно, в течение тысяч лет. Неестественная эвтрофизация, ведущая к стремительному увеличению продуктивности озер, происходит в результате стока с сельскохозяйственных угодий, которые могут быть обогащены питательными веществами удобрений. Существуют также два других важных источника фосфорасточные воды и моющие средства (детергенты). Сточные воды, как в своем первоначальном виде, так и обработанные, обогащены фосфатами (если они не подверглись специальной обработке). Бытовые детергенты содержат от 15% до 60% биологически разрушаемого фосфата. Последствия быстрой эвтрофизации обсуждались в разд. 3.2.8. Кратко можно резюмировать, что эвтрофизация в конце концов приводит к истощению ресурсов кислорода и к гибели большинства живых организмов в озерах, а в крайних ситуациях - и в реках.