Фізіологія рослин - Мусієнко М.М. 2001

Рослини і біосфера. Екологічні цикли речовини та потік енергії
Рослина і біосфера. Кругообіг води

Кругообіг речовини — це багаторазова участь різних речовин, а вірніше їх хімічних елементів в процесах, які протікають в атмосфері, гідросфері, літосфері, в тому числі в тих їх шарах, що належать до біосфери. Циркуляція води між Світовим океаном та сушею — найважливіша ланка для підтримки життя організмів, основна умова взаємодії їх з неживою матерією (рис. 217). На базі кругообігу води з розчиненими в ній мінеральними речовинами закономірно виникла жива речовина, а з нею — і біологічний кругообіг. Це неперервний планетарний процес циклічного, нерівномірного в часі і просторі перерозподілу речовини, енергії і інформації, які багатократно входять в постійно оновлювані екосистеми біосфери.

Рис. 217. Кругообіг води

Біологічний кругообіг — це циркуляція по колу речовин між грунтом, рослинами, тваринами і мікрооропанізмами, в основі якої є поглинання мінеральних речовин, включення їх в склад рослинних організмів, від них через трофічні ланцюги — в гетеротрофні організми і далі через ланку редуцентів — повернення їх знову в атмосферу або грунт.

Рушійною силою саморозвитку, збалансованості і адаптивної саморегуляції кругообігу хімічних елементів та перетворення енергії в біосфері є сонячна радація, засвоювана рослинами в унікальному процесі — фотосинтезі. Єдиною біогенеративною ланкою біологічного колообігу, первинним виробником органічної речовини та зв’язаної в ній сонячної енергії, виступає фотосинтез рослин, а біодеструктивним — сума всіх катаболічних процесів різних форм життя на Землі.Фотосинтетичне перетворення сонячного світла у хімічну енергію ознаменувало новий етап в історії життя та всіх геохімічних процесів на земній кулі. Збагачення атмосфери молекулярним киснем різко вплинуло на еволюційний процес у бік розвитку аеробних організмів. Поява рослинного царства як в океані, так і на суші, створила неосяжний зелений екран планети, який і став потужним біотрансформатором потоків енергії, речовини та інформації в біосфері. Як результат, на Землі неухильно зростали запаси живої та мертвої органіки, а атмосфера планети поступово збагатилася киснем при одночасному зниженні концентрації вуглекислого газу. Це викликало широкий розвиток гетеротрофів, здатних використовувати лише готову органічну речовину, тобто ту, яка первинно створювалася фотоавтотрофами.

Досить тривалий час існування життя, кількість первинно синтезованої органічної речовини переважала ту частину, яка трансформувалася в процесах дихання, бродіння в живих організмах, а тому на Землі утворилися поклади корисних копалин. Вони, крім вуглецю, водню, кисню, мали в своєму складі значну кількість азоту, сірки, фосфору та інших елементів мінерального живлення рослин. Поступово кількість первинно створюваної фототрофами органіки та життя на Землі зрівноважилися із витратами її в процесі дихання, бродіння, різноманітних окислювальних процесів, і на планеті встановився стабілізований, врівноважений кругообіг вуглецю та життя.

Нарешті рослинність Землі сформувала і продовжує формувати грунти, збагачуючи їх органікою та гумусом — основою родючості. Грунтовий гумус — найбільш істотний результат грунтотворного процесу, разом з тим є однією з останніх харчових ланцюгів від фотосинтезованої органічної речовини до кінцевих продуктів її мінералізації: води, вуглекислого газу, аміаку, нітратів, окислів заліза, сірководню, кремнію, карбонатів, фосфатів, сульфатів. Грунтовий покрив та Світовий океан відіграють роль планетарних збирачів різноманітних відходів. В грунті та океані завершується руйнування багатьох органічних та органо-мінеральних сполук, вони відіграють роль своєрідних очисників планети від багатьох забруднювачів. Частина речовини на певний час може вибувати із кругообігу (відкладатись на дні водойм, випадати в глибини земної кори), проте через певний час тектонічні і геологічні процеси знову включають їх в кругообіг.

Отже, фітоценози виконують у біосфері найважливіші функції, які забезпечють саме існування життя. Перша з них — неперервний процес біологічного нагромадження, трансформації та перерозподілу енергії, що надходить від Сонця на Землю за рахунок фотосинтезу.

Друга — підтримування на планеті загальносвітового кругообігу хімічних елементів, зокрема біофілів — вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору і сірки, кальцію, магнію, калію, міді, цинку, кобальту, йоду та інших.

Ці функції здійснюються через фотосинтетичну систему створення рослинної органічної сечовини, яка використовується травоїдними організмами. Зообіомасу останніх використовують різноманітні ланки трофічних ланцюгів — паразити, хижаки, некрофаги, грунтова мікрофлора та мікроорганізми.