Современное состояние биосферы и экологическая политика - [26]

имеются микроскопические поры, наполненные симбиотическими сине-зелеными водорослями Anabaena, активно фиксирующих азот. Этот папоротник многие века играл одну из главных ролей удобрении рисовых полей Востока. Основной фермент биофиксации – нитрогеназа, катализирующая расщепление молекулы азота. С энергетической точки зрения процесс фиксации азота дорогостоящий, потому, что требуется много ее затрат на разрыв тройной связи в молекуле N₂ (N N), чтобы с добавлением водорода из воды превратить ее в две молекулы аммиака (NH₃). Проведенные учеными обширные исследования по изучению способов фиксации азота позволили прийти к следующему важному выводу:

«Лишь прокариоты, безъядерные, самые примитивные микроорганизмы, могут превращать биологически бесполезный газообразный азот в формы, необходимые для построения и поддержания живой протоплазмы. Когда эти микроорганизмы образуют взаимно выгодные ассоциации с высшими растениями, фиксация азота значительно усиливается» (Одум, 1986, с. 208–209).

Круговорот азота (если рассматривать его в масштабах всей биосферы) сбалансирован. Наличие обратных связей обеспечивает его саморегуляцию. Часть азота из густонаселенных областей суши, пресных вод и мелководных морей уходит в глубоководные океанические отложения и таким образом выключается из круговорота на длительное время (порядка миллионы лет). Однако за счет вулканической деятельности и процессов денитрификации часть азота вновь поступает в атмосферу и происходит его компенсация.

7.7. Круговорот фосфора

Круговорот фосфора несколько проще, чем азота, т. к. он встречается лишь в немногих химических формах. В гидросфере фосфор встречается почти исключительно в окисленном состоянии (Константинов, 1979, с. 339). Естественный круговорот фосфора в биосфере вследствие нелетучести его соединений не сбалансирован. Резервуарами фосфора являются горные породы и другие отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи.

Этот элемент является наиболее дефицитным, определяющим развитие жизни. Его недостаток в большей степени ограничивает продуктивность в том или ином районе, чем недостаток любого другого вещества, за исключением воды. Речной сток ежегодно выносит в Мировой океан около 2 млн т фосфора. Обратное движение фосфора из Мирового океана на сушу и в наземные водоемы ограничено. Оно не компенсирует вынос элемента с суши. Там, где есть фосфор в воде, почти всегда имеется избыток восстановленного железа. При окислении они вместе выпадают в нерастворимый осадок. В анаэробных условиях может протекать обратный процесс.

Большую роль в процессах извлечения фосфора из грунта играют гидробионты. С помощью корневой системы макрофиты способны изымать фосфор из слоев грунта, удаленных от его поверхности до метра и более (Константинов, 1979, с. 339–340). Как свидетельствуют результаты исследований ученых, способность водных растений к изъятию фосфора и других биогенных элементов может быть с успехом использована при создании экосистем, улучшающих питьевые качества воды.

Какая же доля минеральных элементов содержится в растениях, почве и воде? В табл. 5 приведены сравнительные данные по набору основных биогенных элементов.

Как видно из табл. 5, практически все живые организмы накапливают биогенных элементов намного больше, чем их имеется во внешней среде. Поэтому, высокоточная биологическая регуляция обмена веществ и энергии, а следовательно, и основных параметров окружающей среды является важнейшим свойством биосферы как динамической системы, поддерживающей на протяжении многих лет свое стационарное состояние.

Таблица 5

Среднее содержание минеральных биогенов в растениях, почве (г на 1 кг сухого вещества) и морской воде (г на 1 л) (по Лархер, 1978, с. 177)

Здесь становятся понятными отрицательные последствия, оказываемые человеком на биосферу. За счет неразумного вторжения в ее законы он способен нарушить ее уникальную саморегуляцию.

Глава 8 Биогенная миграция химических элементов и биогеохимические принципы

8.1. Природа биогенной миграции атомов в биосфере

По В. И. Вернадскому, работа живого вещества в биосфере может проявляться в двух основных формах:

♦ химической (биохимической) – I род геологической деятельности;

♦ механической – II род такой деятельности.

Геологическая деятельность I рода – построение тела организмов и переваривание пищи, конечно, является более значительной.

Следует напомнить, что в зависимости от использования источников энергии все организмы делятся на три группы:

1) хемотрофы – главным образом бактерии, которые получают энергию за счет неорганической реакции (окисление железа, серы и др.);

2) фототрофы используют солнечный свет для фотосинтеза;

3) гетеротрофы окисляют имеющиеся органические соединения разной степени сложности (Проссер, 1977, с. 242).

Несомненно, что для каждой эпохи и ее периодов, начиная с архейской эры, у существующих тогда организмов преобладал тот или иной тип питания – фактора, осуществляющего потоки атомов от неживой природы к живой и обратно через выделение и гибель организмов.

Согласно современным представлениям, первичные организмы были в основном гетеротрофами, которые потребляли готовые органические соединения. После появились фототрофы и, наконец, те гетеротрофы, которые мы называем животными. Появление автотрофов обусловило накопления в атмосфере планеты кислорода, вследствие чего восстановительная атмосфера, после достижения точки Пастера (это когда концентрация О