Г л а в а 3 БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ. МИНЕРАЛЬНЫЙ СОСТАВ КОРМОВ
3.1. связь МЕЖДУ ХИМИЧЕСКИМ СОСТАВОМ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ
Химический состав организма животных нельзя оценивать вне связи с основным источником его питания — растениями, а состав последних — вне зависимости от состава атмосферы, почвы и почвенных вод. Почва, растения и организм животного являются неразрывно связанными звеньями единой миграционной цепи.
Учение о связи между химическим элементарным составом организма и химическим составом земной коры было разработано академиком В. И. Вернадским (1863—1946) — основателем науки биогеохимии, изучающей влияние жизни на геохимические процессы. Он впервые установил, что в процессе миграции через растительные и животные организмы проходит большинство известных химии элементов [4]. В. И. Вернадский и его ученик академик А. П. Виноградов полагали, что живое на земле* содержит все элементы космоса и их обнаружение в организмах — дело времени и технического прогресса в аналитической химии.
При сравнении элементарного химического состава литосферы и биосферы (табл. 13) можно видеть, что в составе живых организмов преобладают химические элементы, которые в условиях биосферы легко образуют газы и обладают высокой растворимостью. Концентрация таких элементов в организме (например, N, Н, Р, S, С1) значительно выше, чем в земной коре. Наоборот, концентрация элементов, не дающих подвижных соединений (As, Si, Ti и др.), в организме невелика или ничтожна, в то время как они являются весьма распространенными элементами земной коры.
Сравнение можно продолжить и дальше. При этом количественные соотношения элементов будут варьировать, однако в конечном счете очевидно, что химический элементарный состав животного (и растительного) организма такой же, что и состав неорганического мира — земной коры, воды, атмосферы.
Этот факт отражает общее положение теории В. Й. Вернадского о рассеянной форме нахождения химических элементов в природе («все элементы есть везде»). Геохимические процессы, протекающие непрерывно в земной коре, и эволюция химического элементарного состава организмов являются сопряженными процессами.
Живое вещество, масса которого по сравнению с массой земной коры ничтожна, служит тем не менее важным фактором по-
*** Под живым веществом понимают совокупность растительных и животных организмов.**
13. Элементарный состав биосферы и литосферы
| Биосфера Биосфера (животный (животный мир) мир) | г% г% | Литосфера | |||
|---|---|---|---|---|---|
| земная кора | г% | вода и воздух | г% | ||
| Кислород Углерод Водород Азот Кальций Фосфор Калий | 63,43 20,20 9,90 3,06 1,64 1,0 0,20 | Кислород Кремний Алюминий Железо Кальций Натрий | 46,68 27,00 8,05 5,03 3,63 2,72 | Атмосфера* Азот Кислород Редкие газы Углерод Водород | 75,42 23,26 1,30 0,02 0,0007 |
| Сера Натрий Хлор Магний Микроэлементы В том числе железо | 0,16 0,16 0,12 0,05 0,12 0,01 | Калий Магний Титан Фосфор Углерод Водород Марганец Сера Хлор Микроэлементы | 2,56 2,35 0,70 0,15 0,15 0,11 0,10 0,09 0,09 0,27 | Морская w Кислород Водород Хлор Натрий Магний Сера Кальций Калий Микроэлементы | вода 85,96 10,78 1,89 1,06 0,14 0,09 0,04 0,04 0,01 |
*** Сухой воздух.**
верхностной миграции элементов. Геохимические процессы, в которых участвует живое вещество, носят название биогеохимических процессов. Они могут быть прямыми и косвенными. Прямые процессы связаны с синтезом живого вещества из окружающей среды, концентрацией в организмах углерода, азота, водорода, иногда кальция, йода и других необходимых элементов. После смерти растений и животных их остатки разлагаются, часть их участвует в образовании залежей угля, сланцев, известняков и т. п.
В ряде мест органические остатки полностью окисляются с образованием газообразных продуктов. Железо же, медь, фосфор, кальций и другие элементы, не образующие газообразных соединений, остаются в почвах или поступают в водоемы. Если в организмах содержание данного элемента больше, чем в литосфере, конкретной почве, породе, то этот элемент будет накапливаться в окружающей среде. Таков механизм накопления фосфора, серы, меди, цинка, марганца и других элементов в некоторых почвах. В свою очередь, состав почв оказывает влияние на химический состав растений и через них на организм животных.
Косвенные биогеохимические процессы связаны с разложением органического вещества при участии микроорганизмов до конечных продуктов — С 0 2 , Н 2 0 , N H 3 и др. К этой же группе процессов относится разрыхление и растворение горных пород продуктами разложения и жизнедеятельности организмов, особенно бактерий и водорослей [5, 9, 18].
3.2. БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ. БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
Биогеохимия рассматривает живое вещество не только всей земной коры, но и отдельных ее частей — морей, материков, стран, ландшафтов, провинций. Такой подход оправдан тем, что химический состав организмов и их влияние на геохимические процессы неодинаковы.
В процессе эволюции организмы адаптировались к определенному химическому составу среды. Это обусловило, с одной стороны, разнообразие химического состава флоры и фауны, а с другой — определило повышенную чувствительность организмов к изменениям концентрации в среде тех или иных элементов (особенно микро- и ультрамикроэлементов).
Поскольку состав поверхности земли неоднородный, на ней обнаруживаются области с повышенным или пониженным содержанием тех или иных химических элементов. Эти области, отличающиеся от соседних областей по содержанию в них химических элементов (соединений) и вследствие этого вызывающие различную биологическую реакцию со стороны местной флоры и фауны, получили название биогеохимических провинций [7, 8, 12].
Биологические реакции организмов на изменение геохимических факторов могут проявляться в следующих формах: а) толерантности (приспосабливаемое™); б) образовании новых рас,
Рис. 3.1. Биологические реакции организмов на изменение содержания химических элементов в среде [13].
