Продуцирование и разложение в природе

Продуцирование и разложение в природе

Фотосинтезирующие организмы, и лишь отчасти хемосин-тезирующие, создают органические вещества на Земле — про­дукцию — в количестве 100 млрд т/год и примерно такое же количество веществ должно превращаться в результате дыха­ния растений в углекислый газ и воду. Однако этот баланс не­точен, так как известно, что в прошлые геологические эпохи создавался избыток органического вещества, в особенности 300 млн лет тому назад, что выразилось в накоплении в оса­дочных породах угля. Человечество использует это энергети­ческое сырье.

Избыток образовался вследствие того, что в соотношении 0₂/С0₂ баланс сдвинулся в сторону С0₂ и заметная часть про­дуцированного вещества, хотя и очень небольшая, не расходо­валась на дыхание и не разлагалась, а фоссилизировалась (ока­меневала) и сохранялась в осадках. Сдвижение баланса в сто­рону повышения содержания кислорода около 100 млн лет на­зад сделало возможным эволюцию и существование высших форм жизни.

Без процессов дыхания и разложения, так же как и без фо­тосинтеза, жизнь на Земле была бы невозможна.

Дыхание — это процесс окисления, который еще в древно­сти справедливо сравнивали с горением. Благодаря дыханию как бы «сгорает» накопленное при фотосинтезе органическое вещество.

Итак, дыхание — процесс гетеротрофный, приблизительно уравновешивающий автотрофное накопление органического ве­щества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение.

Аэробное дыхание — процесс, обратный фотосинтезу, где окислитель — газообразный кислород присоединяет водород. Анаэробное дыхание происходит обычно в бескислородной сре­де и в качестве окислителя служат другие неорганические ве­щества, например сера. И наконец, брожение — такой анаэроб­ный процесс, где окислителем становится само органическое вещество.

Посредством процесса аэробного дыхания организмы по­лучают энергию для поддержания жизнедеятельности и по­строения клеток. Бескислородное дыхание — это основа жиз­недеятельности сапрофагов (бактерии, дрожжи, плесневые гри­бы, простейшие). Аэробное дыхание превосходит, и значитель­но, анаэробное в скорости.

Если поступление детрита (частичек отмершей органики) в почву или в донный осадок происходит в больших количест­вах, то бактерии, грибы, простейшие быстро расходуют кисло­род на его разложение, которое резко замедляется, но не оста­навливается вследствие «работы» организмов с анаэробным ме­таболизмом.

Итак, в целом можно утверждать, что происходит некото­рое отставание гетеротрофного разложения от продуцирова­ния во времени. И, как было подчеркнуто выше, такое соотно­шение наблюдается на уровне биосферы. «Отставание гетеро­трофной утилизации продуктов автотрофного метаболизма есть, следовательно, одно из важнейших свойств экосистемы» (Ю. Одум, 1975). Однако в результате деятельности человека это свойство находится под угрозой и прежде всего из-за непомерного потребления кислорода огромными двигателями и дру­гими аппаратами, которое может привести к снижению про­дукции.

Разложение детрита путем его физического размельчения и биологического воздействия и доведение его сапрофагами до образования гумуса, гумификация, идет относительно быстро. Однако последний этап, минерализация гумуса, — процесс мед­ленный, обусловливающий запаздывание разложения по срав­нению с продуцированием.

Кроме биотических факторов в разложении принимают уча­стие и абиотические (пожары, которые можно считать «агента­ми разложения»). Но если бы мертвые организмы не разлага­лись гетеротрофными микроорганизмами и сапрофагами, для которых они служат пищей, все питательные вещества оказа­лись бы в мертвых телах и никакая новая жизнь не могла бы возникать.