1. Загальні особливості біологічного та біогеохімічного колообігів біогенних елементів в агроекоценозах.

З виникненням живої речовини сформувався біологічний (біотичний) колообіг, який називають також великим біосферним колом біотичного обміну. Це безупинний планетарний процес закономірного циклічного, нерівномірного в часі і в просторі перерозподілу речовини, енергії, інформації, що багаторазово входять у безперервно оновлювані екологічні системи біосфери. Виділяють і малий (біогеоценотичний) колообіг, який різниться тим, що відбувається в межах елементарної екологічної системи - біогеоценозі. Вперше найповніше сформулював основні принципи біогенної міграції стоків на земній поверхні і в біосфері загалом В.І. Вернадський.

Біологічний (біотичний) колообіг полягає в циклічній циркуляції речовини між ґрунтом, рослинами, тваринами, мікроорганізмами і грибами. Суть її - поглинання мінеральних речовин, включення їх складу рослинних організмів, далі через ланцюги живлення - в організми тварин і через ланку редуцентів - повернення назад в атмосферу або ґрунт. Біологічний колообіг включає в свої численні цикли неорганічні речовини, безперервно й активно впливає на вигляд і стан біосфери. Від інтенсивності (швидкості) цього колообігу залежать кількість і різнорідність живих організмів на Землі і відповідно об'єм накопичуваної органічної продукції.

Вміст мінеральних елементів у рослинах пересічно приблизно такий, %: вуглець - 45, кисень - 42, водень - 6,5, азот - 1,5, мінеральні елементи (неорганогени) - 5. На частку елементів-органогенів (С, О, Н, К) припадає близько 95 % валового вмісту сухих речовин і тільки близько 5 % - на частку мінеральних речовин (макро-, мікро- та ультрамікроелементів).

Важливим показником інтенсивності біологічного колообігу є швидкість обігу хімічних елементів. ЇЇ можна оцінити за швидкістю накопичення і розкладання відмерлої органічної речовини, що утворюється в результаті щорічного опаду рослин і загибелі тваринних організмів. Відношення маси мертвого рослинного опаду (лісової підстилки, степового войлоку та ін.) до маси щорічного опаду відбиває інтенсивність процесу деструкції і виражається відповідним індексом. Інтенсивність біологічного колообігу в будь-якій екосистемі тим менша, чим вищий цей індекс, що показує, у скільки разів маса нерозкладених решток більша за масу щорічного опаду. Вивільнені в результаті мінералізації речовини відразу ж засвоюються кореневою системою рослин і знову включаються до складу рослинності.

Виникнення на Землі живої матерії забезпечило безперервну циркуляцію в біосфері хімічних елементів, перехід їх із зовнішнього середовища в живі організми і навпаки. Така циркуляція хімічних елементів і дістала назву біогеохімічного колообігу, що є частиною біологічного колообігу і включає обмінні цикли хімічних елементів абіотичного походження, без яких не може існувати жива речовина (вуглець, кисень, водень, азот, фосфор, сірка та багато інших).

Рамал виділив три основні типи біогеохімічних колообігів:

1) води;

2) газоподібних речовин із резервним фондом в атмосфері або гідросфері (океан);

3) осадові цикли хімічних елементів із резервним фондом у земній корі.

У кожному колообігу слід розрізняти дві його частини: резервний фонд - велика маса речовин, що повільно рухаються і в основному не зв'язані з організмами; обмінний фонд - менший, але активніший, для якого характерний швидкий обмін між організмами та їх безпосереднім оточенням.

Завдяки наявності в атмосфері великого резервного фонду деякі колообіги, наприклад вуглецю, азоту чи кисню, здатні до досить швидкого саморегулювання за різного роду місцевих порушень. Так, надлишок вуглекислого газу СО₂, що накопичився в якому-небудь місці в зв'язку з інтенсивним окисненням або горінням, швидко розсіюється повітряними течіями; крім того, посилене утворення СО₂ компенсується збільшеним використанням його рослинами і перетворенням на карбонатні сполуки. Отже, завдяки саморегулюванню за типом негативного зворотного зв'язку колообіги газоподібних речовин у глобальному масштабі відносно досконалі. Проте саморегулювання має певні межі, тому різного роду порушення можуть бути загрозливими. Осадові цикли, в яких беруть участь такі елементи, як фосфор і залізо, зазвичай значно менш досконалі і легше порушуються внаслідок місцевих змін, оскільки основна маса цих речовин сконцентрована у відносно малоактивно­му і малорухомому резервному фонді в земній корі. Механізми, що забезпечують повернення речовин у колообіг, часто ґрунтуються пе­реважно на біологічних процесах.

Організм людини потребує 40 різних елементів, проте в своїй складній діяльності він використовує багато інших елементів, природних і штучно створених речовин. У результаті діяльності людини рух багатьох речовин прискорюється настільки, що колообіги стають недосконалими, а процеси - ациклічними, так що сама людина дедалі більше потерпає від створених нею протиприродних ситуацій - в одних місцях виникає нестача фосфору чи заліза, в інших - їх надлишок. Наприклад, у місцях видобутку і переробки фосфоровмісних порід відходи виробництва створюють поблизу шахт і заводів великі місцеві забруднення; в інших випадках ми застосовуємо надмірно багато фосфорних добрив у сільському господарстві, що призводить до забруднення водойм, погіршення якості води. Свої зусилля щодо охорони природних ресурсів ми маємо спрямовувати на забезпечення повернення речовин у колообіг і повторне їх використання.