Химический состав организмов.

Виды животных и растений отличаются не только внешне по анатомическому строению и физиологическим особенностям, но и по химическому составу. Элементный состав конкретного организма зависит от его систематической принадлежности, возраста, места обитания, индивидуальных особенностей жизни и многих других признаков. В процессе эволюции, смены поколений этот состав закрепился наследственностью и приобрел черты относительных биологических констант. Так, в ряске малой 2,5 % углерода, в кладонии (лишайник) – 21,8 %, в белой мыши – 12,5 %, в бабочке-капустнице – 20,5 %. Клевер содержит 0,01 % натрия, солянки – 1,5-2,0 %. Многие современные водоросли, бактерии и простейшие животные накапливают кремний, железо, стронций, йод и другие элементы. Некоторые водоросли, моллюски, ракообразные содержат до 10-15 и более процентов кальция, входящего в состав их раковины или панциря, в то время как большинство растений и животных содержит лишь десятые и сотые доли процента этого элемента.

Информация по биогеохимии растений очень велика. При расчете  «на живую массу» все растения концентрируют кислород, водород, азот, углерод, а при расчете «на золу» отдельные виды также накапливают литий, бериллий, натрий, магний, алюминий, кремний, серу, фосфор, хлор, калий, кальций, титан, ванадий и др. Таким образом, живое вещество, особенно растительный покров, является биогеохимическим барьером, на котором концентрируются углерод, кислород, водород, азот, йод. В некоторых ландшафтах  концентрируются водные мигранты. Если считать накопление на золу, то на биогеохимических барьерах накапливается фосфор, сера, хлор, бром, бор, в отдельных ландшафтах и отдельными видами также кальций, магний, натрий, цинк, медь, молибден и другие элементы.

А.Л.Ковалевский предложил ряд биогеохимических параметров - ОСВР, ОСОР и т.д. ОСВР – относительное содержание химических элементов в видах, растущих в сопоставимых условиях (т.е. в одном элементарном ландшафте):

ОСВР = Сi /Ст, где Сi – содержание элемента в изучаемом виде, Ст -  в эталонном. Если ОСВР превышает 2,5, то такие растения относятся к концентраторам, а если менее 0,4 – к деконцентраторам. Концентраторы – слабые 2,4-4,0; умеренные – 4,0-25,0; интенсивные – 26-100 и более. Деконцентраторы – слабые – 0,4-0,25; умеренные – 0,25-0,04; интенсивные – 0,04-0,025.

Химический состав различных органов растений также не одинаков. Наиболее высоко содержание металлов в листьях и тонких ветвях, меньше – в корнях и коре, минимальное – в древесине. Зола листьев и хвои содержит больше магний, калий, фосфор, и серу, меньше – кальций, стронций, барий, радий, чем зола растений. Параметр ОСОР – отношение содержание элементов в органах растений: ОСОР = Со /Ст.о, где Со – содержание изучаемого элемента в исследуемом органе, а Ст.о – в эталонном (главным образом старые ветви, древесина, корни). Например, ОСОР селена в астрагалах (надземные органы : корни) достигает 30 – 50, ОСР молибдена и вольфрама (хвоя : древесина) колеблется от 3 до 0,03 (для деревьев Сибири).

Параметр ОИС характеризует относительное содержание элементов:

ОИР = Сi / Сф.с , где Сi – содержание данного элемента в золе, в промежуточной фазе., Сф.с – в фазе созревания или в зимний период (для деревьев и кустарников). ОИС обычно не превышает 3-10, иногда возрастая до 20-40.

Живой организм аккумулирует химические элементы в соответствии с содержанием их водно-растворимых форм в почве. Накоплению избыточного количества элемента препятствует предохранительный механизм корневой системы. В случае недостатка какого-либо элемента в ландшафте организм любыми средствами стремится к накоплению необходимого количества элемента в соответствии с генетическим кодом.

Для естественного ландшафта характерны определенные сообщества растительных и животных организмов. Поскольку химический состав этих сообществ различен, все необходимые элементы усваиваются равномерно и возвращаются в почву и воду при отмирании. Таким образом, в ландшафте сохраняется более или менее постоянное соотношение содержания химических элементов, и они равномерно вовлекаются в биологический круговорот.

В сельскохозяйственном ландшафте монокультура постоянно потребляет из почвы необходимые ей элементы в большом количестве и создает недостаток в почве. Такое нарушение равновесия в соотношении и содержании химических элементов устраняется в сельскохозяйственном ландшафте введением рациональной системы севооборота, т.е. последовательного чередования злаковых, бобовых, пасленовых и других культур. Злаки потребляют много кремния, бобовые – кальция, картофель – калия и т.д. Таким путем химические элементы равномерно вовлекаются в биологический круговорот, сохраняется соотношение содержания химических элементов, хотя общее количество их уменьшается за счет выноса с урожаем. Потери химических элементов восполняются внесением минеральных и органических удобрений.