Кругообіг кальцію, калію, натрію і магнію в природі

6.3.2.8. Кругообіг кальцію, калію, натрію і магнію

Калій, кальцій, натрій і магній не зв'язані з органічними сполуками хімічно, хоча вони містяться у великих кількостях у клітинних і позаклітинних рідинах у вигляді заряджених іонів, які називають катіонами. Кругообіг катіонів у біогеоценозах слабо пов'язаний із асиміляцією і вивільненням енергії, але відіграє важливу роль у функціонуванні рослин.
Розглянемо кругообіг катіонів в лісовому біогеоценозі, який являє собою відкриту систему (рис. 6.36) з її можливостями вільно обмінюватися мінеральними речовинами з іншими частинами середовища. Мінеральні речовини надходять у систему із атмосферними опадами, приносяться вітром у вигляді пилу і органічних решток, а також вносяться в неї внаслідок вивітрювання підстилаючої материнської породи.

Рис. 6.36. Загальна схема кругообігу катіонів у наземній екосистемі. Якщо система перебуває в стаціонарному стані, то втрати катіонів внаслідок поверхневого стоку і просочування в грунтові води врівноважується надходженням їх з атмосферними опадами внаслідок вивітрювання материнської породи.

Рис. 6.37. Катіонні бюджети експериментального лісу Хаббард-Брук (штат Нью-Гемпшир) протягом 1963-1964 pp. Білі стовпці – надходження, чорні – винесення.

В США (експериментальний ліс Хаббард-Брук, штат Нью-Гемпшир) катіонні бюджети вираховували для всього водозбірного басейну на підставі вмісту відповідних мінеральних речовин у атмосферних опадах і воді (рис. 6.37). Виявилося, що чистий приріст був відзначений лише для калію. Найбільше винесення із біогеоценозу зафіксоване для кальцію та натрію.

Кругообіг кальцію. Багато материнських порід містять кальцій, який у розчиненому вигляді надходить до рослин за допомогою коріння. Тварини його одержують під час водопою чи їди, згодом кальцій повертається до ґрунту при розкладі мертвих організмів. Кальцій входить до складу скелетів і раковин у вигляді карбонату кальцію. Після смерті тварин раковини (панцирі) нагромаджуються на дні ставків, озер і морів і врешті-решт перетворюються на материнську породу. Далі поверхневі та ґрунтові води розчиняють сполуки кальцію в материнській породі, і цикл повторюється. Вивільнення кальцію із материнської породи тісно пов'язане із вивільненням вуглецю, оскільки кальцій звичайно трапляється у вигляді карбонату кальцію. На рис. 6.38 зображено кругообіг кальцію в сосновому лісі.

Рис. 6.38. Кругообіг кальцію у сосновому лісі.

Кругообіг калію. Початок біологічного кругообігу калію дають рослинні організми, які беруть участь у процесах фотосинтезу. Калій впливає на обмін вуглеводів азотистих і фосфорних сполук, значною мірою визначає осмотичний тиск клітин. Калій концентрується в плодах і насінні, в тканинах і органах рослин, які інтенсивно ростуть. У зв'язку з тим що калій міститься в живих організмах в іонній формі і майже не утворює сполук з органічними речовинами, його біогенна міграція дуже велика. В процесі відмирання організмів ці елементи швидко повертаються в середовище, знову активно втягуються в кругообіг біогеоценозу.

Кругообіг магнію. Магній є одним з найпоширеніших елементів в організмах рослин і тварин. У землі магній присутній головним чином у мінералах, таких, як олівін, авгіт, біотин, серпентин, тальк, доломіт, магнезит та ін. Певна кількість магнію налічується в живих організмах та органічних рештках рослин і тварин. Кількість цього елемента в органічній матерії є невелика і здебільшого не перевищує 1% загальної кількості ґрунтового магнію.
Рослини одержують магній у формі іона Mg2+. Кількість взятого магнію залежить від віку і частини рослини. Питома вага магнію в рослинах найчастіше коливається у межах 0,1-1,0% MgO у сухій масі, деколи ж буває нижчою або вищою. Відносно невелика кількість магнію міститься в зернових, а частина – в просапних (буряки) і бобових.
Кореневою системою магній надходить до рослини і переміщується до надземної її частини. В разі нормального забезпечення рослин магнієм його переміщення від старого до молодого листя невелике. Коли ж у ґрунті не вистачає магнію, відбувається його помітний перехід із старих листків до молодих. Тому магнієвий мінімум найчастіше трапляється в старому листі. Рухомість магнію значно вища, ніж кальцію. В період формування насіння частина магнію переміщується з вегетативних до генеративних органів і там нагромаджується, про що свідчить приклад насіння зернових, в яких магнію у 2-3 рази більше, ніж у стеблі (табл. 6.9).

Таблиця 6.9 Середній вміст азоту, фосфору, калію, кальцію і магнію в найважливіших сільськогосподарських рослинах

Магній у рослинних організмах присутній у формі іонів, утворюючи окисли та солі (наприклад, солі щавелевої, яблучної, лимонної, пектинової, хітинової кислот). Він пов'язаний з хлорофілом, який містить 4,5% MgO. Значна роль належить магнію в синтезі білків і жирів. Встановлений взаємозв'язок між забезпеченістю магнієм і всмоктуванням та переміщенням фосфору в рослині.
Магній бере активну участь у життєдіяльності тваринних організмів. Він присутній як в хлорофілових зернах рослин, так і в червоних кров'яних тільцях тварин. Таким чином, після смерті рослинних і тваринних організмів присутній в них магній за допомогою мікроорганізмів переводиться з детриту в доступну рослинам іонну форму.