БИОГЕННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

химические элементы, необходимые для существования и жизнедеятельности живых организмов. Важнейшими биогенными элементами являются кислород (составляет около 70 % массы организмов), углерод (18 %), водород (10 %), азот, а также кальций, калий, кремний, магний, фосфор, сера, натрий, хлор, железо. Их среднее содержание - более 0,01 % биомассы. Все вышеперечисленные биогенные элементы составляют группу макроэлементов.

Цинк, медь, мышьяк, марганец, бор, фтор, ванадий, бром, молибден, селен, радий и некоторые др. Биогенные элементы относятся к микроэлементам. Они присутствуют в организме в низких концентрациях: от 10"4-10"^ (для большинства элементов) до 10~12 % (для радия).

В состав растительных организмов входят почти все элементы периодической системы Д. II. Менделеева, причем 99,76 % массы живого вещества приходится на кислород, углерод, водород, азот, кальций, фосфор, калий, серу и магний, а 0,24 % - на долю остальных элементов.

Кислород, водород и углерод растения усваивают из почвы и атмосферы. Большая часть азота усваивается из атмосферы благодаря деятельности азотфиксирующих бактерий. Остальные элементы в основном поступают в растения из почвы.

Биогенные элементы участвуют в ферментативных реакциях организма, регулируют осмотические процессы, являются основными частями буферных систем и регуляторами проницаемости биологических мембран. Так, медь входит в состав ферментов, ускоряющих окислительные процессы в растительном организме. Молибден играет большую роль в усвоении растениями нитритного азота. Литий стимулирует процессы дыхания, повышает гидрофильность коллоидов плазмы. Цинк активно участвует в азотном обмене и гидролизе крахмала. Кобальт интенсифицирует процессы дыхания и фотосинтеза. Медь и никель необходимы для семенного размножения растений. Микроэлементы входят в состав витаминов, гормонов, хлорофилла, белков, углеводов, жиров и др. биологически важных соединений.

Различные виды растений в одних и тех же ландшафта о геохимических условиях накапливают разные количества одного и того же элемента. Напр., в лесах Сибири содержание молибдена в золе брусники в 5 раз выше, чем в золе лиственницы и сосны кедровой сибирской. Почки и др. интенсивно растущие молодые органы накапливают высокие концентрации Б. э., что связано с интенсивностью синтеза белковых веществ. Наибольшее количество биогенных элементов содержат листья. Разница в содержании одного и того же элемента в различных органах растения может достигать 5-10 раз и более. При старении растения способность к поглощению элементов из окружающей среды снижается.

Содержание химических элементов в растениях зависит также от содержания элементов в почве. В районах распространения известняков растения содержат больше кальция, в приморских районах - йода, на рудных месторождениях - меди, цинка, свинца и др. рудных элементов. Известны растения, являющиеся концентраторами биогенных элементов. Напр.: бобовые энергично накапливают кальций и магний; злаки, осоки, хвощи - кремний; гречиха, картофель, свекла, кукуруза - калий; солянки - натрий и хлор; растения семейства гвоздичных - медь; осина - кобальт; береза и пихта - марганец; фейхоа - йод и т. п.

Передвижение биогенных элементов с момента поглощения растением до возвращения в почву (при разложении лесной подстилки) называется биологическим круговоротом. Показателем биологического круговорота в лесах служит содержание биогенных элементов в биологической массе леса, в ежегодном приросте деревьев, опаде, отпаде и т. д. Напр., установлено, что в ельниках южной тайги в расчете на 1 га ежегодно с опадом в почву возвращается 20-45 кг азота, 8-17 кг кремния, 17—14.1 кг кальция.

Недостаток или избыток биогенных элементов в окружающей среде приводит к заболеваниям, а иногда и гибели организма. Наиболее частым симптомом недостатка биогенных элементов в древесных растениях является хлороз, вызываемый нарушением синтеза хлорофилла.

В районах действия обогатительных фабрик и металлургических заводов наблюдается образование поясов с повышенным содержанием ряда биогенных элементов в почве и растениях. Особую опасность для растений представляют соединения фтора, хлора, диоксид серы и аммиак. Ответная реакция лесной растительности на промышленное загрязнение выражается разной степенью деградации леса. При этом наблюдается подавление роста древостоев, обеднение видового разнообразия травяно-кустарничкого и, особенно, мохово-лишайникового ярусов, сокращение фитомассы, упрощение структурного разнообразия по градиенту загрязнения, снижение запаса подстилки. Процесс деградации у хвойных деревьев выражается в хлорозе хвои за счет снижения содержания хлорофилла, сокращении продолжительности жизни хвои и скелетных ветвей, снижении прироста побегов и радиального роста ствола и, как следствие, - уменьшении продуктивности древостоев.

Лит.: Беус, А. А., Грабовская, Л. И., Тихонова, Н. В. Геохимия окружающей среды. — М., 1976.