Всю розмаїтість концентраційних функцій живої речовини В. І. Вернадський звів до двох великих груп: концентраційні функції I роду й концентраційні функції II роду

У бар'єрних рослинах є поріг концентрації, вище якого рослина припиняє поглинати елемент, незважаючи на збільшення його вмісту в середовищі (ґрунту).

Бар'єрні види рослин підрозділяють на низько-, середньо- і високо бар'єрні.

Безбар'єрні організми не мають цих механізмів регуляції надходження хімічних елементів, і тому вони можуть існувати в середовищі, що містить якусь певну кількість елементів.

У такий спосіб одні рослини концентрують хімічні елементи в більших кількостях, інші - у менших, треті не накопичують їх взагалі.

Здатність виду накопичувати певну кількість хімічного елемента, виражена в сумарних кларках концентрації називають біогеохімічною активністю виду.

Відповідно до історично складеного типу обміну речовин та енергії, рослини вибірково поглинають переважно необхідні їм елементи у кількостях, відповідних їх фізіологічним та біохімічним потребам.

За коефіцієнтом біологічного поглинання (коефіцієнт біологічного накопичення - показує, у скільки разів вміст елементу в золі вище, ніж у літосфері (в породі, ґрунті)) О.І.Перельман розділяв хімічні елементи у ряд біологічного поглинання, розділивши елементи на: 1) елементи біологічного накопичення; 2) елементи біологічного захвату.

Таблиця 1- Ряди біологічного поглинання (за О.І. Перельманом)

Елементи	Інтенсивність накопичення	Коефіцієнти біологічного поглинанняя Ах
100 n	10 n	1 n	0,1 n	0,1n-0,001n
Біологічного накопичення	Енергійного	Р, S, Cl, Br, J
Сильного		Са, Na, Sr, Zn	K, Mg, B, Se
Біологічного захвату	Слабкого накопичення та середнього захвату			Mn, F, Ba, Ni, Сu, Ga, Co, Pb, Sn, As, Мо, Hg, Ag, Ra
Слабкого та дуже слабого захвату				Si, Al, Fe, Ti, Zr, Rb, V, Cr, Li, Y, Nb, Th, Sc, Be, Cs, Та, U, W, Sb, Cd

Значення А_х та, відповідно, послідовність елементів можуть змінюватись у широких інтервалах в залежності від виду рослин, кліматичної зони, ґрунтових умов, фізико-географічних умов.

За А. П. Виноградовим, елементний хімічний склад організму зберігає ознаки свого походження. Він припустив, що види рослин і тварин, що накопичують Na і С1, сформувалися на засолених в минулому територіях, а рослини, аномально багаті кремнієм (злаки, наприклад), можливо, спочатку виростали на легких, можливо, вулканічних ґрунтах. Представники родів субтропічної флори, багаті алюмінієм, очевидно, еволюціонували на латеритах.

Концентраційні функції I роду - виявляються живою речовиною стосовно тих 14 хімічних елементів, сполуки яких зустрічаються в тілі всіх без винятку живих організмів (Н, С, N, О, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Fe).

Концентраційні функції II роду - спостерігаються при вибірковій концентрації організмами певних хімічних елементів, які можуть в інших живих організмах не зустрічатися або перебувати в низьких концентраціях.

Організми, які вибірково накопичують один або кілька хімічних елементів, називають організмами-концентраторами.

В. І. Вернадський, вивчаючи концентрацію II роду, розділив всі живі організми на три групи.

- Організми звичайні за елементом - при концентрації елемента організмом у межах n х 10^-1 – n х 10^-2 і нижче.

- Організми, багаті на той чи інший елемент, - при збільшенні більш ніж на 10 відносних відсотків вагового середнього вмісту даного елемента в організмі в порівнянні із середнім вмістом його в навколишнім середовищі.

- Організми- концентратори – містять концентрацію елемента в кількості, що складає більше 10% ваги організму або його атомного складу.

Наприклад, водорість ламінарія накопичує в собі йоду до 1%, тобто в кількостях, у мільйон разів переважаючих вміст цього елемента в навколишнім середовищі. Настільки ж велика здатність голотурій до нагромадження ванадію.

Розрізняють наступні організми-концентратори: воднево-кисневі та вуглеводневі, азотні й натрові, магнієві й алюмінієві, кремнієві й фосфорні, сірчані й кальцієві, залізисті.

Відомі рослини-концентратори важких металів - лишайники, мохи, стосовно калію до рослин – концентраторів відносяться: картопля й соняшник; бобові - концентратори кальцію; злаки - кремній; чай, плауни - алюміній; галофіти - натрій, хлор; мохи - залізо; водорості - йод.

Представники тваринного світу також можуть виступати концентраторами. Наприклад, молюски, корали, форамініфери віддають перевагу кальцію; губки, діатомові водорості, радіолярії - кремнію; раки, павуки - міді.

Але особливо вибірково накопичують ряд хімічних елементів деякі мікроорганізми, перевищуючи тим самим у сотні разів вміст цих елементів у середовищі (сіркобактерії, залізобактерії й т.д.).

3. Поглинання хімічних елементів рослинами обумовлене не тільки біологічними особливостями й геохімічним середовищем, але й властивостями хімічних елементів, що поглинаються.

У природі часто виникають такі ситуації, коли в розчині міститься значно більше якого-небудь хімічного елемента (одного або декількох), чим потрібно рослині, і навпаки.

Хімічний елемент, що знаходиться в кількості недостатній для нормального розвитку рослини, називається дефіцитним.

Додавання рухливих форм дефіцитних елементів у середовище збільшує продукцію живої речовини. У різних умовах до дефіцитних елементів найчастіше належать O, N, P, К, F, В, I, Си й багато інші мікроелементи. У більшості випадків бракує саме рухливих форм, хоча валовий вміст елемента в ґрунті може бути досить високим. Це обумовлене впливом зовнішніх факторів геохімічного середовища: його кислотністю (лужністю), величиною окисно-відновного потенціалу, присутністю інших елементів.

Надлишок елементів у геохімічному середовищі також може стримувати розвиток рослин і знижувати їхню врожайність, виникають неінфекційні фітопатології у рослин чи мікроелементози у тварин.

Елементи, видалення яких із середовища збільшує продукцію живої речовини, називаються надлишковими. Найчастіше це: Cl, S, Na, Си, Ni, Fe, F, A1 і ін.

Той самий елемент може бути дефіцитним в одних умовах і надлишковим в інших.

Надлишком або недоліком тих або інших хімічних елементів у природному середовищі обумовлений прояв біогеохімічних ендемій.

Іноді це може бути прямий вплив хімічного елемента, але в більшості випадків ендемії пов'язані з порушенням співвідношення вмісту мікроелемента з іншими хімічними елементами. У наш час відносно добре вивчений взаємний вплив мікроелементів: Со–Сu–Мn; Сu–Мо–Рb; N–Сu; Мо–Сu.(див. приклади в 1 лекції).

В 1938 році Виноградовим був уведений у науку термін «біогеохімічна провінція» — це область на поверхні Землі, що відрізняється вмістом хімічних елементів у ґрунтах, водах і інших середовищах.

Причому, вміст цих елементів може бути вище або нижче біологічного оптимуму, тому можна сформулювати наступні положення.

1. Біогеохімічні провінції зі зниженим вмістом окремих елементів пов'язані з особливостями складу ґрунтоутворюючих порід або інтенсивним проявом елювіального процесу.

2. Біогеохімічні провінції з підвищеним вмістом елементів формуються в розташуванні рудних родовищ, у районах акумулятивних ландшафтів. Підвищені концентрації можуть бути обумовлені викидами великих промислових підприємств і забруднюючим впливом мегаполісів.

Всі ці ознаки довкілля узагальнюює поняття геохімічного ландшафту – території, яка однорідна за умовами міграції хімічних елементів.

Вчення про ґрунтово-геохімічні ландшафти створено працями ряду вчених, багато з яких - учні Б.Б. Полинова. Це М. А. Глазовська, В. В. Добровольський, В. А. Ковда, А.І.Перельман і ін.

Слово «ландшафт» - німецького походження land - земля, schaft - суфікс, що виражає взаємозв'язок, взаємозалежність.

Дата добавления: 2014-01-04