Регулярный фотосинтез, образование и отмирание растительной, животной и микробной биомассы выполняют в биосфере колоссальную биогеохимическую и механическую работу, поддерживая локальные и глобальные круговороты веществ и питая процессы механического и геохимического транспорта, дифференциации, новообразования и аккумуляции биогенных элементов и их соединений.
По данным А. П. Виноградова (1957), наибольшая доля в составе живого вещества приходится на кислород и водород (около 80%), остальная часть представлена большим числом элементов, в числе которых содержание C, N, Ca колеблется от 1 до 10%, содержание S, P, K, S измеряется величинами 0,1—1,0%, а содержание Fe, Na, Mg, Al — 0,1—0,01%.
С учетом прироста биомассы и ее отмирания ежегодная природная биогеохимическая нагрузка на территорию в среднем составляет 30—70 т/км2, а в некоторых условиях даже 100—120 т/км2. Очень важно отметить, что потенциально токсические химические элементы в живом веществе представлены ничтожно малыми величинами: Zn, Mn, Cu — 10-2—10-3%, As, F, Pb, Cr — 10-3—10-4%; Co, Ba — 10-4—10-5%; Hg, U, Ra — 10-6—10-12%. Если сопоставить состав фитомассы со средним составом земной коры, то делается очевидным, что растения аккумулируют в своей биомассе: в десятки раз C и H, в несколько раз N, на десятки процентов О. Это понятно, так как фитомасса состоит прежде всего из воды и органических соединений углерода и азота.
Сходный вывод получается в отношении биомассы животных, в составе которой также господствуют C, N, H, O, но заметная доля принадлежит P, S — компонентам белка. Анализируя мировую информацию о химическом составе биомассы, автор (Ковда, 1980) пришел к заключению, что относительное значение химических факторов в формировании свежей биомассы можно выразить величинами.
Эти отношения крайне приблизительны, но они отражают роль ведущих биофильных элементов в биосфере. Эти выводы показывают вместе с тем, как велико значение оптимизации водного, углеродного, азотного, кислородного, фосфорного, кальциевого режимов в продуктивности биосферы, экосистем и, конечно, земледелия.
При всем великом значении факторов питания растений и экологического режима в создании живого вещества ведущая, определяющая роль принадлежит поступлению, преобразованию, накоплению и многократному использованию космической энергии, т. е. солнечному свету и теплу в экосистемах и биосфере.
Если принять, что 1 т сухой биомассы дает при сжигании n · 106 ккал энергии, то биомасса планеты будет удерживать до n · 1019-20 ккал. Это величина примерно на 2—3 порядка выше количества энергии, ежегодно связываемой на суше фотосинтетически (n · 1017 ккал). Гумусовая оболочка суши, включая корни растений, по нашим данным, содержит примерно такое же количество связанной космической энергии (n · 1019-20 ккал), как и наземная биомасса.
Ископаемые источники энергии (угля, сланцев, торфа, нефти, газа), созданные биосферами прошлого, на 2—3 порядка выше и исчисляются величиной n · 1023 ккал. При этом не учитывается энергия, связанная в рассеянном органическом веществе толщ осадочных пород. Биосфера, таким образом, выполняет важнейшую общепланетарную функцию накопления космической энергии и противостояния тепловому рассеянию космической энергии, приходящей на Землю.
Биосфера и ее компоненты: биомасса, гумусовая оболочка, ископаемая органика — играют роль мирового аккумулятора и распределителя энергии. Благодаря этой энергетической функции биосфера оказалась способной поддерживать жизнь на планете, умножать численность и усложнять виды организмов, обеспечивать потребности гетеротрофных организмов — животных и особенно потребности человека и современной цивилизации в энергии, продовольствии, сырье.
Роль гетеротрофных организмов в динамике биосферы, однако, нельзя недооценивать. Вся совокупность процессов потребления, деструкции и минерализации растительной биомассы крупными и мелкими животными, насекомыми, низшими внутрипочвенными организмами, грибами, бактериями столь же обязательна и необходима в природе, как и создание фитобиомассы. Гетеротрофы в природе готовят многие элементы экологической среды для нормальной деятельности автотрофов. Для самоуправления и самовоспроизводства экосистемам, как и всей биосфере, необходимо почти полное рециклирование всех биофилов и, наоборот, «выбрасывание ненужных» токсических соединений (например, избытка NaCl). Только диалектическое сочетание процессов синтеза, хранения, использования и минерализации биомассы обеспечивает локальные и глобальные биогеохимические циклы вещества и потоки энергии на Земле, сохраняет сложившуюся систему биосферы и связанных с нею организмов.