Биогеохимия водосборного бассейна

Водоемы — это не замкнутые системы; они должны рассматриваться как часть более обширных водосборных бассейнов. Водосборная система — своеобразная минимальная экосистемная единица, которой может практически управлять человек.

Река. В верховьях реки невелики и часто полностью затенены, так что водное сообщество получает мало света. Консументы зависят в основном от листового и другого органического детрита, приносимого с водосборного бассейна. Экосистема верховий гетеротрофна; отношение продукция/потребление гораздо меньше единицы. В среднем течении реки шире, не затенены и меньше зависят от органического вещества, поступающего с водосборных бассейнов, поскольку автотрофные водоросли и водные макрофиты обеспечивают первичную продукцию. Здесь преобладает тонко измельченное органическое вещество, а среди фауны — фильтраторы. Метаболизм сообщества автотрофный, отношение продукция/потребление равно 1 или выше. В среднем течении реки обычно отмечается максимум видового разнообразия. В нижнем течении большой реки течение замедленно, вода обычно мутная, вследствие чего снижена глубина проникновения света и ослаблен водный фотосинтез. Здесь река снова становится гетеротрофной, и на большинстве трофических уровней видовое разнообразие снижается.

В реках организмы не только удерживают вещества в пищевой цепи данного участка, но и перемещают эти вещества вверх против течения или из реки на водосборный бассейн. Лимнологи назвали этот процесс «движением веществ по спирали».

Бассейн. Механизмы удержания веществ удобно разобрать на примере кальция. Механизм удержания кальция и его возвращения в круговорот в ненарушенном лесу очень эффективен. Экосистема теряет в год всего 8 кг кальция с гектара (и соответственно небольшие количества других биогенных элементов). Поскольку 3 кг кальция поступало в систему с дождем, для установления равновесия достаточно было бы добавления всего 5 кг кальция на 1 га. Такое количество кальция поступает из подстилающих пород (резервного фонда) за счет природных процессов выветривания. Деревья подлеска работают как «кальциевые насосы», противодействующие миграции кальция в глубь почвы и этим сохраняющие кальций в круговороте между организмами и активными верхними слоями подстилки и почвы.

Удаление всей растительности приводит к росту потерь минеральных элементов питания с ручьевым стоком в 3—15 раз. Увеличение ручьевого стока в основном объясняется устранением транспирации растений.