Минеральные вещества, необходимые организмам для построения их тел и оптимального функционирования, называются биогенными, или питательными, веществами.
По содержанию в организмах все химические элементы делят на три группы.
1. Макроэлементы — Н, О, С, Н, содержание которых в организмах составляет 98% массы, и еще восемь элементов — Са, Mg, Р, S, С1, Fе, Na и К, имеющиеся в количествах 0,01 — 1%. Макроэлементы составляют основу тел организмов — их белков, липидов, углеводов, скелетов; являются компонентами важных биологически активных веществ — нуклеиновых кислот, АТФ, ферментов, гормонов; участвуют в поддержании баланса солей, кислотно-щелочного равновесия.
2. Микроэлементы, содержание которых в организмах составляет 0,01—0,001%. К ним относятся тяжелые металлы — Сu, Zn, Мо, V, Со и неметаллы — В, Si, I, F, Mn.
Многие из них входят в ферментные системы в качестве их активных центров — коферментов. При дефиците микроэлементов активность ферментных систем снижается. Высокие концентрации микроэлементов токсичны.
3. Ультрамикроэлементы, содержащиеся в организмах в количествах менее 0,0001%, — U, Аs, Нg и др.
В настоящее время биологическая роль установлена для более чем 30 химических элементов. Содержание элементов в телах растений отличается от их содержания в телах животных.
Впервые на значение химических элементов как лимитирующих факторов указал Ю. Либих (1840 г.), отметивший, что продукция растений зависит от элементов, имеющихся в недостатке. В то же время, согласно закону толерантности В. Шелфорда (1933 г.), высокие концентрации элементов также нежелательны.
Источником поступления минеральных веществ — азота, углерода, серы и др. в тела организмов является земная кора, из которой они высвобождаются при ее разрушении (выветривании) и в составе вулканических газов. Сначала элементы поступают в растения при всасывании корнями почвенного раствора, а при съедании растений животными включаются в пищевые цепи.
Наиболее часто лимитирующими факторами, как в водных, так и в наземных экосистемах являются фосфор и, в меньшей степени, азот. При изучении экосистем им нужно уделять особое внимание.
Так, высокое содержание фтора вызывает пятнистость и разрушение эмали зубов — флюороз, а недостаток фтора — кариес зубов. В Закарпатской области имеется недостаток йода и она эндемична по разрастанию щитовидной железы — эндемическому зобу. В Узбекистане, Туве, Забайкалье, Армении и других местах есть районы с высоким содержанием молибдена, в Северо-Западном Казахстане — бора и др.