ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.09.2020
Просмотров: 1364
Скачиваний: 5
Здесь рассмотрим «темпы» – т.е. скорость изменения количества листьев в единицу времени. Зная содержание листьев (их массу) в различных лесных геосистемах и продолжительность стексов с различными типами и интенсивностью процессов, можно ориентировочно подсчитать темпы изменения количества фитомассы листьев. Наиболее высокие положительные темпы наблюдаются во время стексов усложнения структуры в апреле-мае и составляют (в т/га сут) в геосистемах с буковыми лесами 0,2-0,3, а с дубовыми 0,1-0,2 (для Марткопского стационара). В летние месяцы темпы изменения фитомассы близки к нулю в осенние - они отрицательные и колеблются от -0,1до –0,3 т/га сут.
В травянистых геосистемах биогеоцикл имеет свои особенности. Изменение количества листьев и стеблей в них связано со следующими процессами: 1) трансформацией солнечной энергии при фотосинтезе; 2) потреблением воды и минеральных веществ; 3) транслокацией вещества в корни; 4) переходом в ветошь и далее в подстилку; 5) потерями вещества при дыхании.
Дыхание как один из процессов биогеоцикла. Одним из важнейших процессов биогеоцикла является дыхание. Дыхание присуще фитомассам, зоомассам и мортмассам. Об интенсивности дыхания фитомасс можно судить по количеству выделяемого СО2 или поглощаемого фитомассой О2. Общеизвестно, что наиболее активное дыхание у генеративных органов и листьев. Слабее дыхание стеблей, стволов и корней. Более активно дышат быстро растущие органы, а также ткани растений. При этом высокогорные растения в связи с низким парциальным дыханием О2 имеют повышенную интенсивность дыхания. Теневыносливые растения дышат слабее светолюбивых. Интересно, что почки, листья и хвоя зимующих растений дышат (с резко сниженной интенсивностью) и при значительных морозах. В физиологии растений детально рассматриваются вопросы дыхания растений и его связь с внешними факторами.
Дыхание зоомассы – это важнейший процесс, при котором происходит поступление в организм животных кислорода с выделением диоксида углерода.
С дыханием фитомассы и зоомассы связаны важнейшие понятия продуктивности в экологии. Напомним, что валовой первичной продуктивностью называется общая скорость фотосинтеза, включая ту органику, которая за время измерений была израсходована на дыхание. Чистая первичная продуктивность – скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом того органического вещества, которое не использовалось при дыхании растений в изучаемый период. Чистая продуктивность сообщества – скорость накопления органического вещества, не потребляемого гетеротрофами (т.е. чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами) за учетный период. Наконец, скорость накопления энергии на уровнях консументов называют вторичной продуктивностью (Одум, 1975).
Трансформация вещества в мортмассу. В экологии довольно хорошо изучены процессы возвращения органического вещества в круговорот (Одум, 1975). Обычно выделяют два основных пути: первичная экскреция животными и разложение детрита микроорганизмами. Возможен и третий путь – прямая передача от растения к растению симбиотическими микроорганизмами. С ландшафтно-экологической точки зрения (Н.Л.Беручашвили) процессы возвращения органического вещества в круговорот являются не чем иным, как переходом фитомассы в мортмассу. Эта трансформация геомасс существенно различается в геосистемах с лесной и травянистой растительностью.
В травянистых геосистемах зеленая фракция листьев и стеблей переходит в ветошь (новую, затем – старую) и далее в подстилку (свежую и старую). В лесных геосистемах процессы образования мортмассы отличаются большей сложностью. Листья либо сразу переходят в подстилку из листового опада, либо совершают этот переход через геомассу отмерших, засохших прямо на дереве листьев. Этот путь особенно характерен для некоторых листопадных дубов, платанов и других деревьев. Транспортно-скелетные органы сначала переходят в отмершие, но еще стоящие стволы или мертвые прикрепленные к стволам ветки, а затем в валежник и другой скелетный материал на поверхности почвы, как в травянистых, так и в лесных геосистемах наблюдается переход корней в мортмассу.
Многочисленные исследования трансформации вещества из фитомассы в мортмассу показали, что ветошь и особенно подстилка бывают в своей цикличности обычно сдвинуты по фазе по отношению к зеленой фракции фитомассы.
15. Запасы фитомассы и распределение первичной продукции растительности по природным зонам и основным типам ландшафтов.
Продуктивность биоты определяется как географическими факторами, так и биологическими особенностями различных видов. С величиной первичной биологической продуктивности непосредственно связана емкость биологического круговорота веществ. Хотя количество вовлекаемого в оборот минерального вещества зависит от биологических особенностей различных видов, размещение этих видов в значительной мере подчинено географическим закономерностям: зональности, секторности, высотной поясности, включая также внутриландшафтную морфологическую дифференциацию.
По запасам фитомассы и первичной продуктивности первое место занимают влажные экваториальные леса (максимальные запасы фитомассы присущи лесам из долго живущей секвойи вечнозеленой). Минимальные значения характерны для арктических пустынь. В целом запасы биомассы тем больше, чем выше теплообеспеченность и чем ближе к оптимуму соотношение тепла и влаги. От величины биологической продуктивности зависит емкость биологического круговорота веществ.
Основную часть элементарного химического состава вещества, участвующего в биологическом метаболизме, составляют важнейшие элементы-биогены: N, К, Са, Si, Р, Mg, S, Fe, Аl и др. В зависимости от избирательной способности растений к поглощению тех или иных элементов их количественные соотношения в составе биомассы и ежегодно потребляемого минерального вещества несколько варьируют и подчинены географической зональности. Так, тундровые и таежные сообщества потребляют больше всего азота, затем следуют кальций и калий; в широколиственных лесах — на первом месте кальций, затем азот и калий; в степях – кремний, азот, калий, кальций; в пустынях – кальций, калий, азот, магний; в тропических и экваториальных лесных ландшафтах особенно активно поглощаются кремний, железо, алюминий.
Немаловажную роль в биологическом метаболизме играет углеродный обмен, от которого зависят характер обменных процессов в почвах, химизм речных вод и др.
В характере биологического круговорота и продуцировании биомассы наблюдаются существенные внутриландшафтные различия между плакорными (автономными, элювиальными) и подчиненными (аккумулятивными, преимущественно гидроморфными) фациями. При недостаточном атмосферном увлажнении и высокой теплообеспеченности перераспределение влаги в ландшафте обусловливает большую контрастность в интенсивности биологического круговорота и продуцировании биомассы по местоположениям. В гидроморфных местоположениях, как правило, наблюдаются наиболее высокие показатели.
16. Химические элементы в ландшафтах. Основные (типоморфные), редкие и рассеянные химические элементы. Понятие о кларках.
Содержание одних и тех же химических элементов в разных ландшафтах неодинаково, что во многом обусловлено их перемещением – миграцией. Однако некоторые общие закономерности распределения химических элементов только миграцией объяснить невозможно. Так, во всех ландшафтах содержание кислорода велико, а золота и платины мало. Очевидно, существует какая-то закономерность распространенности химических элементов, которая может быть выявлена лишь при анализе среднего химического состава земной коры, который впервые был установлен в 1889 г. В честь американского геохимика Ф.У.Кларка, посвятившего более 40 лет решению данной проблемы, А.Е. Ферсман предложил в 1923 г. среднее содержание химического элемента в земной коре или какой-либо ее части называть кларком. Кларки литосферы неоднократно проверялись различными методами, и средний химический состав части литосферы доступной для исследования установлен достаточно точно. Но еще точно не известны кларки платины и платиноидов, инертных газов и некоторых других элементов. Все же главная особенность распространения химических элементов установлена – это огромная контрастность кларков. Величины кларков литосферы различаются в миллиарды раз: от 47 % для кислорода до 7х10-8 для рения (еще ниже содержание радия, протактиния и некоторых других элементов).
Контрастность распространения химических элементов станет особенно наглядной, если расположить все элементы в ряд по их кларкам. Тогда окажется, что почти половина твердой земной коры состоит из одного элемента – кислорода (кларк 47 %). Иначе говоря, земная кора – это «кислородная сфера», кислородное вещество. На втором месте стоит кремний (29,5 %), на третьем – алюминий (8,05). В сумме они составляют 84,55 % твердой земной коры. Если к этому числу добавить еще железо (4,65), кальций (2,96), калий (2,5), натрий (2,5), магний (1,87), титан (0,45), то получим 99,48 %, т.е. практически почти всю земную кору. На долю остальных 80 % элементов приходится менее 1 % массы литосферы.
Различают кларки весовые (в процентах массы на 100 частей или в граммах на тонну), атомные (в процентах от общего количества атомов), объемные (в процентах от общего объема электростатических полей атомов).
В каждой сфере Земли можно выделить несколько наиболее распространенных химических элементов. Основную массу литосферы, как уже отмечалось выше, составляют три элемента (кислород, кремний и алюминий), живых организмов – три (кислород (кларк весовой 70 %), углерод (18 %), водород (10,5 %), гидросферы – два (кислород (85,77 %) и водород (10,73 %), атмосферы – два (азот (75,31 %) и кислород (23, 01%). На долю всех остальных химических элементов приходится в земной коре 0,97 %, в живых организмах – 1,5 %, в гидросфере – 3,5 %, в атмосфере – 1,68 %.
В ландшафте в общем преобладают те же элементы, что и в литосфере, но в нем большую роль играют углерод, водород, азот, хлор, поступающие главным образом из атмосферы и гидросферы. Понятие «кларк» нельзя применять при характеристики среднего содержания элементов в пределах отдельного региона или массива (например, Кавказских гор, Беларуси и т.д.). В таком случае используются понятия «среднее содержание» или «фон».
Все элементы по величине среднего содержания в земной коре делятся на основные, редкие и рассеянные. Основные элементы (кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, калий, натрий, магний, водород, кларк их больше единицы) широко распространены в породах, иногда концентрируются в месторождении. Элементы с низкими кларками (примерно менее 0,01-0,001 %) называются редкими. Например, медь, цинк, молибден, кобальт, ванадий, вольфрам и др. Некоторые из них концентрируются в земной коре. Например, на участках медных, цинковых и свинцовых месторождений медь, цинк, свинец могут быть главными элементами ландшафта. Элементы, которые обладают и низкими кларками и малой способностью к концентрации, рассеяны в земной коре и во всех породах почвах и минералах встречаются в ничтожных количествах. Такие элементы называются редкими рассеянными. Их роль всегда в ландшафте второстепенна (кадмий, радий, скандий, галлий, индий, гафний и др.).
17. Понятие о миграции химических элементов в ландшафтах. Механическая миграция химических элементов. Бакарасов стр. 50-53
Миграция с точки зрения геохимии ландшафта – это перемещение и перераспределение элементов как результат эндогенных и экзогенных процессов в составных частях ландшафта. Термин «миграция» был введен А.Е.Ферсманом в 1923 г. Процессы миграции элементов, подчеркивал А.Е.Ферсман, должны рассматриваться как важнейшие явления природы, определяющие все многообразие геохимических реакций.
Миграция химических элементов происходит в жидких, газообразных и твердых системах. Она создает разнообразие неживой природы и жизненных форм. К активным мигрантам в широком диапазоне термодинамических условий относятся галогены, щелочные металлы. Для элементов группы платины характерно механическое перемещение. Миграция остальных зависит от геохимической обстановки.
18. Воздушная миграция химических элементов.
Происхождение газов, газовый состав атмосферы и классификация газов. Газы образуются в результате физико-химических, биогенных и техногенных процессов. К физико-химическим процессам относится огромное число реакций образования СО2, водяного пара, Н2S и других газов. К этой группе процессов относится и радиоактивный распад U, Th и K, генерирующий Не, Ar, Rn, а также ядерные реакции, возникающие в атмосфере под действием космических лучей. С последними связано образование нейтронов и последующие реакции. Например, образование радиоактивного изотопа водорода – трития. Под влиянием космических лучей в атмосфере протекают и другие ядерные реакции с образованием радиобериллия, радионатрия, радиоаллюминия, радиохлора и других химических радиоактивных изотопов. Почти весь О2, N2, CH4, а также часть СО2, Н2S, многие другие газы – биогенны. С техногенезом связано образование большого количества СО2, SO2, NО2 и прочих газов. Причем состав выделяемых газов и их количественное соотношение значительно отличается от газов природного происхождения.
На химический состав газов атмосферы влияет вулканическая деятельность, которая на первых стадиях развития Земли была наиболее активной. В результате вулканических извержений в атмосферу поступает много газов, в первую очередь водяных паров и углекислого газа и некоторое количество H2, CO, N2, SO2, S2, Cl2, H2S, HF, HCl, B(OH)3, NH3, CH4, хлоридов и фторидов металлов и т.д.
Надземная атмосфера ландшафта (средний состав воздуха над уровнем моря за вычетом водяных паров) в основном состоит из азота (78,09 %) и кислорода (20.95 %), значительно меньше в ней аргона (0,93 %) и углекислого газа (в среднем 0,03 %).
Подземная атмосфера ландшафта – почвенный и грунтовый воздух, заполняющий свободные пустоты между частицами почвы. На глубине 20-30 см от поверхности состав почвенного воздуха близок к атмосферному в результате интенсивного газообмена, обусловленного конвекционными токами, действием ветра.
Почвенный воздух тайги, тундр, степей, пустынь и других ландшафтов отличается не только по количеству углекислого газа и воды, но и по количеству микрокомпонентов. В гумидных болотных ландшафтах в подземной атмосфере повышено содержание метана («болотного газа»), в солончаках и аридных болотах - H2S, в других ландшафтах N2O, NH4 и прочих газообразных продуктов бика. Ландшафты, сформировавшиеся на разных горных породах, также имеют разный почвенный и грунтовый воздух. Так, почвенный и грунтовый воздух на участках развития гранитоидов и радиоактивных руд обычно обогащен радоном (Rn). На участках развития нефтеносных пород и углей – углеводородами (главным образом метаном). На некоторых рудных месторождениях – парами ртути. На основе изучения химического состава подземной атмосферы ландшафта ищут урановые руды, нефть и другие ископаемые