Биогеохимический круговорот (бик)

      Комментарии к записи Биогеохимический круговорот (бик) отключены

Биогеохимический круговорот (бик)

Биогеохимический цикл — один из основных звеньев функционирования ландшафта. В его основе — продукционный процесс (образование органического вещества первичными продуцентами — зелеными растениями, каковые извлекают диоксид углерода из воздуха, азот и зольные элементы — с водными растворами из земли) и процесс разрушения органических веществ, перехода химических элементов из органических соединений в минеральные, сопровождающиеся энерговыделением.

Эти противоположные процессы — минерализация и  биогенная аккумуляция образуют единый биологический круговорот атомов (БИК). БИК связан с всесторонней деятельностью организмов — их ростом, размножением, едой, дыханием, разложением и гибелью их остатков. Особенности биогеохимического круговорота обусловлены особенностями живого вещества, которое есть трансформатором и аккумулятором солнечной энергии, создавая запасы свободной энергии в ходе собственного размножения.

Живое вещество представлено совокупностями, в которых химические реакции протекают с громадной скоростью благодаря деятельности биологических катализаторов — ферментов. К примеру, через 15 секунд поглощенный листовой пластиной  диоксид углерода уже обнаруживается в соединениях, появляющихся при фотосинтезе.

Главная часть фитомассы по окончании отмирания разрушается, органические остатки минерализуются микробами и конечные продукты минерализации возвращаются в воздух (СО2 и другие летучие соединения) и в землю (азот и зольные элементы).

разрушения и Процессы созидания не всегда сбалансированы — часть ее (в среднем 1%) может выпадать из круговорота на более менее долгое время и аккумулироваться в землях (в виде гумуса и в осадочных породах).

Биологический круговорот характеризуется многими показателями, каковые характеризуют следующие параметры:

взаимоотношения биоценоза как целого с другими блоками геосистемы,

зависимость биогенных потоков и биологической продуктивности от географических факторов,

закономерности их проявления на региональном и локальном уровнях,

степень замкнутости либо открытости биологического круговорота и его роль во внутреннем механизме функционирования ландшафта и его внешних связях.

С этих позиций наиболее значимыми показателями являются:

запасы биомассы (в основном фитомассы) и величина годичной продуктивности,

количество опада и аккумулированного мертвого органического вещества (в большинстве случаев применяют отношения этих показателей).

Продуктивность биоты определяется как географическими факторами, так и биологическими изюминками отдельных видов Неспециализированная закономерность пребывает в том, что у подобных жизненных форм (древесных, травянистых) запасы биомассы тем больше, чем выше теплообеспеченность и чем ближе к оптимуму соотношение тепла и жидкости.. Громаднейшими запасами биомассы (фитомассы) характеризуется лесная растительность (она способна накапливаться на протяжении многих лет а также столетий). Большие запасы свойственны лесам из продолжительно живущей секвойи вечнозеленой.

В величине готовой продуктивности весьма четко выражены региональные и локальные географические закономерности (зональность, секторность, высотная поясность, внутриландшафтная морфологическая разделение). При достаточном количестве тепла и жидкости продуктивность возрастает от высоких широт к более низким в соответствии с ростом энергообеспеченности. В однообразных термических условиях громаднейшая продуктивность отмечается при оптимальном соотношении тепла и жидкости.

В сравнимых (плакорных) местообитаниях громаднейшая продуктивность у экваториальных ландшафтов, заметно меньше во мокрых лесных субтропических ландшафтах. Среди суббореальных ландшафтов громаднейшей продуктивностью владеют луговые степи, потом широколиственные леса. Самая низкая продуктивность у ландшафтов с резким недостатком тепла (полярные), и жидкости — пустыни.

Отношение первичной продукции к запасам фитомассы велики в травяных сообществах, у которых нет долгих заметных органов (1,4:1), мельчайшие — в лесных (0,03 — 0,06:1).

Большая часть ежегодной продукции отмирает и разрушается-попадает в деструкционный цикл, меньшая закрепляется в приросте. Отмершее органическое  вещество не всецело минерализуется, аккумулируясь в разных формах и разном количестве в ландшафте. Скорость разрушения растет с повышением притока солнечной энергии.

В случае дефицита тепла ежегодный опад не успевает разрушаться и в ландшафте накапливается избыточная морт-масса. В экстрааридных условиях с их высоким энергетическим потенциалом скорость деструкции намного превышает продуцирование, и накопление мертвого органического вещества фактически отсутствует. Продукционные и деструкционные процессы самый сбалансированы в условиях оптимума тепла и жидкости.

С повышением теплообеспеченности главная часть органических остатков переходит в почвенный гумус. В луговых черноземах его запасы достигают 600-1000 т/га, в землях широколиственных лесов — около 300 т/га, в таежных — около 100 т/га, тундровых — 70 т/га. В тайге и тундре в составе мортмассы преобладают неразложившиеся растительные остатки — в основном подстилка, сухостой, валежник, мертвые корни.

Запасы подстилки в этих территориях — 40-50т/га, в широколиственных лесах — 10-15 т/га в экваториальных до 2т/га, в степях (растительная ветошь) — 4-10 т/га.

Мертвое запас биомассы и органическое вещество в органах растений — серьёзный резерв питательных веществ, снабжающий устойчивость биоты к колебательным процессам окружающей среды в условиях интенсивного абиогенного выноса элементов зольного и азотного питания. Так, в лесных ландшафтах — в условиях интенсивного стока и избыточного увлажнения и утрата элементов питания (лесные земли бедны ими), запас биофильных элементов в мощной подстилке и живом веществе, прочно удерживающей нужные элементы, снабжает определенную автономность (высокую степень замкнутости) биологического круговорота.

В степях, где растительность не может накапливать запасы живой фитомассы и опад скоро разрушается, резервом минерального питания есть гумус.

Отношение годичной первичной продукции к запасам мертвых растительных остатков (без почвенного гумуса) — в тундре — 0,02, в лесах — 0,15, луговых степях — 0,9, пустынях — 25.

Для оценки интенсивности функционирования геосистем принципиально важно кроме этого знать:

количество элементов питания, потребляемых для первичной биологической продукции (емкость биологического круговорота),

их состав,

количества возврата элементов с опадом, закрепления в подлинном приросте, накопления в подстилке, утраты на выходе из геосистемы и степень компенсации при входе.

Емкость биологического круговорота связана с величиной первичной биологической продуктивности и исходя из этого зависит от географической зональности. Так, растения аридных областей применяют больше химических элементов, чем растения гумидных. Хвойные деревья ассимилируют меньше азота и зольных элементов, чем лиственные, последние — меньше, чем травянистая растительность. Мельчайшая зольность — у мхов (2-4% от сухого вещества), громаднейшая у галофитов — до 25%.

Зольность хвои и листьев деревьев — 3-4%, древесины хвойных — 0,4, лиственных 0,5, злаков 6-10%.

Сочетание этих факторов ведет к тому, что самая низкая биологическая емкость – у полярных и тундровых ландшафтов, не смотря на то, что продуктивность у них выше, чем в пустынях. На первом месте по количеству вовлекаемых в круговорот минеральных веществ — мокрые экваториальные леса.

Состав биологического круговорота также в известной степени несет черты географической зональности. Главные элементы входящие в БИК — это азот, калий, кальцит, кремний, фосфор, магний, сера, железо, алюминий. В зависимости от избирательной свойства растений соотношение в составе ежегодного потребления и биомассы минерального вещества пара варьируют, обнаруживая определенные географические закономерности.

Тундровые растения в первую очередь потребляют азота, после этого калия и кальция. Таежные растения потребляют элементы в следующей последовательности: азот, кальций, калий, а растения широколиственных лесов: — кальций, азот, калий. Для растений степей на первом месте — кремний, после этого азот, калий, кальций, для растений пустынь — кальций, калий, азот, магний.

Растения тропических и экваториальных лесов прежде всего поглощают кремний, после этого железо, алюминий.

Главная часть живого вещества строится из элементов, поступающих из воздуха. Ключевую роль играется углеродный обмен, с которым связана биогенная изменение солнечной энергии, баланс углекислого газа в геосистемах и ее предстоящая миграция, от которой зависят темперамент обменных процессов в поглощающем комплексе, химизм вод речного стока.

Количество ассимилируемого углерода в десятки раз превышает величину потребляемых зольных азота и элементов. Ежегодное потребление СО2 по территориям образовывает:

— тундровая растительность — 10 т/га,

— южнотаежные и широколиственные леса -35 т/га

— луговые степи — 50 т/га,

— мокрые экваториальные леса — 130 т/га.

В большинстве сообществ больше половины ассимилированного углерода возвращается в воздух при дыхании (по большей части микроорганизмов и растений, животные составляют 1-3%). Другая часть углерода освобождается при разложении органических остатков и возвращается в воздух в виде углекислого газа, довольно маленькое количество растворяется в воде образуя угольную кислоту, диссоциируемую на ионы бикарбоната и водорода (НСО3-). В целом выделение и поглощение углерода сбалансировано.

Только часть — 1% выводится из биологического круговорота, выносится со стоком и остается в земле.

Связывание СО2 при фотосинтезе сопровождается выделением кислорода. Он расходуется при разложении и дыхании органических остатков. Но так как часть мертвой органической массы выпадает из деструктивного процесса, то поступление кислорода в воздух превышает его потребление. Оно образовывает:

— в дубравах — 6,16 т/га,

— южнотаежных ельниках — 3,7 т/га,

— белосаксаульниках — 0,65 т/га,

— тундре — 0,44 т/га,

— в луговой степи — сбалансировано.

направляться подчернуть, что в характере биологического круговорота наблюдаются внутриландшафтные особенности, в частности между плакорными независимыми, элювиальными и подчиненными (аккумулятивными, гидроморфными) фациями.

При достаточном теплообеспечении и недостаточном увлажнении отмечается громаднейшая контрастность в интенсивности биологического круговорота по местообитаниям: в гидроморфных условиях биологический круговорот  протекает более интенсивно. К примеру, в Барабинской степи, на плакорах (лугово-степные фации) продуктивность образовывает 19 т/га, потребление зольных азота и элементов – 1,761т/га год; в травяных болотах межгривных депрессий (гидроморфные подчиненные фации) — более чем 60 т/га, и более чем 3,831 т/га год.

Быстро выражена внутриландшафтная разделение и в пустынях (солончаки и такыры и травянистые тугаи).

При избыточном увлажнении и малой теплообеспеченности условия местообитания мало воздействуют на интенсивность биологического круговорота. самые благоприятными в этом случае выясняются трансэлювиальные склоновые местообитания.

Степень замкнутости биологического круговорота разна для независимых и подчиненных фаций. Для первых характерна высокая замкнутость — т.е. незначительное участие внешних потоков по сравнения с внутренними. Приток вещества извне (с осадками , пылью), мал, утраты (сток, ветровой вынос) превышает приток. Но имеется кое-какие географические различия:

  • тундра — входные потоки органического вещества — 0,2% от ежегодной первичной продукции, выходные — 4% , утрата образовывает 116кг/га — 3,8%,
  • южнотаежные ельники — привнос 15кг/га, вынос 365 кг/га, утрата — 2%,
  • дубравы и степи — входные и выходные практически сбалансированы,
  • белосаксаульники утраты существенно превышают приход (до 10%).

Круговорот веществ в биосфере


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: