Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

География

для школьников и студентов

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Биогеохимический круговорот (БИК)

Любые студенческие работы по приятным ценам. Постоянным клиентам - скидки! Оставьте заявку и мы ответим Вам по стоимости работ в течении 30 минут!

Биогеохимический цикл - один из главных звеньев функционирования ландшафта. В его основе - продукционный процесс (образование органического вещества первичными продуцентами - зелеными растениями, которые извлекают диоксид углерода из атмосферы, зольные элементы и азот - с водными растворами из почвы) и процесс разрушения органических веществ, перехода химических элементов из органических соединений в минеральные, сопровождающиеся выделением энергии.

Эти противоположные процессы - биогенная аккумуляция  и минерализация образуют единый биологический круговорот атомов (БИК). БИК связан с всесторонней деятельностью организмов - их ростом, размножением, питанием, дыханием, гибелью и разложением их остатков. Особенности биогеохимического круговорота обусловлены свойствами живого вещества, которое является аккумулятором и трансформатором солнечной энергии, создавая запасы свободной энергии в процессе своего размножения. Живое вещество представлено системами, в которых химические реакции протекают с большой скоростью благодаря деятельности биологических катализаторов - ферментов. Например, через 15 секунд поглощенный листовой пластиной  диоксид углерода уже обнаруживается в соединениях, возникающих при фотосинтезе.

Основная часть фитомассы после отмирания разрушается, органические остатки минерализуются микроорганизмами и конечные продукты минерализации возвращаются в атмосферу (СО2 и другие летучие соединения) и в почву (зольные элементы и азот).

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

Биологический круговорот характеризуется многими показателями, которые 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 или открытости биологического круговорота и его роль во внутреннем механизме функционирования ландшафта и его внешних связях.

С этих позиций важнейшими показателями являются:

запасы биомассы (преимущественно фитомассы) и величина годичной продуктивности,

количество опада и аккумулированного мертвого органического вещества (обычно используют отношения этих показателей).

Продуктивность биоты определяется как географическими факторами, так и биологическими особенностями отдельных видов Общая закономерность состоит в том, что у аналогичных жизненных форм (древесных, травянистых) запасы биомассы тем больше, чем выше теплообеспеченность и чем ближе к оптимуму соотношение тепла и влаги.. Наибольшими запасами биомассы (фитомассы) характеризуется лесная растительность (она способна накапливаться в течение многих десятилетий и даже столетий). Максимальные запасы присущи лесам из долго живущей секвойи вечнозеленой.

В величине готовой продуктивности очень четко выражены региональные и локальные географические закономерности (зональность, секторность, высотная поясность, внутриландшафтная морфологическая дифференциация). При достаточном количестве тепла и влаги продуктивность возрастает от высоких широт к более низким в соответствии с ростом энергообеспеченности. В одинаковых термических условиях наибольшая продуктивность наблюдается при оптимальном соотношении тепла и влаги. В сравнимых (плакорных) местообитаниях наибольшая продуктивность у экваториальных ландшафтов, заметно меньше во влажных лесных субтропических ландшафтах. Среди суббореальных ландшафтов наибольшей продуктивностью обладают луговые степи, далее широколиственные леса. Самая низкая продуктивность у ландшафтов с резким дефицитом тепла (полярные), и влаги - пустыни.

Отношение первичной продукции к запасам фитомассы максимальны в травяных сообществах, у которых нет многолетних заметных органов (1,4:1), наименьшие - в лесных (0,03 - 0,06:1).

Значительная часть ежегодной продукции отмирает и разрушается-попадает в деструкционный цикл, меньшая закрепляется в приросте. Отмершее органическое  вещество не полностью минерализуется, аккумулируясь в разном количестве и разных формах в ландшафте. Скорость разрушения растет с увеличением притока солнечной энергии. При недостатке 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 практически отсутствует. Продукционные и деструкционные процессы наиболее сбалансированы в условиях оптимума тепла и влаги.

С увеличением теплообеспеченности основная часть органических остатков переходит в почвенный гумус. В луговых черноземах его запасы достигают 600-1000 т/га, в почвах широколиственных лесов - около 300 т/га, в таежных - около 100 т/га, тундровых - 70 т/га. В тундре и тайге в составе мортмассы преобладают неразложившиеся растительные остатки - главным образом подстилка, сухостой, валежник, мертвые корни. Запасы подстилки в этих зонах - 40-50т/га, в широколиственных лесах - 10-15 т/га в экваториальных до 2т/га, в степях (растительная ветошь) - 4-10 т/га.

Мертвое органическое вещество и запас биомассы в органах растений - важный резерв питательных веществ, обеспечивающий устойчивость биоты к колебаниям внешней среды в условиях интенсивного абиогенного выноса элементов зольного и азотного питания. Так, в лесных ландшафтах - в условиях избыточного увлажнения и интенсивного стока и потере элементов питания (лесные почвы бедны ими), запас биофильных элементов в живом веществе и мощной подстилке, прочно удерживающей необходимые элементы, обеспечивает определенную автономность (высокую степень замкнутости) биологического круговорота.

В степях, где растительность не способна аккумулировать запасы живой фитомассы и опад быстро разрушается, резервом минерального питания является 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 важно также знать:

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

их химический состав,

объемы возврата элементов с опадом, закрепления в истинном приросте, накопления в подстилке, потери на выходе из геосистемы и степень компенсации при входе.

Емкость биологического круговорота связана с величиной первичной биологической продуктивности и поэтому зависит от географической зональности. Так, растения аридных областей используют больше химических элементов, чем растения гумидных. Хвойные деревья ассимилируют меньше зольных элементов и азота, чем лиственные, последние - меньше, чем травянистая растительность. Наименьшая зольность - у мхов (2-4% от сухого вещества), наибольшая у галофитов - до 25%. Зольность хвои и листьев деревьев - 3-4%, древесины хвойных - 0,4, лиственных 0,5, злаков 6-10%.

Сочетание этих факторов приводит к тому, что самая низкая биологическая емкость – у полярных и тундровых ландшафтов, хотя продуктивность у них выше, чем в пустынях. На первом месте по количеству вовлекаемых в круговорот минеральных веществ - влажные экваториальные леса.

Химический состав биологического круговорота тоже в известной степени несет черты географической зональности. Основные элементы входящие в БИК - это азот, калий, кальцит, кремний, фосфор, магний, сера, железо, алюминий. В зависимости от избирательной способности растений соотношение в составе биомассы и ежегодного потребления минерального вещества несколько варьируют, обнаруживая определенные географические закономерности.

Тундровые растения прежде всего потребляют азота, затем кальция и калия. Таежные растения потребляют элементы в следующей последовательности: азот, кальций, калий, а растения широколиственных лесов: - кальций, азот, калий. Для растений степей на первом месте - кремний, затем азот, калий, кальций, для растений пустынь - кальций, калий, азот, магний. Растения тропических и экваториальных лесов в первую очередь поглощают кремний, затем железо, алюминий.

Основная часть живого вещества строится из элементов, поступающих из атмосферы. Важную роль играет углеродный обмен, с которым связана биогенная трансформация солнечной энергии, баланс углекислого газа в геосистемах и ее дальнейшая миграция, от которой зависят характер обменных процессов в поглощающем комплексе, химизм вод речного стока.

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

- тундровая растительность - 10 т/га,

- южнотаежные и широколиственные леса -35 т/га

- луговые степи - 50 т/га,

- влажные экваториальные леса - 130 т/га.

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

Лишь небольшая часть - 1% выводится из биологического круговорота, выносится со стоком и остается в почве.

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

- 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.

Следует отметить, что в характере биологического круговорота наблюдаются внутриландшафтные особенности, в частности между плакорными автономными, элювиальными и подчиненными (аккумулятивными, гидроморфными) фациями.

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

Резко выражена внутриландшафтная дифференциация и в пустынях (такыры и солончаки и травянистые тугаи).

При избыточном увлажнении и малой теплообеспеченности условия местообитания мало влияют на интенсивность биологического круговорота. Наиболее благоприятными в этом случае оказываются трансэлювиальные склоновые местообитания.

Степень замкнутости биологического круговорота различна для автономных и подчиненных фаций. Для первых характерна высокая замкнутость - т.е. незначительное участие внешних потоков по сравнения с внутренними. Приток вещества извне (с атмосферными осадками, пылью), невелик, потери (сток, ветровой вынос) превышает приток. Но есть некоторые географические различия:

·     тундра - входные потоки органического вещества - 0,2% от ежегодной первичной продукции, выходные - 4% , потеря составляет 116кг/га - 3,8%,

·     южнотаежные ельники - привнос 15кг/га, вынос 365 кг/га, потеря - 2%,

·     степи и дубравы - входные и выходные почти сбалансированы,

·     белосаксаульники потери значительно превышают приход (до 10%).

 

 

Counter