Реферат на тему:

Геоекологія. Біогенний обіг речовин і абіотична міграція

ПЛАН

1. Коротка історична довідка

2. Особливості біогенного бігу речовин

3. Абіотична міграція речовин літосфери

4. Типологія геосистем за особливостями біогенного обігу та абіогенної
міграції речовин

Коротка історична довідка. Концептуальні основи аналізу продуційного
процесу в екосистемі заклав Р. Шелфорд (1913), обгрунтувавши концепцію
трофічних рівнів. На цій основі в екології досліджуються як енергетичні
потоки так і процеси продукування біомаси, оскільки енергія по трофічній
сітці передається з продукцією. Історію цього питання подано в § 3.2. До
неї слід лише додати, що вперше балансову модель продуційного процесу
запропонував у 1932 р. П. Бойсен-Йєнсен, а в подальшому балансовий
підхід аналізу, продуктивності розвинули Р. Уіттекер, Н. І. Базилевич,
А. А. Тітлянова, і він фактично став основою розробки, Джеєм Форрестером
популярного в екології методу імітаційного моделювання екосистем.

Важливим етапом дослідження продуктивності екосистем було отримання
оцінок біомаси та її складових (надземної, підземної, .первинної,
вторинної тощо). Хоч таку оцінку для біомаси Землі теоретично вирахував
Ю. Лібіх ще в кінці XIX ст., даних щодо продуктивності та біомаси
зональних екосистем планети фактично не було аж до розгортання робіт по
Міжнародній біологічній програмі. Одержані дані в середині – кінці 70-х
років обробили та систематизували Р. Уіттекер і Г. Лайкенс у США та Л.
Є. Родін, Н. І. Базилевич, А. А. Тітлянова в Росії. При цьому оцінка
біомаси Землі, зроблена Ю. Лібіхом, виявилася дуже близькою до сучасної,
визначеної Р. Уіттекером за експериментальними даними.

Фотосинтез як основна ланка продуційного процесу в геосистемі тривалий
час досліджувався в межах фізіології рослин. О. І. Будаговський, А. О.
Нечипорович та Ю. К. Росс були першими, хто вказав у 1964 р. на
фізико-географічну (геосистемну) складову цього процесу. З того часу в
дослідженні еколого-географічних факторів фотосинтезу досягнуто значних
успіхів, хоч ще багато аспектів цього питання не з’ясовано.

Екологічні та географічні аспекти продукування гумусу розглядали ще в
30-х роках І. В. Тюрін та В. Р. Вільямс. У повоєнні роки ці аспекти
розвинули російські ґрунтознавці (Л. М. Александрова, М. М. Кононова та
ін.) і особливо французька школа Ф. Дюшофура. З ландшафтно-екологічного
погляду важливим є напрям сучасного ґрунтознавства, пов’язаний з оцінкою
швидкості гумусоутворення та моделюванням цього процесу. Інтенсивна
розробка цих питань почалася з середини 70-х років. З того часу одержано
дані щодо швидкості процесу формування гумусу в різних типах грунтів (С.
Боул, 1977; Л. М. Ганжара, 1981; Г. Я. Чес-няк, 1988 та ін.),
запропоновано ряд моделей гумусоутворення, (Е. Скідмор, 1983; Ф. М.
Лісецькнй, 1990 та ін.).

Коротка історична довідка. У межах ландшафтознавства дослідженням
міграції, розсіювання та акумуляції речовин займається геохімія
ландшафту. Основи цієї науки започаткували В. 1. Вернадський та О. Є.
Ферсман, теоретичні положення сформулював у 20—30-ті роки Б. Б. Полинов,
а в повоєнний час розвинули О. І. Перельман, М. А. Глазовська та їх
численні учні. В екології розвиток подібного наукового напряму
пов’язаний з іменами Дж. Хатчінсона та Ж. Фортескью. Останньому належить
велика узагальнююча монографія з проблематики геохімії навколишнього
середовища (англ. Environmental Geochemistry). Починаючи з 70-х років, в
екології інтенсивно розвиваються дослідження потоків речовин в
екосистемах. Число публікацій з цієї проблеми поступово перевищило
кількість праць з традиційної для екології популяційної тематики.
Особливого значення надається аналізу круговоротів поживних елементів
рослин, визначення токсичних концентрацій різних елементів у живих
організмах. Аналогічні питання щодо грунтів почали розробляти
ґрунтознавці та агрохіміки, стосовно поверхневих вод – гідрохіміки та
гідробіологи. Синтезувати всі ці результати — важливе завдання
ландшафтної екології.

Біогеохімічний цикл або малий біологічний кругообіг – одна з головних
ланок геосистем.

В основі його – продукцій ний процес – утворення органічних речовин з
неорганічних продуцентами ( земними рослинами).

Близько 50 % створених при фотосинтезі органічних речовин витрачається
на дихання. Інші 50 % органічної речовини складають первинну продукцію.
Частина її поступає в трофічні ланцюги (ланцюги живлення) і споживається
рослиноїдними тваринами ( фітофагами) ; наступний трофічний рівень
представлений – зоофагами.

При переході від одного до іншого трофічних рівнів відношення біомас
зменшується на 2 – 3 порядки, тобто в 100 – 1000 раз.

Вторинна продукція на суші складає 1% від первинної – за винятком степів
і саван.

Так, в степових і сованних угрупованнях тварини в середньому споживають
10 – 15 % чистої первинної продукції

В лісах – 4 – 7 %

Пустелях, тундрах – 2 – 3 %.

Основна частина фітомаси після відмирання руйнується тваринами –
сапрофагами, бактеріями, грибами, актиноміцетами. Мертві органічні
рештки мінералізуються мікроорганізмами. Кінцеві продукти мінералізації
повертаються в ґрунти, атмосферу. До 1 % біомаси може випадати з
кругообігу або акумулюватись на довготривалий час в грунті.

Біологічний метаболізм (речовинообмін) характеризується багаточисельними
показниками :

— заноси фітомаси;

— речовина річної первинної продукції;

— кількість опаду і акумулювань мертвої органічної речовини.

Для оцінки інтенсивності біологічного кругообігу використовуються
показники :

— відношення живої фітомаси до мертвих органічних решток.

Для оцінки ролі біоти в функціонуванні ландшафтів важливі біохімічні
показники :

— кількість елементів живлення і їх хімічний склад ;

— повернення елементів з опадом і закріплення в дійсному прирості,
накопичення в підстілці, втрати при виході з геосистеми, ступінь
компенсації на вході.

Біологічна продуктивність залежить від основних географічних факторів.

Продуктивність зростання з високих широт до екватора в залежності від
енергозабезпечення. За один терм. умов найбільш продуктивне
спостереження при оптимальному співвідношенні тепла і вологи (
екваторіальні ландшафти, вологі субтропічні).

Серед суббореальних ландшафтів найвищою продуктивністю виділяються
лукові степи, їм трохи поступаються широколистяні ліси. Найвища
продуктивність властива ландшафтам з дефіцитом тепла ( полярним) або
вологи ( пустинним).

Найвище співвідношення первинної продукції до запасів фітомаси в
трав’яних угрупованнях, у яких немає багаторічних наземних органів (
лучні степи 1.4 – 1) ліси – 0.03 – 0.06 – 1 ) – найнище.

Значна частина щорічної продукції відмирає – попадає в деструктивний
цикл, менша частина закріплюється в прирості. Відмерлі органічні
речовини не повністю мінералізуються, акумулюючись в ландшафті. З ростом
теплозабезпеченості інтенсивність процесу розкладу органічних речовин
зростає і більша частина органічних рештків переходить в грунтовий
гумус, формуються високогумусові чорноземи.

З величиною біологічної продуктивності безпосередньо зв’язана ємкість
біологічного кругообігу речовин, яка безпосередньо залежить від
географічних закономірностей. Так, найменша ємкість біологічного
кругообігу мінеральних речовин у рослинності Тундри (2 – 4 % сухої
речовини, максимальна – у рослин екваторіальних лісів до 25% ).

Основу біологічного обміну речовин складають такі важливі хімічні
елементи – біогени, азот, калій, кальцій, кремній далі фосфор, магній,
сірка, залізо, алюміній і інші.

В Тундрі ландшафти споживають найбільше азоту, кальцію, калію.

Тайга – озон, кальцій, калій.

Широколистяні ліси – кальцій, азот, калій.

Степ – кремній, азот, калій, кальцій.

Пустелі – кальцій, калій, азот, магній.

Вологі екват. ліси – кремній, залізо, алюміній.

Ми вели мову про мінеральний обмін між рослинністю і грунтами, однак
основна частина живої речовини будується з елементів, які асимілюються в
результаті газообміну рослин з атмосферою. Важливу рольвідіграє
вуглецевий обмін, з яким пов’язана біогенна трансформація сонячної
енергії, баланс СО в геосистемах.

Кількість асимільованого СО в десятки разів переважає величину засвоєння
зольних елементів і азоту.

Щорічно тундрова рослинність споживає 10 тис. га СО

— широколистяні ліси – 50 т. га

— вологі екват. ліси – 130 т.га.

Асиміляція СО в процесі фотосинтезу супроводжується виділенням вільного
кисню. З врахуванням витрат О на дихання рослин виділення чистого О
складає :

— в дубових лісах – 6.16 т.га рік

— липових – 3.7 т.га рік

— саксаульниках – 0.65 т.га рік

— тундрі – 0.44 т.га рік.

Абіотична міграція речовин літосфери.

Суть абіотичної міграції полягає в тому, що з нею здійснюється перенос
матеріалу в горизонтальному напрямку між ландшафтами і між їх
морфологічними частинами і виніс речовин у Світовий океан.

Речовина літосфери мігрує в ландшафті у 2 – х таких формах :

1. в вигляді продуктів денудації – уламкового матеріалу, який
переміщається під силою тяжіння повздовжніх схилів, механічних домішок в
воді ( наноси) і повітрі ( пилюка).

2. в вигляді водорощинних речовин, тобто іонів, які переміщаються з
водними потоками і приймають участь в геохімічних реакціях.

Для кожної геосистеми розрізняють вхідні і вихідні абіогенні потоки.
Причому в результаті перевага акумулюється за останніми.

Основний інтегральний показник механічного вихідного потоку – твердий
стік. В розподілі твердого стоку знаходять певні риси широтної
зональності.

В Тундрі і Тайзі величина модулю твердого стоку складає 5 – 10 т/км рік

В зоні широколистяних лісів Мт дорівнює 10 – 20 т/км рік

В лісостепу досягає – 15

Степу – 5 – 10

Пустелі – із – за відсутності рідкого стоку

Басейн Конго – 18 – 37

Басейн Амазонки – 67 – 87 незважаючи на істотний річковий стік,
стримуючим фактором виступає потужний лісовий покрив.

Механічний виніс твердого матеріалу є максимальним в горах від 2000 т/км
рік до 5000 т/км рік == 2 мм. /рік

Другим потужним фактором переносу твердих матеріалів є дефляція. Еолові
потоки є найбільш інтенсивні в арідних областях, а також на розорених
територіях. Пилові бурі виносять за один раз

— з плакорних територій до 100 т/км.

— з піщаних масивів до 40 т/ км

— з солончаків до 1000 т. /км.

Знаменита пилова буря в США (1934р,) за судки винесла 300 млн. т. ґрунту
з площі 3 млн. см. тобто 100 т/з км. Інтенсивність солових процесів
оцінюється поступленням в атмосферу п. 10 п. 10 т/рік .

Однак сольовий перенос – тимчасовий і частини пилу знову повертаються на
поверхню Землі тільки в інші науки.

Важливим фактором поступлення речовин в ландшафтну оболонку є вулканізм
і поступлення метеоритів і космічного пилу – 10 млн.т. рік.

Найбільш активним є водорощинна частина твердих речовин, основні серед
яких атмосферні опади.

Солі атмосферних опадів, які випадають на поверхню Землі мають двояке
походження – як зовнішнє ( океанічне, вулканічне), так і внутрішнє (
шляхом випаровування і транспірації, а також вимиванням з пилевих
частинок, виносу з солончаків.

Добре простежуються зональні, секторні, висотно – поясні закономірності
у випаданні солей.

Тундра – 5 – 10 т./км рік

Широколистяні ліси – 10

Степи 10 – 20 т/км рік

Пустелі – 10 –20

Ліси екватор. зони – 20 – 30 т/км рік

З висотою випадання солей зростає.

В більшості ландшафтів механічний виніс твердого матеріалу домінує над
привнесенням.

Найбільш інтенсивна гірська декудація, на рівнинах височини, складені
рихлими відкладами.

Позитивним балансом твердої речовини виділено лише деякі позитивні
ландшафти :

— вулканічні

— дельтові

— де відображаються процеси поводкові ( мус)

Збалансовані ландшафти з твердими кристалічними породами. Рослинний
покрив сприяє підтриманню балансу.

Сольовий баланс теж від’ємний, поскільки поступлення солей з опадами
менше виносу їх водними розщинами.

В абіотичній міграції речовин виражена внутріландшафтна контрасність.

Плакорні (…..0 фації, де речовини потрапляють з опадами вихід переважає
над поступленням.

Перехідні (транзитні, транселювіальні) схилові фаціїприближаються до
рівноваги.

Акумулятивні фації – перевага вхідних потоків речовин над вихідними.

Якщо біологічний кругообіг виділяється високим ступенем замкнутості і в
вихідні потоки потрапляє лише частина органічної речовини, то абіотичні
більш розімкнуті.

1. За своїм масштабом біотичні потоки більші абіотичних.

2. В біотичних потоках домінує вертикальна складова ( внутрішніх
зв’язків)

3. В абіотичних потоках домінує горизонтальний склад( зовнішніх
зв’язків).

4. Абіотичні – розімкнені, вхідні не компенсують вихідним – домінує
абіотична міграція і винос речовин. За 15 – 20 млн. років при….темпах
абіотичної міграції сума буде здекудована.

5. Біотичні потоки мають характер кругообігів і сприяють затриманню
речовини в ландшафті, виконуючи в ньому стабілізуючу функцію.

Типологія. За величиною продуктивності (чистої первинної продукції)
геосистеми поділяють на непродуктивні (фітомаса не створюється – скелі,
піщані пляжі тощо), низькопродуктивні (1-5 т/га), зниженої
продуктивності (5-10), середньо продуктивні (10-15), підвизеної
продуктивності (15-20), високопродуктивні (20-30), дуже
високопродуктивні (більше 30 т/га на рік).

Продуктивність та видовий склад рослинних угруповань значною мірою
визначаються, вмістом у ґрунті поживних речовин (N, Р, К та
мікроелементів), тому багатство місцезростання Л. Г. Раменський, Г.
Еленберг, П. С. Погребняк та інші екологи вважали одним з головних
критеріїв класифікації екотопів. З ландшафтно-екологічного погляду
найбільш відповідною можна вважати типологію умов місцезростань за
багатством ґрунту елементами живлення, обґрунтовану Д. М. Цигановим
(1983). Виділяються такі геосистеми: оліготрофні (вкрай бідні на солі:
34-80 мг/л), семіоліготрофні (солей дуже мало: 75-82 мг/л),
субмезотрофні (80-120), мезотрофні (порівняно насичені солями: 100-150),
субевтрофні (добра забезпеченість солями: 150-200), евтрофні (найбільша
забезпеченість солями при відсутності ознак засолення ґрунтів),
пертрофні (забезпеченість солями більша за оптимум, але ще не пригнічує
росту рослин).

За ступенем засоленості ґрунтів є такі геосистеми: глікофітні
(слабкосолонцюваті грунти, ознаки пригнічення рослин невиразні),
семігалофітні (глибокозасолеяі, середньосолонцюваті грунти),
субгалофітні (середньо- та сильносолонцюваті засолені грунти), галофітні
(солонці та поверхнево засолені грунти), супергалофітні (солончаки).

Література:

1. Гродзинський М.Д. Основи ландшафтної екології. – К.: Либідь, 1993. –
222с.

2. Гродзинський М.Д. Стійкість геосистем до антропогенних навантажень. –
К.: Лікей, 1995. – 233с.

3. Гродзинський М.Д., Шищенко П.Г. Ландшафтно-экологический анализ в
мелиоративном природопользовании. К.: Либідь, 1993. – 224с.

4. Гуцуляк В.М. Ландшафтно-геохімічна екологія. Чернівці: Рута, 1994. –
317с.

5. Гуцуляк В.М. Ландшафтно-геохімічна екологія. Чернівці: Рута, 2001. –
248с.

6. Исаченко А.Г. Ландшафтоведение и физико-географическое районирование.
– М.: Высшая школа, 1991. – 266с.

7. Сочава В.Б. Введение в ученике о геосистемах. Наука, 1978. – 319с.

Похожие записи