Лекция № 9. Классификация биогенных ландшафтов

Классификация биогенных ландшафтов

Количество живого вещества

В живом веществе ландшафта абсолютно преобладает фитомасса она в 700 – 800 раз превышает зоомассу и массу микроорганизмов. Так как зоомасса составляет незначительный процент биомассы, во всех дальнейших расчетах используются данные только о фитомассе.

Подавляющая часть фитомассы сосредоточена на материках, где она распределена крайне неравномерно: ее много в тропических лесах (6500 ц/га), меньше в южной тайге (около 3000 ц/га), еще меньше в черноземных степях (около 100 ц/га) и совсем мало в некоторых пустынях. Большая часть живого вещества представлена лесами (82 % от фитомассы суши), среди которых преобладают леса тропиков. Фитомасса океана составляет лишь 0,007 % от всей фитомассы. По количеству живого вещества на 1 га океан близок к пустыням, но и в нем есть сгущения жизни, к которым относятся, например, коралловые рифы, Саргассово море, выходы термальных вод, зона апвеллинга – подъема к поверхности глубинных вод, богатых Р и другими биоэлементами.

Важным геохимическим параметром является и ежегодная продукция живого вещества П. На материках средняя годичная продукция фитомассы равна 115 ц/га, в океане – 17 (для планеты в целом – 45). В океане годичная продукция живого вещества П в 3000 раз больше фитомассы Б (на суше П < Б).

Каждый из основных параметров биогенеза – Б и П складывается из многих показателей: Б₁ – общая биомасса; Б₂ – зеленая биомасса; Б₃ – надземная биомасса; Б₄ – подземная биомасса; Б₅ – животная биомасса (зоомасса); Б₆ – животные фитофаги (травоядные); Б₇ – животные хищники.
Лекция № 8

Тема: Классификация биогенных ландшафтов

1. Классификация биогенных ландшафтов.

2. Три аспекта геохимической деятельности организмов. Закон Вернадского.

Важным показателем характеризующим биологический круговорот вещества является соотношение между ежегодной продукцией и биомассой: П₁: Б₁. По этому показателю четко выделяется пять групп ландшафтов.

Группа А. Ландшафты с максимальной аккумуляцией солнечной энергии, лишь незначительная часть которой ежегодно превращается в энергию геохимических процессов. Это лесные ландшафты, в которых биомасса в десятки раз превышает ежегодную продукцию (Б измеряется тысячами ц/га, П – десятками и сотнями). Под пологом деревьев создается микроклимат, состав атмосферы меняется. Преобладающая часть живого вещества, как правило, расположена над поверхностью почвы: масса стволов и листьев намного превышает массу корней. В лесных ландшафтах наиболее резко проявлена способность организмов создавать среду своего обитания, они интенсивно преобразуют окружающую среду. Для ландшафтов группы А характерна высокая когерентность – интенсивные прямые совершенные водные связи между почвой, корой выветривания, грунтовыми водами, континентальными отложениями и поверхностными водами, ярко выражен водораздельный центр. Ландшафт отличается сложностью и устойчивостью. Биокосные отрицательные обратные связи проявляются слабо.

Группа В. Ландшафты со средним накоплением солнечной энергии, биомассой в сотни и десятки ц/га, значительная часть которой ежегодно превращается в энергию геохимических процессов. Это степные, луговые и частично саванновые ландшафты. Ежегодная продукция (П) в данной группе значительна и местами не уступает группе А. В связи с этим Б: П на порядок меньше, чем в лесах. Запасы гумуса в 10 – 20 раз превышают биомассу. Роль организмов в создании среды обитания и, в частности, в создании микроклимата меньше. Основная масса живого вещества часто сосредоточена под поверхностью почвы, т.е. масса корней больше массы надземных органов растений. Прямые водные связи менее совершенны, чем в группе А, в частности, ослаблены связи почва – грунтовые воды. Ярко выражена отрицательная обратная биокосная связь: почва – растительность. Роль водораздельного центра ослаблена, в речных долинах создается второй центр ландшафта, часто более важный (“бицентрическая система”). Самоорганизация и устойчивость ландшафтов ниже, чем в группе А.

Группа С. Это ландшафты тундр и особенно верховых болот со средним и малым накоплением солнечной энергии и медленным ее превращением в энергию геохимических процессов. Биомасса в них составляет десятки и сотни центнеров на гектар, ежегодная продукция низкая. Способность растений улучшать среду обитания выражена слабо. По интенсивности прямых водных связей и величине Б: П тундры ближе к лесной группе, а по размерам биомассы, развитию обратных биокосных связей – к степям и лугам. Большое значение имеют прямые воздушные связи. Разнообразие, самоорганизация и устойчивость низкие и напоминают пустыни.

Группа D. Ландшафты среднего и малого накопления солнечной энергии и малого ее влияния на энергию геохимических процессов. Таковы многие ландшафты пустынь, для которых характерны небольшие Б и П, низкая когерентность. Прямые водные связи ослаблены, отдельные природные тела почти независимы друг от друга (элювиальная почва – грунтовые воды и т.д.). Резко выражены прямые воздушные связи. Это ландшафты с наименее совершенной, наиболее расшатанной связью. Центр ландшафта выражен слабо. Пустыни характеризуются наименьшими разнообразием,самоорганизацией, устойчивостью.

Группа Е. Ландшафты с крайне малым накоплением солнечной энергии — ничтожной биомассой. К этой группе относятся такыры, шоровые солончаки, скалы, покрытые лишайниками, и другие примитивные пустыни. Биомасса здесь местами менее 1 ц/га, отношение Б: П различно. Организмы неглубоко проникают в толщу литосферы (мощность ландшафта низкая). Разнообразие, самоорганизация и устойчивость низкие.

Формирование ландшафтов А, В, С и D групп в основном определяется климатом, в связи с чем важнейшая закономерность их размещения – зональность (лесная, степная, тундровая, пустынная и прочие зоны). Однако в ряде случаев развитие групп обусловлено другими факторами, наблюдается незональное размещение (например, верховые болота в таежной зоне, шоровые солончаки – в пустынной и т.д.).

Границы между А, В и С группами резкие (контрастные), а между В, D и Е – постепенные (размытые), не всегда точно определяемые. С этим, например, связаны методические сложности разграничения сухих степей и пустынь, выделение таких “переходных образований”, как “полупустыни”.

Группы ландшафтов состоят из типов с разной величиной Б и П. Так в группе А четко выделяются влажные тропики, широколиственные леса, таежные ландшафты. Для создания определенной массы живого вещества необходима особая структура биоценоза, качественно своеобразное сочетание видов животных и растений. Поэтому выделенные типы ландшафтов в общем отвечают типам растительного покрова, а также типам ландшафтов физико-географических классификаций.

Для формирования типов ландшафтов характерны строго определенные (“квантованные”) уровни ежегодной продукции живого вещества. Выход за пределы уровней означает переход в другой тип. Поэтому границы между типами резкие. Вместе с тем изменение факторов формирования типов – тепла и влаги происходит постепенно. Следовательно, несмотря на то, что факторы формирования ландшафтов изменяются постепенно и могут принимать любые значения (непрерывное распределение), возможны лишь вполне определенные, четко ограниченные друг от друга (“квантованные”) типы ландшафтов.

Благодаря самоорганизации, относительной самостоятельности ландшафта, способности к саморегулированию некоторые вариации тепла и увлажнения в пределах типа не влияют на тип растительного покрова. Поэтому неоднократные попытки представить все типы растительного покрова и ландшафтов как функцию физического состояния системы, игнорируя природу процессов образования живого вещества, методологически несостоятельны. В отдельных случаях, напротив, подобное соответствие возможно.

Типы делятся на отделы (в группах А и В по величине К = lgП: lgБ), а в пределах отделов по величине Б и П выделяются три основных семейства ландшафтов: северное, среднее и южное. В таежном типе это северная, средняя и южная тайга. В тундровом типе – северная тундра (арктическая), средняя (мохово-лишайниковая) и южная (кустарниковая). В типе сухих степей – северное семейство на темнокаштановых почвах и южное – на светлокаштановых. Некоторые типы состоят из четырех и пяти семейств, но в общем их число невелико: возможности варьирования Б и П в пределах типа ограничены, выход за известные пределы приводит к коренной перестройке структуры ландшафта, к переходу его в другой тип. Критерии выделения семейств подлежат уточнению. Как и для типов главный фактор формирования семейств – климат, главная закономерность размещения – зональность. Они образуют подзоны в пределах ландшафтных зон.

Для семейств и классов геохимических ландшафтов, принадлежащих к одному типу, несмотря на различия величин Б и П, нередко характерно постоянство отношения lgП: lgБ, которое обозначается символом К (А.И. Перельман). Особенно наглядна эта зависимость в группе лесных ландшафтов. Так, для влажных тропиков данный коэффициент равен 0,64 0,66. Известно, что в гилее условия для лесной растительности благоприятнее, чем в манграх, в связи с засоленностью последних, восстановительной средой в почвах. Это находит отражение в резком различии биомассы (6000 и 1300 ц/га) и ежегодной продукции (270 и 100). Однако коэффициент К (lgП: lgБ) одинаков и равен 0,64. Это позволяет относить гилею и мангры к одному типу геохимических ландшафтов – влажным тропикам. Таким образом, в рассматриваемом случае коэффициент К имеет систематическое значение.

Для ландшафтов широколиственных лесов характерна меньшая величина К, чем для влажных тропиков. В этом типе “закономерность К” не столь явна, как при сравнении гилеи и мангров – Б и П не столь контрастны, а К не столь постоянен. Тип “ландшафты широколиственных лесов” включает в себя несколько следующих единиц геохимической систематики – отделов. Например, ландшафты широколиственных лесов европейской России и Дальнего Востока относятся к разным отделам. Возможно, в данном случае коэффициент “К” служит для выделения не типа, а отдела.

Для таежных ландшафтов характерна еще меньшая величина К, порядка 0,50 – 0,55. Здесь особенно мала величина П, в то время как Б может быть близка и к широколиственным лесам и даже к влажным тропикам. Рассмотрим ландшафты тайги европейской России, для которых характерна та же закономерность, что и для влажных тропиков – различия Б и П при близких значениях К. Так, в северной, средней и южной тайге величины Б и П резко различны, но К близки (табл. 3.2). Это и дает основание относить рассматриваемую тайгу к одному отделу, а ее северные, средние и южные представители — к разным семействам в пределах отдела. Так на примере влажных тропиков, широколиственных лесов и тайги наметился объективный геохимический количественный критерий выделения в пределах лесной группы и ее типов ландшафтов следующего таксона – “отдела ландшафта”.

В ландшафтах группы В – саваннах, степях, лугах и травяных болотах коэффициент К значительно выше, чем в лесных ландшафтах, т.к. ежегодная продукция не намного меньше биомассы (К более 0,70, часто более 0,90). В какой степени этот коэффициент пригоден для выделения отделов менее ясно, чем для группы А.

Коэффициент К в ландшафтах группы С – тундрах и верховых болотах также проявляется на уровне отделов. Для группы D – пустынь систематическое значение коэффициента К не установлено.

2 Три аспекта геохимической деятельности организмов. Закон Вернадского.

Геохимическая деятельность организмов имеет, таким образом, следующие аспекты:

1. Организмы как непосредственные концентраторы элементов, в результате деятельности которых образуются горные породы с органоморфной структурой и текстурой: угли, коралловые известняки, диатомиты, торф и др.

2. Живое вещество как фактор, определяющий физико-химические условия миграции элементов в данной биокосной системе – почве, ландшафте, водоносном горизонте и т.д. (восстановительная среда в местах гниения органических веществ, резко окислительная в зоне фотосинтеза водных растений и т.д.).

3. Суммарный эффект деятельности живого вещества за геологическую историю. Организмы выступают в качестве важнейшего фактора миграции элементов, определяющего всю геохимию земной коры – формирование кислородной атмосферы, образование известняков, гранитов и других горных пород.

Первый аспект признавался всегда, роль второго часто недооценивалась, а третий был установлен только исследованиями В.И. Вернадского. Именно он показал, что миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой (О₂, СО₂, Н₂S и т.д.) обусловлены живым веществом – как тем, которое в настоящее время населяет данную биокосную систему, так и тем, которое действовало в биосфере в течение геологической истории. Это положение было предложено именовать законом Вернадского (формулировка А.И. Перельмана).

Тема: Геохимия почв

1. Отличие элювиальных почв от коры выветривания.

2. Геохимическая структура почв.

Дата добавления: 2014-01-11