Біогеохімічні параметри кругообігу елементів

Для дослідження біогеохімічних циклів у природі В.А.Ковда вважає необхідним враховувати 11 параметрів:

² Біомаса та її приріст;

² Органічні залишки (опад, підстилка);

² Органічна речовина ґрунтів (гумус);

² Елементний склад ґрунтів, повітря, атмосферних осадів, фракцій біомаси;

² Надземні та підземні запаси біогенної енергії, що включаються до біомаси;

² Метаболіти життєдіяльності;

² Число видів організмів, склад і чисельність популяцій;

² Тривалість життя видів, динаміка і ритміка життя популяцій і ґрунтів;

² Еколого-метеорологічний стан середовища;

² Об’єм території, де знаходяться точки спостереження;

² Склад і властивості токсикантів у межах дослідженої екосистеми.

Для кількісної оцінки біогеохімічних циклів використовують наступні поняття і критерії, які повно характеризують особливості циклів елементів у досліджуваному біогеоценозі.

Зольність рослин – сумарний вміст хімічних елементів, крім азоту та вуглецю, у золі біомаси, що розраховується на одиницю площі. Зольність може виражатися для зручності у відсотках. Наприклад, зольність галофітів сягає 20-45%, трав – 5-19%, дерев – 5-10%. У дерев звичайно зольність нижче, ніж у трав’яної рослинності, проте, загальна біомаса дерев більша, тому і вміст хімічних елементів у деревинної рослинності більше.

Біомаса – це кількість сухої речовини живих організмів, що мешкають на ділянках поверхні Землі (кг/м², кг/га, т/га).

Відмерлі органічні залишки враховуються у вигляді опаду – відмерла фітомаса, відпаду – стволовий опад деревинного ярусу, підстилки або степового волоку.

Одиниця тривалості біогеохімічного цикл у – характеризує середню тривалість синтезу і мінералізації біомаси та виражається відношенням запасу всій біомаси (т/га) до її щорічного приросту в даному біоценозі або на всій біосфері.

Розрахунок Т для біогеохімічного циклу вуглецю, азоту та води показав, що він складає в середньому 300-400 років, але не більше 1000 років. Для кожного біогеоценозу Т має своє значення.

Відношення кількості елементів щорічного приросту до річного стоку – характеризує роль, долю участі живої речовини у біогеохімічних циклах. Показує скільки речовини живі організми затримують від щорічного виносу при водній, механічній міграції та включають до біогенної міграції. Визначено, що сумарний результат включених до живої речовини хімічних елементів та винесених стоком в цілому для суши близькі або рівні. Щорічна мобілізація хімічних елементів рослинністю суши коливається в межах 30-70 т/км². Євдокимовою Т.И.(1975) запропоновано критерій відношення суми всіх елементів, що містяться у біомасі щорічного приросту до суми всіх елементів, що виносяться водами даного басейну. Цей показник доповнює попередній і дає уявлення про те, які конкретно хімічні елементи затримуються рослинами даного біогеоценозу та закріплюються у ґрунті. Цей показник добре ілюструє мозаїчність біосфери і це раз підкреслює, що у будь-яких випадках затримуються ліофільні елементи – азот, фосфор, вуглець, кисень, водень і інтенсивно виносяться хлор, сірка, магній.

Відношення маси підстилки до маси щорічного опаду - характеризує інтенсивність розкладення опаду та тривалість збереження підстилки. Найбільші значення цього показника властиві для територій де процеси розкладу і мінералізації рослинних залишків уповільнені і при цьому на поверхні накопичуються органічні залишки (торф’яники). Наведений показник близький до одиниці в умовах високих температур та оптимального зволоження (степи та пустелі).

Відношення кількості елементу в сухому залишку води до його кларку –запропоновано Б.Б. Полиновим (1946) і дозволяє встановити ряди водної міграції елементів в ландшафті. Показник дозволяє визначити регіональні особливості перебігу біогеохімічних циклів.

Ємність біологічного кругообігу – виражається кількістю хімічних елементів, що входять до складу біомаси зрілого фітоценозу. Теоретично цей показник винний дорівнювати фітомасі. Проте, фітомаса це зольність рослин до якої не входять вода, азот, органічні сполуки, що спалюються при прожарюванні. Найвищою ємністю володіють лісові асоціації (2000-4000 кг/га), а найменшою – тундрові (20-50 кг/га).

Приріст (продукція) фітоценозу – включає поняття первинної, вторинної і фактичної продукції.

Первинна продукція – маса живої речовини на одиниці площі, що продуцирована за одиницю часу зеленими рослинами автотрофами.

Вторинна продукція – маса живої речовини на одиниці площі, що продуцирована за одиницю часу рослинами гетеротрофами.

Фактична продукція – це кількість органічної речовини, що утворюється протягом біогеохімічного циклу мінус опад.

Чиста первинна продукція – це кількість сухої органічної речовини, яка синтезована на одиниці площі земної поверхні за одиницю часу (г/м²*рік). Чиста продукція різних типів екосистем вимірюється в тонах сухої речовини за рік. До чистої первинної продукції відноситься та частина загальної первинної продукції фотосинтезуючих рослин, яка залишається за відніманням маси, що витрачається на дихання рослин. Чиста продукція використовується тваринами і редуцируючими сапробіонтами.

Рис.28. Чиста первинна продукція біосфери Землі (за Г. Лієта, 1975).

Швидкість біологічного кругообігу – одиниця маси хімічного елементу, яка проходить період від початку його поглинання організмом до повернення у геохімічне середовище. Найвища швидкість характерна для трав’янистої рослинності. Цей показник залежить від особливостей рослинної асоціації або виду організмів і геохімічного середовища.

Інтенсивність біологічного кругообігу – величина, що відображає швидкість накопичення хімічних елементів у фітоценозі та визначається кількістю елементу у прирості за одиницю часу. Цей показник дозволяє оцінити енергетичні особливості фітоценозу і силу дії фітоценозу на ґрунтоутворювальні процеси.

Контрастність біологічного кругообігу – дає порівняльну оцінку ємності біологічного кругообігу в різних ландшафтах (біогеоценозах).

Для з’ясування особливостей біогеохімічних циклів додатково використовують балансові розрахунки, у яких враховуються всі компоненти, що приймають участь у кругообігу та доля їх участі. Дані про хімічний склад компонентів біогеохімічного кругообігу виражають у відсотках. Для балансових розрахунків необхідно перерахувати на одиниці маси, які дають дійсну уяву про розміри кругообігу.

Особливе значення мають балансові розрахунки для з’ясування особливостей біогеохімічних циклів в агроценозах, де цикл порушується відчуженням хімічних елементів з врожаєм. В агроценозі баланс завжди негативний, тому постійно необхідним є внесення добрив. Балансові розрахунки дозволяють виявити розміри втрат елементів та визначити дози добрив для компенсації балансу. До витратної статті в агроценозах включають величини відчуження з врожаєм та міграцію за межи ландшафту.

Всі кількісні показники, що відображають кругообіг елементів у системі „грунт-рослина”, зазвичай зводять до єдиної таблиці. Таблиця може відображати кругообіг елементів різних ландшафтів.

Таблиця – 17 Показники біологічного кругообігу зольних елементів і азоту (за Л.Є. Родіним, Н.І. Базілевичем)

показники	рослинність
лісостеп (дубрава)
Біомаса, ц/га
зелена частина
багаторічна надземна частина
корені
Приріст, ц/га
зелена частина
багаторічна надземна частина
корені
Опад, ц/га
зелена частина	35,7
багаторічна надземна частина
кореневі залишки	8,3
Істиний приріст, ц/га
Хімічні елементи в біомасі, кг/га
зелена частина
багаторічна надземна частина
Хімічні елементи в прирості, кг/га
Хімічні елементи в опаді, кг/га
Повертається з опадом азоту, кг/га
Повертається з опадом зольних елементів, кг/га	-
Повертається з опадом органогенів, кг/га
Утримується елементів в істиному прирості, кг/га
Підстилка, ц/га
Хімічні елементи у підстилці, кг/га

Дата добавления: 2014-10-23