Структура и основные типы биогеохимических циклов

ИТОГИ

Чистая продукция всех автотрофов прибрежной экосистемы может быть оценена в 2,677 кДж·м^-3·сут^-1, что почти в три раза уступает продукции бактериопланктона. Разница между суммарной биомассой сестона и микросообщества, объединяющего бактерий, фитопланктон и инфузорий, дает величину запасов детрита, содержащегося в водной толще, равную 5,305 кДж·м^-3 или около 25% энергетического эквивалента веса сестона. При этом доля бактерий в составе ВОВ составляет 73%. Таким образом, основной поток энергии, поступающей в прибрежную экосистему, идет через детритную пищевую цепь. Планктонные гетеротрофы (инфузории и зоопланктон) утилизируют не более 1,5% энергетических запасов сестона. Инфузории при этом потребляют в 2,5 раза больше ОВ, чем зоопланктон. Суммарный суточный рацион всех бентических беспозвоночных, включая обрастателей, составляет 96,7% энергии ВОВ (табл. 9).

Из этого количества только сообществом обрастания потребляется 16,4 кДж·м^-3·сут^-1 или 78,7% ОВ. Исходя из биотического баланса рыб можно сделать заключение, что их питание происходит не только в исследованных бассейнах, но и за пределами последних, поскольку продукция кормовых объектов покрывает лишь половину их рациона.

Основываясь на приведенном описании баланса можно сделать заключение относительно ключевой роли обрастания в трансформации ОВ прибрежной зоны моря. Если величину энергетического потока, проходящего через беспозвоночных обрастания, оценить по их рациону, то его величина составит 94% суммарной продукции автотрофов и бактериопланктона. Основываясь на данном факте, а также на том обстоятельстве, что популяция лишь одного вида M. galloprovincialis формирует 46% продукции, 98% дыхания, 90% выделения и 87% рациона данной трофической группы можно привести количественные доказательства исключительной роли мидии в прибрежной зоне моря. Иными словами высказывание М. Калишевского опубликованное им на заре ХХ века о том, что Одесский залив представляет собой «царство мидий», сегодня находит свое эколого-физиологическое подтверждение.

Скорость метаболического разложения ОВ на углекислый газ и воду популяцией мидий из сообщества обрастания твердых субстратов в объеме жизненного пространства исследуемой экосистемы оценивается величиной 7,1 кДж·м^-3·сут^-1 или 0,16 г С_орг·м^-3·сут^-1, что составляет 75,6% продукции бактерио- и фитопланктона.

Не менее интересным представляется анализ участия мидии на всех этапах жизненного цикла в трансформации вещества и энергии. Известно, что M. galloprovincialis характеризуется сложным жизненным циклом. Личиночное развитие проходит в составе зоопланктонного сообщества, в котором мидия относится к трофической группе эврифагов. После оседания личинки, мидия становится типичным бентосным организмом. На стадии спата (при длине раковины 0,5-1,0 мм) она входит в состав мейобентоса и в этот период может относительно свободно перемещаться по субстрату в поисках оптимального места для оседлой жизни.

Таблица 9. Расчет биотического баланса экосистемы прибрежной зоны Одесского залива

Компонент экосистемы	Трофический статус (размеры)	Энергети- ческий эквивалент массы (B), Дж·м^-2(м^-3)	Элементы баланса, Дж·сут^-1·м^-2(м^-3)
Продукция P	Дыхание R	Выделение F	Рацион I
П Л А Н К Т О Н
Сестон	(Ø < 10 μкм)	54620 ± 9850
(Ø = 10-50 μкм)	45460 ± 12980
(Ø = 50-105 μкм)	43870 ± 8950
ВСЕГО	± 23730
Бактериопланктон	± 21500	± 13319	± 15269
Фито-планктон	(V< 3000 μкм^3)	2043 ± 1003	7393 ± 4769	659 ± 390
(V> 3000 μкм^3)	1149 ± 520	2855 ± 2082	569 ± 375
ВСЕГО	± 776	± 4364	± 392
Инфузории	альгофаги	121 ± 42	184 ± 61	208 ± 66	196 ± 68	588 ± 190
микрофаги	66 ± 16	159 ± 58	186 ± 56	132 ± 42	477 ± 146
хищники	12 ± 8	48 ± 42	32 ± 26	8 ± 4	88 ± 70
ВСЕГО
Зоопланктон	нанофаги	151 ± 62	175 ± 47	41 ± 9	140 ± 34	356 ± 89
эврифаги	87 ± 23	44 ± 16	19 ± 7	34 ± 12	97 ± 35
хищники	0,1 ± 0,0	0,5 ± 0,4	0,0 ± 0,0	0,2 ± 0,2	0,7 ± 0,6
ВСЕГО	± 68	± 46	± 11	± 34	± 87
О Б Р А С Т А Н И Е
Макрофиты	2271800 ± 323550	100258 ± 17719	42968 ± 7594
Макро-зообентос (обрастание)	сестонофаги	± 117763	± 13499	± 37501	± 20266	± 68566
фито-детритофаги	± 232410	± 2585	± 37354	± 27684	± 66474
детритофаги	± 34742	1161 ± 292	2937 ± 816	2873 ± 824	6971 ± 1914
фитофаги	17912 ± 5126	223 ± 64	567 ± 176	559 ± 180	1348 ± 415
хищники	24218 ± 3757	195 ± 26	316 ± 41	341 ± 46	851 ± 114
ВСЕГО	± 1136981	± 14745	± 49483	± 30285	± 87953
Мейобентос (обрастание)	сестонофаги	491 ± 112	11 ± 3	31 ± 13	43 ± 14	85 ± 31
детритофаги	593 ± 142	17 ± 5	54 ± 22	47 ± 18	117 ± 46
фитофаги	1197 ± 369	444 ± 173	937 ± 371	920 ± 362	2301 ± 905
хищники	7 ± 0,2	6 ± 0,2	0,4 ± 0,3	0,4 ± 0,3	1 ± 1
ВСЕГО	± 505	± 177	± 386	± 377	± 939

Продолжение таб. 9

Б Е Н Т О С
Макро-зообентос (мягкий грунт)	сестонофаги	± 237855	± 4270	± 14216	± 4062	± 19750
фито-детритофаги	± 24664	217 ± 173	800 ± 640	710 ± 552	1727 ± 965
детритофаги	± 293690	1846 ± 730	1941 ± 493	1955 ± 501	4962 ± 1095
фитофаги	91 ± 42	1 ± 0	3 ± 1	2 ± 1	5 ± 2
хищники	634 ± 460	3 ± 2	3 ± 2	4 ± 3	11 ± 5
ВСЕГО	± 415111	± 4421	± 14590	± 4474	± 20790
Мейобентос (мягкий грунт)	сестонофаги	440 ± 242	9 ± 5	12 ± 6	29 ± 14	50 ± 25
детритофаги	1280 ± 283	32 ± 6	60 ± 9	61 ± 10	152 ± 25
фитофаги	936 ± 325	637 ± 237	1378 ± 512	1343 ± 499	3358 ± 1249
хищники	14 ± 7	0,4 ± 0,2	1 ± 0,3	1 ± 0,4	2 ± 1
ВСЕГО	± 537	± 242	± 519	± 507	± 1267
Н Е К Т О Н
Рыбы	планктофаги
бентофаги

Примечание. Представлены данные среднегодовой интенсивности функционирования компонентов экосистемы в вегетационный период. Суточные затраты на «основной обмен» (дыхание) бактерий допускались равными 0,5 величине их биомассы. В связи с тем, что среди рыб планктофагов основную роль играет атерина, все данные в таблице приведены на погонный метр траверсов и волноломов, вдоль которых сосредотачиваются особи данного вида.

Позднее, после прикрепления, мидия относится к числу макрозообентоса, где может достичь 28-летнего возраста и веса более 50 г. После перехода в состав бентического сообществ мидия относится к фильтаторам-сестонофагам. Анализ фактических данных подтвердил присутствие мидии в составе зоопланктона, мейо- и макрозообентоса прибрежной зоны моря. Как уже было сказано, мидия – ключевой элемент зрелого сообщества обрастания, что проявляется практически в равной степени на всех элементах его биотического баланса. Что касается остальных изученных групп, то максимально ощутимый вклад мидий проявляется на уровне биомассы, выраженной в единицах энергии. При этом, по мере перехода мидии из планктона в состав сообщества обрастания ее доля в общей биомассе возрастает и в среднем составляет 2% среди зоопланктона, 21% - мейобентоса и 46% - макрозообентоса обрастания.

В составе сообщества рыхлых грунтов функциональная значимость мидий существенно уступает не только обрастанию, но и другим представителям биоценоза. Процентная доля мидий в биотическом балансе донных прибрежных сообществ составляет от 2 до 5% (см. табл. 9).

Схема биотического баланса представлена на рис. 5.2.

ВЫВОДЫ

1. Чистая продукция всех автотрофов составляет 2,677 кДж·м^-3·сут^-1, что почти в три раза уступает продукции бактериопланктона и в 2 раза меньше величины энергетического эквивалента ВОВ.

2. Запасы детрита составляют 75% энергетического эквивалента веса сестона (5,305 кДж·м^-3), т.е. остальные 25% приходятся на бактерий, фитопланктон и инфузорий.

3. Основной поток энергии, поступающей в прибрежную экосистему, идет через детритную пищевую цепьэ

4. Доля бактерий в составе ВОВ составляет 73%.

5. Планктонные гетеротрофы (инфузории и зоопланктон) утилизируют не более 1,5% энергетических запасов сестона.

6.
Суточный рацион всех бентических беспозвоночных составляет 96,7% энергии ВОВ, при этом только сообществом обрастания потребляется 16,4 кДж·м^-3·сут^-1 или 78,7% ОВ.

7. Скорость метаболического разложения ОВ популяцией мидий из сообщества обрастания оценивается величиной 7,1 кДж·м^-3·сут^-1, что составляет 75,6% продукции бактерио- и фитопланктона.

8. По мере развития доля мидии в общей биомассе возрастает и в среднем составляет 2% среди зоопланктона, 21% - мейобентоса и 46% - макрозообентоса обрастания

«Био» относится к живым организмам, а «гео» - к горным породам, воздуху и воде. Геохимия изучает химический состав Земли и миграцию элементов между различными частями земной коры и океанами, реками и другими водными массами. Понятие биогеохимия впервые было предложено В.И. Вернадским для обозначения науки, занимающейся изучением обмена веществ (т.е. их движением в обе стороны) между живыми и неживыми компонентами биосферы. Понятие «биокосная» система.

В природе элементы практически никогда не бывают распределены равномерно по всей экосистеме и не находятся всюду в одной и той же химической форме.

Биогеохимические циклы – характерные пути циркуляции химических элементов в биосфере. В большей, или меньшей степени эти пути замкнуты.

Круговорот элементов питания - движение необходимых для жизни элементов и неорганических соединений.

Известно, что из 90 с лишним элементов, встречающихся в природе. 30-40 требуются живым организмам. Некоторые элементы, такие как углерод, водород, кислород и азот, необходим организмам в больших количествах (для них, как правило, определяется биотический баланс), другие – в малых или даже ничтожных количествах. Какова бы ни была потребность в них, жизненно важные для организмов элементы участвуют в биогеохимических циклах.

В каждом круговороте различают две части, или два «фонда»:

1. Резервный фонд – большая масса медленно движущихся веществ (в основном небиологический компонент);

2. Подвижный, или обменный фонд – меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и их непосредственным окружением.

Резервный фонд (т.е. та часть круговорота, которая физически или химически отделена от организмов) составляет фонд элементов питания, а обменный фонд связывает кольцом (циклом) авто- и гетеротрофов.

В биосфере биогеохимические циклы подразделяют на два типа:

1. Круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере (океан)

2. Осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

Разделение биогеохимических циклов на круговороты газообразных веществ и осадочные циклы основано на том, что некоторые круговороты, например те, в которых участвует углерод, азот или кислород, благодаря наличию крупных атмосферных или океанических (или же и тех и других) фондов довольно быстро компенсируют различные нарушения.

ПРИМЕР. Избыток СО₂, накопившийся в каком-либо месте в связи с усиленным окислением или горением, обычно быстро рассеивается воздушными потоками; кроме того, усиленное образование СО₂ компенсируется усиленным ее потреблением растениями и превращением в карбонаты в море.

Круговороты газообразных веществ с их большими атмосферными фондами можно считать в глобальном масштабе «хорошо забуференными», поскольку их способность приспосабливаться к изменениям велика. Однако, способность к саморегуляции даже при таком большом резервном фонде имеет свои пределы.

Человек уникален не только тем, что его организм нуждается в 40 различных химических элементов, но и тем, что в своей деятельности он использует почти все другие имеющиеся в природе элементы, а также ряд новых, искусственно им созданных (проблема ксенобиотиков). Человек вмешивается в естественные круговороты веществ, делая их несовершенными. В результате в одних местах возникает недостаток, а в других – избыток каких-либо веществ. Например, отходы переработки фосфатных пород создают вблизи шахт сильнейшее локальное загрязнение. Применение фосфатных удобрений способствовало ухудшению качества воды, вследствие эвтрофирования.

Основной целью общества должно стать «возвращение веществ в круговороты».

Круговороты СО₂ и воды в глобальном масштабе представляют собой самые важные для человечества биогеохимические круговороты. Для обоих характерны небольшие, но весьма подвижные фонды в атмосфере, высокочувствительные к нарушениям, которые вызываются деятельностью человека и которые могут влиять на погоду и климат.

В круговороте СО₂ атмосферный фонд очень невелик в сравнении с запасами углерода в океанах, в ископаемом топливе и других резервуарах земной коры. Полагают, что до наступления индустриальной эры потоки углерода между атмосферой, материками и океанами были сбалансированы. Но за последние 100 лет содержание СО₂ постоянно растет в результате новых антропогенных поступлений. Основным источником этих поступлений считается сжигание горючих ископаемых, однако свой вклад вносят также развитие сельского хозяйства и сведение лесов.

Дата добавления: 2015-05-08