Составляющие и процессы природных экосистем часть 2

Итак, в озере или водохранилище вода по глубине делится на две зоны: верхнюю (автотрофной), где происходит фотосинтез биомассы, и нижнюю (гетеротрофную), где микроорганизмы разлагают отмершие биомассу и регенерируют элементы потребления для создания новой биомассы в верхней зоне. Существенное отличие процессов метаболизма в верхней автотрофное и нижней Гетеротрофные зонах заключается в том, что в верхней зоне благодаря процессу фотосинтеза вода насыщается кислородом, а в нижней кислород расходуется на окисление биомассы отмерших организмов. В чистой воде в летний день на 1 m2 поверхности генерируется до 10 g кислорода, превышающую его затраты на дыхание всеми организмами экосистемы на этой площади. Наземные автотрофы (деревья, трава) обычно не так многочисленны, как водные, но они значительно больше и тратят больше энергии на строительство опорной ткани — целлюлозы и лигнина, которые почти не разрушаются консументам.
Это обуславливает разницу в скорости метаболизма и круговорота химических элементов вещества. В водоеме микроскопические растения в период активного метаболизма экосистемы обновляются за сутки, а деревья большого леса — примерно за 100 лет. Понятие кругооборота особенно полезно для анализа обмена биогенных элементов между организмами и средой. Для обеспечения научно обоснованной организации агрогосподарського использования пахотных земель, анализа и регуляции взаимообмена элементами растения с атмосферой и почвой и сохранение плодородия, особенно полезно разработанное агронаука понятие круговорота элементов. Растение, формируя свою биомассу, благодаря процессу фотосинтеза, который происходит в ее письме, усваивает из воздуха диоксид углерода и воду, синтезируя глюкозу — выходной мономер макромолекул целлюлозы (избыточный кислород возвращается в атмосферу). Своими корнями растение извлекает азот, фосфор, калий и другие элементы из раствора соответствующих солей в почве и включает их в структуру лигнина биомассы. Таким образом, происходит процесс упорядочения элементов системы: атмосфера — растение — грунт с поглощением солнечной энергии и уменьшением энтропии согласно второму закону термодинамики. После отмирания растения происходит обратный процесс произвольного распада биомассы с высвобождением когда поглощенной солнечной энергии, который сопровождается увеличением энтропии окружающей среды: упорядочены атомные структуры лигнина и целлюлозы, окисляясь, высвобождают углерод в молекулах СО2. Последний частично изымается в атмосферу, а частично вместе с элементами питания (N, P, K) оставаясь в почве, связывается в устойчивые высокомолекулярные соединения гумуса. Постепенно, в процессе минерализации гумуса, под действием микроорганизмов азот, фосфор, калий и другие элементы высвобождаются в форме водорастворимых химических соединений, доступных для питания растений. Таким образом, цикл круговорота элементов в процессах питания растения и минерализации отмершей биомассы замыкается. В природных экосистемах (биоценозах) не разрушенных аграрным землепользованием, такие процессы происходят сбалансировано, что приводит ежегодное устойчивое восстановление их флоры и фауны.

Вы хотите получить документ о своей профессиональности? накс аттестация — идеальное для вас решение.
Привлекает внимание интересный факт — процесс минерализации отмершей органического вещества происходит по определенной «программой», обусловленной изменением содержания и активности определенных минерализующих микроорганизмов в почве. В течение года наблюдаются два пика увеличения микроорганизмов (консументов) и интенсивности процессов минерализации биомассы и гумуса: весенний (апрель — начало июня) и осенний (конец августа—сентябрь). Именно в эти периоды потребительские элементы N, P, K и другие, высвобождающиеся из гумуса, наиболее активно усваиваются растениями. Упрощенную схему круговорота биогенных элементов и потока энергии в биоценозах были приведены на рис. 32. В современных аграрных экосистемах (агроценозах) нарушается естественная сбалансированность кругооборота потребительских элементов растения. Разбалансированность биохимического круговорота элементов происходит вследствие их отчуждения в процессе агроценозу и уборки урожая. Это приводит к обеднению почв гумусом и снижение их плодородия. Этому также способствует интенсивное применение минеральных удобрений. Использование в качестве удобрений органических животных отходов (экскретах) способствует сохранению естественного баланса, минерализации и образованию гумуса в почве в пределах 1,7 — 2%. Рис. 33. Схема круговорота веществ в процессах фотосинтеза и минерализации веществ растением Рис. 34. Сезонные фазы активной минерализации остатков биомассы растений в почве 1. Количество диоксида углерода, высвобождаемого с одного гектара — СO2, kg / ha. 2. Количество микроорганизмов (n) в одном грамме почвы, n / g . 3. Количество азота, усвоенного растениями N , kg / ha. Задача современного почвоведения заключается в выявлении достоверных трендов изменения содержания гумуса в почве и расчетах срока стабилизации уравновешивания процессов гумусоутворення и увеличения плодородия почвы. 2.2.3. Урбанизированные экосистемы Современные промышленные и агропромышленные комплексы являются урбанизированными энергоемкими экосистемами, которые получают энергию и питательные вещества из больших площадей за своими пределами. Существенными признаками урбанизированных экосистем по сравнению с естественными являются: значительно больше интенсивность метаболизма на единицу площади, для чего нужен большой приток концентрированной энергии извне (в основном в форме топлива — нефти, угля, газа, электроэнергии); большая несбалансированность круговорота вещества и образования интенсивного потока вредных для экосистемы отходов, которые губительно действуют на ее биологические процессы; большие потребности во внешнем снабжении «конструкционных» материалов (промышленных и сельскохозяйственных) для функционирования системы. Интенсивность потока энергии в современном промышленном городе достигает 20 МJ / m2 в сутки, что почти в 100 раз больше, чем в природных и сельских экосистемах, и во столько же раз превышает физиологические потребности человека. Мощность самого человеческого организма очень незначительна. За сутки взрослый человек в среднем может выполнить работу 2 ... 4 МJ (~ 1 kW h), тогда как, сжигая 1 kg бензина, газа или угля, можно получить (с учетом коэффициента полезного действия) до 10 МJ.