Гидротермические условия и продуктивность биомассы
Продуктивность фитомассы в естественных условиях тесно связана с сочетанием тепла и влаги. Сумма осадков, взятая вне режrtма тепла, определяет лишь влажность воздуха и сток. Эмпирически замечено, что отношение продуктивного или валового увлажнения (т. е. осадки минус поверхностный сток, W в мм) к радиационному балансу R, которое до введения в нашей стране Международной системы единиц (СИ) выражалось в ккал/ (см2×град) (1 кал=4,1868 Дж), либо к уменьшенной в десять раз сумме активных температур по шкале Цельсия, хорошо коррелируют с приростом фитомассы. Эти отношения можно записать так: W / R или W / (O,1 • ∑t). Характер их корреляции c основными зональными типами ландшафтов на равнинах виден на рис. 1. Заключенное внутри кривой пространство можно назвать ареной развития зональных природных ландшафтов (рис. 3).
Доля осадков, выпадающих на суше за счет внутриконтинентального влагооборота, составляет примерно 25 %. Остальные 75 % осадков выпадают над сушей за счет при вноса влаги с океана (в Европе — 81 %, в СССР — 74, в Азии — 68, в Африке — 71, Австралии — 81, в Северной и Южной Америке — 75 %). Примерно половина всех осадков выпадает в экваториальном и субэкваториальных поясах, 1/3 — в умеренных широтах, 1/10 — в субтропических и тропических поясах (преимущественно в восточных муссонных секторах этих поясов) и 1/20 — в полярных областях.
В целом из выпавших на сушу атмосферных осадков 24 % стекает в реки, 64 % просачивается в почву, 12 % задерживается на поверхности почвы, растений, строений, а затем испаряются. Процентные доли исчисляются из средней для суши нормы осадков 800 мм/год. Растительность использует преимущественно ту часть влаги, которая просачивается в почвогрунты. Эта часть водного баланса также дифференцируется. Часть влаги просачивается и идет на пополнение запасов грунтовых вод и подземный сток (около 10 % от нормы осадков). Часть влаги задерживается в капиллярах почвогрунтов, причем около ее половины усваивается корнями растений и затем транспортируется через листья (28 % от нормы осадков). Остальная влага теряется вследствие подтягивания по капиллярам почвы к поверхности и последующего испарения (26 % нормы осадков). В итоге физическое испарение составляет около 38 % от суммы осадков. В течение года наземная растительность транспирирует около 30 тыс. км 3 воды. В умеренном климате Восточной Европы травы и злаки транспирируют за год 230—250 мм слоя валового увлажнения, лиственные деревья — 200—300, кустарники — 150—200, хвойные деревья — 100—150 мм/год.
Поверхностный сток в биологических процессах практически не участвует. Он очень сильно колеблется (почти от нуля в пустынях до 85 % выпавших осадков на крутых склонах гор) в зависимости от количества осадков, уклона местности, инфильтрации почвогрунтов, состояния растительного покрова и др. Величина валового увлажнения не только более важная для биоты, но и менее изменчивая.
Общая биомасса Земли без учета массы микробов оценивается различными авторами в пределах от 2 • 1012 до 2,7 • 1012 т сухой массы. Обычно подсчет ведется на восстановленный растительный покров, т. е. без учета изменений, которые внес человек за последние 300 лет. Довольно грубо пока оценивается и зоомасса.
Самая высокая продуктивность фитомассы в естественных фитоценозах приурочена к дельтам субэкваториального пояса — местами до 3 тыс. ц/га сухого вещества в год! Дельты жаркого пояса, расположенные на стыке суши и моря, более всего обеспечены теплом (от 336×103 до 504 • 103 Дж/ (см2 • год), грунтовым увлажнением и необходимыми питательными элементами в почве. Вегетация продолжается круглый год. Высока продуктивность и на наветренных влажных побережьях жаркого пояса.
Мы попытались оценить совмещенную биомассу Земли. Данные табл. 1 и 2 показывают, что почти 2/3 продукции живой фитомассы дает суша и в том числе 40 % леса. Несмотря на природную тенденцию к увеличению биомассы на Земле, человечество за последние 300 лет сократило ее примерно на 30 %, а площадь лесов ровно в два раза. Это связано с расширением полей, пастбищ, плантаций, застроек, сети коммуникаций и горных разработок, необходимых численно растущему человечеству. Напомним, что замена дикой растительности культурной (селекция и генетика растений, а также агрохимия) позволила увеличить долю белков в ежегодном урожае с 2—3 % в дикой растительности до 12—13 % в зерновых и бобовых культурах.
В тесной связи с гидротермическими условиями проявляется географическая зональность геохимических процессов в коре выветривания и, в частности, в распространении основных типов почв (табл. 3). В каждом из указанных в таблице шести типов коры выветривания на суше обычно выделяют автоморфные (элювиальные, или in situ) и гидроморфные (аллювиальные, или nереотложенные) почвогрунты, отличающиеся по режиму валового увлажнения. Это определяет выделение и соответствующих типов ландшафтов. Автоморфные ландшафты обычно приурочены к водоразделам, гидроморфные — к увлажненным понижениям.
Рис. 3. Соотношение тепла и влаги в основных типах ландшафтов суши на равнинах
