Лабораторная работа 1

Лабораторная работа 1.

Круговорот веществ. Круговорот азота в вечнозеленом лесу.

Задание:

1. Ознакомиться со схемой круговорота кислорода, углерода и азота.

2. Рассчитать максимальное количество азота, накопленное (ретенция) каждой компонентой экосистемы пихтового леса. В какой из них он содержится в максимальном количестве? Полученные результаты занести в таблицу 1.1.

3. Определить количество азота, проходящее (массоперенос) через каждую компоненту экосистемы пихтового леса. Полученные результаты занести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Максимальная величина ретенции азота и массоперенос между компонентами экосистемы зрелого пихтового леса

№ п/п	Компонента экосистемы	Ретенция азота, кг/га	Массоперенос азота, кг/га
1	Надземные части
2	Корни
3	Микориза
4	Лесная подстилка
5	Грибы
6	Органические вещества почвы		*н. о.

*н. о. — не определяли

Материал. 1. Схема круговорота кислорода, углерода и азота (рис. 1-3).

2. Данные максимальной величины биомассы, массопереноса и содержания азота в компонентах экосистемы зрелого пихтового леса (табл. 1.2.).

Таблица 1.2.

Максимальная величина биомассы, массопереноса и содержания азота в компонентах экосистемы зрелого пихтового леса

№ п/п	Компонента экосистемы	Биомасса, кг/га	Массоперенос азота, кг/га	Содержание азота, %
1	Надземные части	260000	3200	0,16
2	Корни	49000	0	0,08
3	Микориза	25000	14600	0,62
4	Лесная подстилка	19000	3000	0,47
5	Грибы	23000	9200	0,80
6	Органические вещества почвы	450000	*н. о.	1,70

*н. о. — не определяли

Пояснения к заданию. В природе существуют два круговорота веществ: биологический или малый, и геологический или большой.

Биологический круговорот — это циркуляция веществ между почвой, растениями, животными и микроорганизмами. Зеленые растения как автотрофные организмы в процессе фотосинтеза потребляют из воздуха диоксид углерода и выделяют кислород, создавая при этом органические вещества из неорганических. Они получили название продуцентов.

Животные — гетеротрофные организмы — относятся к консументам, т. е. потребителям органического вещества зеленых растений.

После смерти растений и животных бактерии, грибы, простейшие и некоторые насекомые перерабатывают это органическое вещество и в результате получаются минеральные соли, диоксид углерода, вода, которые вновь используются зелеными растениями. Эту группу организмов называют редуцентами. Минерализуя органические вещества, они замыкают цепь круговорота.

Геологический круговорот осуществляется как циркуляция веществ между Мировым океаном и сушей. Вода океанов с имеющимися в ней твердыми включениями испаряется и воздушными течениями разносится на большие расстояния. Выпадая в виде осадков, она способствует процессам разрушения и выветривания, горных пород, делает их доступными для растений и микроорганизмов. Растворенные в ней химические вещества и взвешенные частицы выносятся в реки, моря, океаны. Здесь они оседают на дно, накапливаются в виде осадочных пород.

Оба круговорота — геологический и биологический взаимосвязаны и представляют собой единый процесс.

В биологическом круговороте участвуют почти все химические элементы неживой природы. Особенно важное значение имеют круговороты кислорода, углерода и азота.

Круговорот кислорода. Свободный кислород необходим для дыхания растений и животных. Почти весь кислород атмосферы биогенного происхождения. Часть его превратилась в озон и защищает поверхность Земли от жесткого ультрафиолетового излучения.

Круговорот углерода. Источником углерода, который используют зеленые растения при синтезе органических веществ, служит диоксид углерода атмосферы. В растениях углерод включается в состав органических веществ, их используют растительноядные животные. При дыхании, брожении и сжигании органического топлива диоксид углерода возвращается в атмосферу. Туда же поступает СО₂, образующийся при разложении органических веществ микроорганизмами.

Круговорот азота. Азот живые организмы получают из атмосферы и разлагающихся органических веществ. Круговорот азота включает процессы фиксации и денитрификации. Основная часть цикла азота осуществляется в почве.

Азот в изобилии присутствует в воздухе, но вместе с тем он недоступен для большинства организмов в силу своей инертности. Он усваивается лишь после того, как будет переведен сначала в аммонийную, а затем в нитратную форму в процессе азотфиксации. Способностью фиксировать азот обладает лишь небольшое число видов бактерий. В связи с этим многие экосистемы характеризуются низкой суммарной скоростью усвоения азота. Для их сохранения необходимо поддержание замкнутого азотного цикла, поэтому для большинства экосистем важную роль играет высвобождение азота после гибели организмов и деградации образующихся органических соединений.

Величина ретенции (накопления) азота компонентами экосистемы определяется по формуле:

P=M (N/100)

где Р - накопление азота, кг/га;

М - биомасса компонентов экосистемы, кг/га;

N - содержание азота в компонентах экосистемы, %.

Массоперенос азота между компонентами экосистемы определяется по формуле:

F = L (N/100)

где Р - массоперенос азота, кг/га;

L величина переносимых биомасс (массоперенос), кг/га;

N содержание азота в компонентах экосистемы, %.

Рис.1. Круговорот кислорода.

Рис.2. Круговорот углерода.

Рис.3. Круговорот азота.