ЭКОЛОГИЯ_ПОСОБИЕ / 11_ГЛАВА 7

Пк = Кн/Тк, (1)

где Кн — коэффициент накопления (отношение концентрации химического элемента в живом организме к концентрации его в среде).

Тогда участвующее в круговороте количество химического эле­мента (А), прошедшее за время ф через растительное сообщество, обладающее биомассой М и показателем скорости круговорота Пк при концентрации элемента в среде (почве, водном растворе, породе) С, определяется из следующего соотношения:

А=(Кн/Тк)∙М∙С∙ф = Пк∙М∙С∙ф (2)

Отсюда ясно, что показатель ПК имеет смысл удельного потока хими­ческого элемента через единичную массу организма (растения) за еди­ницу времени, приходящегося на единицу концентрации элемента в среде. Полный показатель скорости круговорота химического элемента равен сумме показателей по отдельным потокам.

Величина Пк изменяется с возрастом растения (или сообщества), поэтому правильнее соотношение (2) выразить в дифференциальной форме:

dА=Пк∙М∙С∙dф. (3)

Отсюда

A=∫ф₂/ф₁ Пк∙М∙С∙dф. (4)

Приведенные показатели биогеохимического потока могут иметь и другую математическую форму в зави­симости от стоящих перед исследователем задач и подходов к пара­метрической оценке цикличности. Н.Ф.Глазовский (1976) справедли­во акцентирует внимание на неоднозначном понимании коэффициента накопления и связанных с ним различных коэффициентов миграции. В наших опытно-методических биогеохимических исследованиях 1960-1968 гг. с растительностью альпийских лугов, произрастающей над рудными телами, выявилось, с одной стороны, резкое различие между степенью поглощения тяжелых металлов на фоновых и аномальных участках и, с другой – прямая связь биологического накопления с экологическими условиями местообитания растительных сообществ. В любом случае коэффициенты накопления отражают лишь статику биогеохимического процесса, хотя и чутко реагируют на его экологи­ческую природу.

Зависимости (3) – (4), несмотря на разницу в подходах, объединяет главное: они количественно отражают направленный циклический поток вещества. Показатели круговорота Пк определяют связь организма со средой его обитания, выражая удельный поток вещества, направленный от среды к организму и от организма к среде. Они позво­ляют наиболее полно оценить интенсивность биогеохимического кру­говорота для различных химических элементов в различных экосисте­мах. Экспериментально установлено, что растениям свойственна тенденция к сохранению постоянным проходящего через них потока вещества при изменении экологических условий.

Полученные характеристики позволяют перейти от модельных экспериментов к ориентировочной оценке параметров биогеохимической цикличности природных экосистем. Для типичных пойменных луговых экосистем Центральной России отношение количества химического эле­мента, участвующего в круговороте, к его запасам в среде обитания (кратность круговорота м) для йода оценивается величиной м =52. Это означает, что за период вегетации (90 дн.) растения лугового биогеоценоза 52 раза «перекачали» через себя количество данного химического элемента, содержащегося в почвенном растворе корнеобитаемого слоя почвы. Многократное прохождение потока веще­ства (кремнезема) в течение жизненного цикла отмечено и для диато­мовых Мирового океана, и для биолитообразования в ельниках уме­ренной зоны, и для многих других организмов и растений. Все это свидетельствует о гораздо большей интенсивности биогеохимического круговорота в экосистемах, чем принималось до сих пор без постановки экспериментов на близких к природным условиям моделях. Причина "перекачки" организмами больших количеств вещества согласно с био­геохимическим принципом В. И. Вернадского состоит в том, что эволю­ция организмов направлена к максимальному обмену веществом и энергией с окружающей средой. В этом заключается экологическая сущность самоорганизации живого, его устойчивости и развития в биосфере по законам биогеохимической цикличности.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое биогеохимический круговорот (биохимический цикл)?

2. Раскройте понятие "незамкнутый круговорот".

3. Охарактеризуйте биогеохимические циклы кремнезема и углерода.

4. Как влияет форма участвующего в круговороте соединения на темпы круговорота?

5. Какова основная функция живого вещества в биосфере (по Вернадскому)?

6. Какие Вы знаете динамические показатели круговорота?

7. Охарактеризуйте биогеохимические циклы азота и фосфора.

8. Основная функция живого ве­щества (по В.И.Вернадскому).

Тест-контроль знаний

Тест №1

1. Структурно-функциональные уровни в биосфере, отражающие пространственно-временной ряд биогеохимической цикличности:

а) биогеоценоз – экологический регион биосферы - биосфера

б) экосистема – экологический регион биосферы – биосфера

в) биоценоз – биогеоценоз – экосистема

2. Основная часть обменного фонда углерода на Земле сосредоточена:

а) в Мировом океане

б) в тропиках

в) в юрских глинах

3. Роль фосфора в биосфере:

а) он входит в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, систем аккумуляции и переноса энергии, костной ткани и дентина.

б) он входит в состав глюкозы, всех ферментов и гормонов, а также в состав мышечной ткани

в) он входит в состав атмосферы и не преобразуется живым веществом

4. Нижняя граница биогеоценозов в природных условиях Русской равнины:

а) проходит выше границы зоны активного водообмена

б) совпадает с границей зоны активного водообмена

в) опускается ниже зоны активного водообмена

5. Наиболее пригодная форма азота для использования зелеными растениями –

а) нитратная форма

б) свободный азот атмосферы

в) нитридная форма

г) нитритная форма

6. Причина "перекачки" организмами больших количеств вещества (по В.И.Вернадскому) состоит в том, что:

а) эволю­ция организмов направлена к максимальному обмену веществом и энергией с окружающей средой

б) эволю­ция организмов направлена к минимальному обмену веществом и энергией с окружающей средой

в) эволю­ция организмов не направлена к обмену веществом и энергией с окружающей средой

7. В результате биогеохимического цикла кремнезема в земной коре образуются:

а) трепелы, диатомиты, опоки

б) известняки, кальциты, мел

в) болотные руды, каолины, белые глины

Тест №2

1. Впервые установил выход вещества из круговорота:

а) Ю.М.Малиновский

б) Б.Б.Полынов

в) В.И.Вернадский

2. Полный круговорот углерода в биосфере, включая обмен углекислоты Океана, совершается за:

а) 5000 лет

б) 150–200 лет

в) 9000 лет

3. Полный цикл обмена SiO₂ между сушей и Океаном составит:

а) 9 000 лет

б) 150–200 лет

в) 5000 лет

4. Азот наиболее распространен на Земле:

а) входящим в состав азотной кислоты, HNO₃

б) в форме N₂ атмосферы

в) в составе аминокислот, в виде радикальной группировки (– NH₂)

5. Усваивать азот из воздуха способны:

а) симбиотические клубеньковые бактерии

б) все растения

в) некоторые грибы

6. Особенность биогеохимического цикла фосфора состоит в том, что

а) редуценты переводят фосфор из органической формы в неорганическую, не окисляя его

б) редуценты не переводят фосфор из органической формы в неорганическую

в) редуценты переводят фосфор из органической формы в неорганическую, при этом окисляя его

7. Укажите наименование каждого из выделенных на рисунке этапов биогеохимической цикличности (I–VI) и вместо знаков «?» поставьте длительность каждого этапа

22