3 курс / 2 семестр / Экология ландшафтов / Биотические процессы в ландшафте

Биотические процессы в ландшафте определены жизнедеятельностью растительности и животных - главными компонентами большей части ландшафтов. В земной коре живые организмы обусловливают, по мнению академика В.И. Вернадского, практически все процессы миграции веществ и химических элементов. Геологический эффект деятельности каждого живого организма бесконечно мал. Однако этих величин в природе имеется бесконечно большое количество и действуют они практически в течение бесконеч­но большого промежутка времени. Поэтому результат этой деятельно­сти грандиозен. Геоэкология рассматривает в отличие от биологии не каждый отдельный организм, а, всю их совокупность на земной поверх­ности: как в точке пространства, так и в пространстве образованной данными точками. Двойственность объекта комплексных исследований определяет и сложность его изучения.

Совокупность живых организмов земной коры Вернадский на­звал живым веществом. В биологии биотические элементы ландшафта классифицируются следующим образом.

Продуценты - в основном, зеленые автотрофные организмы, вы­рабатывающие первичное живое вещество.

Консументы (потребители) - организмы, вырабатывающие вто­ричное живое вещество. Консументы, питаясь веществом, созданным автотрофами-продуцентами, высвобождают химические элементы и воз­вращают их в биохимический круговорот. Консументы делятся на груп­пы: первого порядка - растительноядные животные; второго и третьего порядка - плотоядные.

Биоредуценты - организмы, которые питаются отмершими рас­тениями и животными; из них наибольшее значение имеют следующие: организмы, осуществляющие разложение органического вещества, и организмы-преобразователи уже разложенного, вторичного органиче­ского вещества. Как отметил А.И. Перельман, энергетический эффект животных в ландшафте чрезвычайно мал из-за их небольшой массы, но функциональное значение огромно.

В качестве основной единицы биоты, то есть совокупности всех названных групп живых организмов, в ландшафте можно считать эко­систему. Экологической системой называют совокупность растений и животных, взаимосвязанных, между собой круговоротом вещества и энергии и условиями существования. То есть экосистема включает в себя и абиотические факторы среды (горные породы, рельеф, воздух, природные воду), и биотические элементы. Представленная схема, конечно, в полной мере не отражает всех взаимосвязей факторов и условий-природной среды (в том числе и исторических, палеовзаимо-действий), на все же даетчэбщее представление об их обусловленности и взаимовлиянии.

Экосистемы представляют собой целостные саморегулируемые материальные системы. В них взаимодействуют факторы, которые при относительно неизменных внешних условиях обеспечивают сохране­ние совокупности взаимоотношений различных организмов примерно на одном уровне.

Каждый тип биоты в пределах общего пространства предъявляет к окружающей среде определенные требования. Комплекс факторов среды, соответствующий определенным жизненным требованиям ви­дов называется их биотопом. Абиотическая часть среды в данной эко­системе обозначается как экотоп.

Определение экосистемы слагается не только из видов растений и животных, входящих в ее состав, и их распределения и количества, но и из характеристики процессов, протекающих в экосистеме. К числу таких процессов относится: 1) круговорот энергии (направление, коли­чество, регулярность и продолжительность потока энергии); 2) круго­ворот веществ; 3) создание трофической структуры, то есть особенно­сти циклов питания; 4) формирование биогенной структуры - характер,' интенсивность, стадия и время развития сообщества.

Экосистема нарушается или сокращается под воздействием внешних факторов. Причем наибольшие изменения связаны с деятель­ностью человеческого общества - антропогенеза, проявляющегося в самых различных формах. На месте природной степи возникает «окуль­туренная» степь; на месте леса - пастбища или посевы.

Основное значение биотических процессов в ландшафте состоит в преобразовании живыми организмами среды своего существования и в связывании и в создании запаса солнечной энергии в форме органического вещества. В результате биогеохимического круговорота веществ и элементов в ландшафте вещества многократно проходят через организм и многократно используются им. Круговорот интегрирует в едином процессе живые организмы, химические элементы и свойства экотопа. Организм в условиях конкретного экотопа развивается в соответствии «законом минимума» («законом Ю. Либиха», согласно которому развитие продуцентов (зеленых растений) определяется фактором (светом, теплом, питательными веществами и пр.) находящемся в системе в минимуме.

Основные проблемы, возникающие при исследовании структуры и функционирования экосистем, заключаются чаще всего в сложности взаимосвязей в системе и невозможности осуществить количественный учет процессов. Иными словами, связи между популяциями растений и животных , с одной стороны, и между популяциями и абиотической средой (экотопом), с другой, настолько сложны, что наши знания о них весьма приблизительны, носят качественный характер; поэтому одна из 'т.п сегодняшней науки - выяснение количественной стороны вопроса.. Именно такую задачу ставит перед исследователями относительно новый раздел науки - геофизика ландшафта. Сравнительное опережение другого раздела ландшафтоведения - геохимии ландшафта обязано первую очередь, развитию качественных, логических моделей, описывающих природу.

В ландшафте организм выполняет ряд геохимических функций. во первых, организмы регулируют газовый состав атмосферы: кислород в атмосфере имеет органическое происхождение. Любое изменение биоты в ландшафте влияет на концентрацию кислорода в воздухе. Во-вторых, организмы селективно поглощают из окружающей среды химические элементы и накапливают их в себе. Эта функция может быть опасной в загрязненном ландшафте, где в организмах аккумулируются вредные вещества. С другой стороны аккумуляция вредных веществ растениями способствует очистке почво-грунтов.

С жизнедеятельностью организмов тесно связан ряд химических Процессов определяющих поведение химических элементов и веществ в ландшафте. Это реакции окисления-восстановления среды, состав и свойства образующихся органических веществ.

2. Жизнедеятельность организмов как фактор геохимической миграции проявляется практически целиком в зоне гипергенеза. Выделяемые корнями растений органические кислоты способны разрушать кристаллические решетки многих минералов, способствуя переходу слагающих их элементов в растворы. Цирконий, титан, иттрий и некоторые другие малоподвижные элементы могут мигрировать в виде органических комплексных соединений. Поэтому в природных средах , воды которых богаты органическими кислотами, интенсивность их миграции увеличивается. Кроме того, обитающие в водоемах микроорганизмы извлекают из воды различные химические элементы ( N , Р, Са, С, К, микроэлементы) в процессе жизнедеятельности. Это извлечение протекает избирательно и иногда в значительных количествах.

Особенности миграции химических элементов с участием растительных организмов выявляются через различные количественные показатели. Основными показателями бика являются емкость, скорость и интенсивность биологического круговорота. Емкость определяется количеством биомассы, ее структурой, количеством ежегодно вовлекаемых в круговорот элементов. Биомасса (фитомасса) – общий вес растительных организмов на единицу площади. Чем больше биомасса, тем выше емкость биологического круговорота. Скорость бика – это промежуток времени, в течение которого элемент проходит путь от поглощения его живым веществом до выхода из состава живого вещества. Скорость бика характеризуют два показателя – прирост и опад (вес на единицу площади). По абсолютной массе прирост делится на очень малопродуктивный (до 25 ц/га), малопродуктивный (26-60), среднепродуктивный (61-150), высокопродуктивный (151-500), очень высокопродуктивный (более 500 ц/га). Как правило, прирост превышает опад. Однако в луговых и степных ландшафтах эти различия не существенны, а вес прироста приближается к биомассе. Прирост увеличивается от арктической тундры (25 ц/га) к экваториальным вечнозеленым лесам (300 ц/га) с низким содержанием в субтропических и тропических пустынях.

Интенсивность биологического круговорота характеризуется отношением массы подстилки (полуразложившийся опад прошлых лет) к массе ежегодного опада (зеленая часть, ветки). Чем выше величина этого показателя, тем слабее интенсивность биологического круговорота. Самая низкая интенсивность бика характерна для тундры (20-50), а самая высокая – для экваториальных лесов (0,1). Практически здесь подстилка не накапливается, она минерализуется в течение года. Эта величина положена в основу градации биологического круговорота. Различают весьма интенсивный (0-0,2), интенсивный (0,3-1,5), заторможенный (1,6-5,0), весьма заторможенный (6-20) и застойный (более 20) биологический круговорот.