Баланс биомассы

При изучении баланса биомассы основное внимание обращается на взаимосвязь биоценоза с другими компонентами ПТК, зависимость продуктивности от географических факторов, роль биоценоза во внутреннем механизме функционирования и во внешних связях ПТК.

Основная приходная статья – образование органического вещества в процессе фотосинтеза. Расходная – отмирание и последующее разрушение биомассы, то есть минерализация. Мертвое органическое вещество и запас биомассы в растениях служат резервом питательных веществ, что обеспечивает устойчивость биоты к колебаниям параметров внешней среды. В лесах этот резерв сосредоточен в живом веществе и в подстилке, в степях – в почвенном гумусе. Так как статьи расхода и прихода в лесных и травянистых сообществах разные, следовательно, разные методы их определения.

В листопадном лесу две статьи прихода: долговременный прирост (древесина) - n и сезонный (листья) - l; и три статьи расхода: отпад и поедание - c, потери на дыхание - d и опад листвы - p. Так как листья – явление сезонное, то балансовая разность может быть разной, смотря за какой период строят баланс. Величины n, l, c, d, p в течение года меняются. В общем случае баланс биомассы древесной части леса:

n + l – c – d – p = ±m

+ m, если лес растущий; - m , если лес перестойный, умирающий

В лесных экосистемах биомасса и прирост древостоя изучаются по модельным деревьям с применением регрессионного анализа. Расчетным путем определяют массу надземной и подземной части древостоя с разделением на фракции (листья, ветви, стволы, скелетные и тонкие корни).

Баланс травянистой растительности существенно отличается от баланса леса. 1. Запас выражается для многолетних растений их подземной частью. Если ландшафт стабилен, то подземная часть постоянна.

2. В травостое большую роль играют генеративные части, поэтому их выделяют в отдельную статью.

3. Травостой быстрее, чем лес поедается животными. Эту часть расхода отделяют от отпада.

n + l + g – d – z – c = ± m

Приходные статьи:

n – прирост корней

l - прирост стеблей и листьев

g – прирост генеративных органов

Расходные статьи

z – поедаемая фитомасса

c - отпад

d – дыхание

± m – изменение запасов биомассы

Величина надземной фитомассы определяется методом укосов. Кроме общей фитомассы определяется видовая фитомасса путем разборки укосов по видам.

Запас подземной фитомассы определяется методом бурения или методом монолитов (до глубины 1 м). Для облегчения видовой разборки подземных органов был составлен специальный определитель.

Специальная методика разработана для изучения продуктивности кустарникового яруса в лесу. На площадке 25 кв. м пересчитываются все кустарники по классам диаметров стволов. Затем модельный экземпляр выкапывают с корнями. Надземные части срезают через 20 см по фракциям, подземные – по толщине. Образцы высушивают и взвешивают. Расчеты ведутся по уравнениям связи между диаметром стволов и надземной массой, массой стволов, ветвей, листьев и корней. Для определения прироста строят графики связи между фитомасой и возрастом по видам.

Животное население изучается в основных ярусах растительного покрова: почвенном, подстилочном, травяном, кустарниковом и древесном.

Баланс биомассы у животных организмов сложнее, так как у них разные циклы размножения. У крупных животных он совпадает с годовым циклом, а у мелких – несколько циклов размножения в течение года, поэтому баланс составляется для каждого вида.

Баланс для всего зооценоза похож на баланс фитомассы леса. Как и в лесу есть многолетний запас и увеличение массы за счет размножения и роста молодых особей. Расход – эскременты и трупы.

В отличие от фитомассы леса, которая десятилетиями монотонно возрастает, а потом убывает, кривая зоомассы похожа на синусоиду, так как вспышки размножения популяций чередуются с падением. Все зависит от разнообразия видов. Если видов много, то результат вспышек сглаживается. Основной смысл баланса зоомассы – выявить ход вспышек и ход трофических связей. В среднемноголетнем значении многолетний запас в ландшафте постоянен, а балансовое сальдо равно 0.

Во всяком биоценозе масса беспозвоночных намного больше массы позвоночных, поэтому общий баланс следует биологическому ритму именно этой группы животных. Но в живом веществе абсолютно преобладает фитомасса (90%), поэтому все расчеты ведутся по фитомассе.

При изучении биологического круговорота (БиКа) важна та его часть, которая связывает растение с почвой:

- продуцирование органического вещества

- отмирание

- разложение под воздействием почвенной фауны с выделением химических элементов в почву и атмосферу. Именно этот процесс важен как источник энергии, благодаря которой функционирует экосистема.

При изучении БиКа работают совместно ботаники и зоологи. Закладывают трансекту через разные ПТК, характерные для данного ландшафта. На трансекте выбирают площадки площадью 0,25 х 0,25 кв. м, расположенные через 1 м. Всего их около 400. На каждой площадке определяется запас подземной и надземной фитомассы, опада, подстилки и зоомассы в этих ярусах. На каждой площадке травостой разбирается по видам, подстилка – по фракциям (листья, ветви, остатки травы). Все образцы взвешиваются и сушатся.

Массу почвенной фауны измеряют в сухом виде. Поскольку содержание воды в организмах непостоянно. Для определения количества минерального вещества организмы сжигают и взвешивают зольные остатки. Для определения энергии, содержащейся в биомассе, баланс составляется в калориях, которые выделяются при сжигании каждого отдельного организма. Этот способ позволяет улавливать качественные различия между разными видами органического вещества. Далее идет статистическая обработка.

Основная часть живого вещества строится из элементов, которые поступают в растения из атмосферы (C и O), то есть важную роль в биологическом круговороте играет углеродный обмен между живыми организмами и атмосферой, с которым связана биогенная трансформация солнечной энергии. Именно биогенной трансформации и роли биоты в водном балансе ПТК уделяется основное внимание при изучении биологического круговорота с позиций геофизики ландшафта.

Последний вид балансов – баланс отдельных элементов или веществ, которые в ходе метаболизма переходят из органической среды в неорганическую среду, вовлекаются человеком в производство и вновь возвращаются. Чаще всего составляют балансы кислорода, азота, углерода, серы, фосфора, железа, кальция и их производных.

Можно ли составить единый баланс для неорганического и органического вещества или для разных видов энергии? Можно, но не нужно. Гораздо интереснее в целях прогноза динамика вещества. Например, как изменится биомасса сухого ландшафта, если увеличить увлажнение?

Ландшафтно-геофизические методы, так же как и ландшафтно-геохимические стали основными методами изучения ПТК локального уровня, а некоторые из них являются общими для геохимических и для геофизических характеристик ландшафта. Например, баланс биомассы, данные о запасах и продуктивности фитомассы и др.

Эти совместные исследования дают представления и структуре ПТК, функционировании, прямых и обратных связях с другими природными и антропогенно измененными комплексами.