Шпаргалка по "Геофизика ландшафта"

 

Показатели годовой энергетической продукции естественных и культурных растительных сообществ (ккал/см²Чгод)

Показатели	Агроландшафт	Сосняки (20 лет)	Дубово-сосн. лес (50-60 лет)	Тропич. спелый лес (70-80 лет)
Вал. первичная продукция F1	2,4	1,22	1,15	4,50
Автотрофное дыхание Д	0,92	0,47	0,64	3,20
Чист. первичная продукция F2	1,52	0,75	0,50	1,30
Гетеротрофное дыхание Е	0,08	0,46	0,30	1,30
Чист. продукция сообщества F	1,44	0,29	0,20	0
F2/F1, %	62,3	61,5	43,5	28,9
F/F1, %	59,0	23,8	12,3	0

 

Примечание: F₂ = F₁ - Д; F = F₂ - Е.

 

В агроландшафтах человек стремится снизить Е (путем борьбы с вредителями и т.д.) и повысить тем самым чистую продукцию. В результате, агроландшафты характеризуются высокой валовой первичной, чистой первичной продукцией и высокой чистой продукцией (продуктивностью). В природе, наоборот, действует стратегия минимизации продукции. Молодые леса имеют большую чистую продукцию, чем спелые, т.к. в процессе роста биомасса накапливается. В устойчивых зрелых сообществах валовая первичная продукция обычно полностью расходуется на автотрофное и гетеротрофное дыхание, в итоге продуктивность (чистая продукция) нередко близка к нулю. Чистая продукция также зависит от зональных условий (соотношения тепла и влаги). В целом, природа стремится увеличить валовую, а человек - чистую продукцию.

 

32. Энергетические эквиваленты фотосинтеза. КПД фотосинтеза

Растения в совокупности представляют собой своеобразную машину - преобразователь энергии. Коэффициентом полезного действия растений или КПД фотосинтеза выступает соотношение энергии, которая заключена в чистой продукции сообщества (F) или в годовом приросте фитомассы, к величине ФАР за год, к величине радиационного баланса или к величине поглощенной сообществом ФАР:

Для расчета КПД фотосинтеза вводится понятие энергетического эквивалента фотосинтеза. Энергетический эквивалент фотосинтеза - количество энергии, содержащееся в 1 г сухого органического вещества. Он определяется с помощью калориметрической “бомбы”.

 

33. Закономерности распределения КПД фотосинтеза на локальном уровне (на примере Мещеры)

ПТК	R	глубина грунтовых вод	F, ккал/см2Чгод	F/R	F/ФАР
вторичные суходольные луга	36	> 1,2	0,134	0,37	0,30
мезофильные луга	36	0,6-1,1	0,285	0,79	0,64
низинные болота и заболоч. луга	37	0-0,2	0,320	0,86	0,72
сосновые низколесья	40	0-0,1	0,260	0,65	0,58
ельники черничн. зеленомошники	44	0,9	0,528	1,20	1,19
сосняки черничн.	43	1,1	0,480	1,12	1,08
сосняки лишайн. зеленомошники	42	> 1,3	0,423	1,01	0,95
сеянные луга на месте осуш. болот	36	0,65	0,336	0,93	0,75

 

Различия в радиационном балансе обусловлены главным образом альбедо. ФАР была рассчитана по данным трех ближайших метеостанций. Получилось 44,5 ккал/см²Чгод.

Выводы:

1. на локальном уровне существуют значительные контрасты в КПД фотосинтеза - от 0,3 до 1,2% (в 4 раза);
2. в среднем самые высокие значения КПД фотосинтеза наблюдаются в зональных ландшафтах;
3. оптимальный УГВ ( в смешанных лесах) - около 1 м, а при больших и меньших значениях КПД фотосинтеза падает:

 

 

 

4. в низинных болотах КПД фотосинтеза выше, чем в верховых, т.к. там лучше условия питания.

Вмешательство человека способно существенно менять значения КПД фотосинтеза различных ПТК.

 

 

34. Правило Л.Линдемана и его практическое значение

Экологическая (энергетическая) эффективность геосистем и отдельных блоков экосистем определяется отношением величины ассимиляции на данном трофическом уровне цепи к ее величине на предыдущем уровне:

Понятие экологической эффективности было введено английским ученым Л.Линдеманом в 1942 г. Линдеман также сформулировал правило, согласно которому величина энергии, ассимилируемая на одном трофическом уровне с другого, на порядок ниже, чем на предыдущем (правило 10%):

Бывают отклонения в пределах 6-15%. 

Правило Линдемана позволяет подойти к решению части проблем устойчивости структуры и функционирования биогеоценозов, находящихся под влиянием воздействий.

 

35. КПД фотосинтеза, транспирационные коэффициенты и возраст дубрав

Транспирационный коэффициент:

Один из важнейших показателей массо-энергообмена в геосистемах - транспирационный коэффициент растений, равный отношению прироста веса сухой массы растений к расходу воды на транспирацию за данный промежуток времени (т.е. количество воды, необходимое растению для образования 1 г. сухого органического вещества). Транспирационный коэффициент сельскохозяйственных растений равен около 350-600 г/г сухого вещества. У деревьев: ель - 230, лиственница - 260, сосна - 300, береза - 320, дуб - 350, тополь - 900, эвкалипт - 2500. Более высокие значения транспирационных коэффициентов травянистых и сельскохозяйственных растений обусловлены тем, что на полях и лугах формируется неблагоприятный микроклимат с более высокими, чем в лесу, скоростями ветра, более сухим воздухом, пониженным содержанием СО₂ в прилистном слое воздуха. В таких условиях усиливается потребление влаги.

Важным географическим аспектом высоких транспирационных коэффициентов растения является заболачивание вырубок и пожарищ в лесной зоне.

Существует также такой показатель, как КПД транспирации (энергетический коэффициент транспирации). Он показывает затраты тепла на транспирацию при производстве единицы продукции:

где LT - энергетический коэффициент транспирации.

 

Возраст дубрав:

В дубравах КПД фотосинтеза растет при возрасте 10-30 лет и достигает 2,2% (по ФАР). Потом до возраста 60-70 лет происходит снижение: 50 лет - 1,5%, 70 лет - 1%. Потом до 150 лет КПД фотосинтеза постоянен - около 0,9-1%. После 150-160 лет он снова снижается (170 лет - около 0,5%).

Транспирационный коэффициент также меняется у деревьев с возрастом. У дуба после 30-50 лет он начинает расти.

 

 

36. Детритогенез и его типы

Помимо пастбищного потока энергии, в котором происходит прямое потребление живых растений или их частей, не менее важен детритный поток, в котором идет разложение мертвого органического вещества. Определяющую роль в детритных цепях играют насекомые, почвенные беспозвоночные, микроорганизмы и сапрофаги. Детритогенез - процесс накопления в ландшафте неразложившихся и полуразложившихся остатков растений и животных и их разложение на вторичные и первичные составляющие.

Разложение происходит благодаря энергетическим превращениям в организмах и между ними. Ни одна из групп организмов не может осуществить разложение мертвой органики самостоятельно. Гетеротрофное население ландшафтов, действуя совместно, осуществляет полное разложение. Промежуточные продукты разложения поглощаются разлагающими организмами, для которых они служат пищей, другие остаются в ландшафте.

Основные механизмы детритогенеза:

1. Аэробное дыхание - процесс, обратный фотосинтезу. Под воздействием кислорода органическое вещество разлагается на CO₂ и Н₂О.
2. При отсутствии или недостатке кислорода окислителями выступают соли (например, NaSO₄, нитраты, оксиды железа), однако при этом энергии выделяется в 10 раз меньше. Эти процессы имеют место в болотах, солончаках.
3. Брожение - выделяется энергии в 20 раз меньше, чем при свободном кислороде.

Важным механизмом детритогенеза является деятельность беспозвоночных редуцентов, а также лесные пожары (сейчас они на 90-95% антропогенные). Пожары ускоряют процесс утилизации органики, и в этом они полезны.

Различные части растений и животных разрушаются с неодинаковой скоростью. Жиры, сахар и белки разлагаются быстро; целлюлоза, лигнин растений, хитин, волосы и кости животных разрушаются очень медленно. Различают два основных типа детритогенеза:

1. Восстановление происходит очень быстро - не более 10 лет - опад листьев, степной войлок, сухостой и т.д.
2. Образование детрита длится сотни и тысячи лет, время от времени активизируясь и снова затухая. Активизация детритогенеза часто связана с заболачиванием, она обычно была приурочена к потеплениям и похолоданиями климата (субатлантическое похолодание, атлантическое потепление, малый ледниковый период середины II-го тысячелетия н.э.).

Наиболее устойчивыми продуктами разложения являются гуминовые вещества (гумус).

Факторы, снижающие скорость образования детрита:

1. низкие температуры воздуха;
2. застойный водный режим;
3. высокое содержание трудно разлагающихся веществ - восков, смол, лигнина, костей и волос животных, хитина.

Запасы детрита на Земле составляют 11,9Ч10¹⁸ кДж, ежегодная продукция же равна 3,6Ч10⁸ кДж. Таким образом на Земле происходит накопление органики, несмотря на большой ее расход человеком.

 

37. Показатели интенсивности биоэнергетического круговорота веществ

Геохимиками Н.И.Базилевич, А.И.Перельманом, М.А.Глазовской были выделены следующие показатели интенсивности биоэнергетического круговорота веществ:

1. Подстилочно-опадочный коэффициент:

где П - запасы органического вещества в подстилке, О₃ - ежегодный опад зеленой части. К = 20 означает, что запасы органики в почве в 20 раз превышают ежегодный опад.

2. Окислительно-восстановительный потенциал почвенных растворов - Eh [мВ].

По значениям этих коэффициентов выделяют пять основных типов интенсивности биоэнергетического круговорота:

Тип интенсивности	К	Eh, мВ
Застойный	20-90	180-200
Сильнозаторможенный	5-20	200-300
Заторможенный	1,6-5	280-350
Интенсивный	0,3-1,5	160-450
Весьма интенсивный	0,1-0,3	450-600

На локальном уровне в пределах одного ландшафта К может изменяться от 0,3 до 20 и более (лесная зона).

 

38. Принципы построения вещественно-энергетических балансовых моделей

Моделирование имеет для физической географии особое значение, что связано с тремя свойствами моделей:

1. модель изменяет с помощью масштаба размеры природных систем до удобной величины;
2. изучение динамики процессов наталкивается на трудность, связанную с малой скоростью протекания многих процессов; это решается через другую характеристику моделей - масштаб времени;
3. моделирования позволяет упростить географические системы.