2018-01-08
1420
Солнце – это гигантский реактор термоядерного синтеза, выбрасывающий в космос широкий спектр лучистой энергии. Достигнув Земли, значительная часть энергии отражается или поглощается атмосферой, которая не пропускает к земной поверхности большую часть космического излучения: гамма-лучей, рентгеновских лучей, и ионизирующего дальнего ультрафиолетового излучения.
В процессе фотосинтеза используется не весь спектр солнечной радиации, а только та часть, которая находится в интервале длин волн от 380 до 710 нм. Эту радиацию и называют фотосинтетически активной. Теоретическая возможность скорость создания первичной биологической продукции определяется возможностями фотосинтетического аппарата растений и количеством энергии, поступающим на данную территорию (табл.1).
Таблица 1. Среднемесячные и годовые значения суммарной ФАР, кДж/см2 (Муха, 1994)
| Города | Месяцы | |||||
| С- Петербург | 0,8 | 3,3 | 9,6 | 16,3 | 24,2 | 27,6 |
| Смоленск | 2,9 | 6,3 | 16,3 | 16,7 | 24,2 | 27,6 |
| Киев | 5,0 | 5,4 | 15,0 | 19,6 | 28,8 | 32,1 |
| Астрахань | 5,4 | 10,0 | 15,0 | 22,5 | 29,6 | 32,6 |
| Города ¤ Месяцы | ||||||
| С- Петербург | 26,3 | 18,4 | 11,7 | 4,6 | 1,3 | 0,4 |
| Смоленск | 28,4 | 20,5 | 13,4 | 7,1 | 3,3 | 2,1 |
| Киев | 32,1 | 26,3 | 17,9 | 10,4 | 5,0 | 3,3 |
| Астрахань | 31,7 | 28,8 | 22,5 | 13,4 | 7,0 | 4,2 |
· Перевод кДж/см2 = n × 108 кДж/га, 1 ккал = 4,19 кДж
Накопление биомассы находится в самой тесной связи с фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Максимально достигаемый в природе КПД фотосинтеза 10-12% энергии ФАР отмечается в зарослях джугары и тростника в Таджикистане в кратковременные, наиболее благоприятные периоды. КПД фотосинтеза в 5% считается очень высоким для фитоценоза. В целом по земному шару усвоение растениями солнечной энергии не превышает 0,1 %. Средний коэффициент использования энергии ФАР для территории России равен 0,8 %, на европейской части страны составляет 1,0-1,2 %.
Биомасса и первичная продуктивность экосистем в разных географических областях очень широко варьирует (табл.2).
* Биомасса организмов толщи литосферы и аэробиосферы несопоставимо мала, продуктивность организмов литобиосферы неизвестна, организмов аэробиосферы — ничтожно мала.
Таблица 2. Биомасса (сухое вещество), первичная и вторичная биологическая продуктивность (Реймерс, 1990)
| Тип экосистемы | Площадь, млн.км2 | Биомасса растений, кгм2,Хср. | Общая биомасса растений, млрд. т | Общая биомасса животных, млн. т | Чистая первичная продукция, г/м2 за год, Хср. | Общая чистая первичная продукция, млрд. т в год | Продуктивность животных, млн. т в год | |
| Влажные тропические леса | 17,0 | 37,4 | ||||||
| Тропические сезонно- зеленые леса | 7,5 | |||||||
| Вечнозеленые леса умеренного пояса | 5,0 | 6,5 | ||||||
| Листопадные леса умеренного пояса | 7,0 | 8,4 | ||||||
| Тайга | 12,0 | 9,6 | ||||||
| Лесокустарниковые сообщества | 8,5 | |||||||
| Саванна | 15,0 | 13,5 | ||||||
| Луговая степь | 9,0 | 1,6 | 5,4 | |||||
| Тундра и высокогорье | 8,0 | 1,6 | 1,1 | |||||
| Пустыни и полупустыни | 18,0 | 0,7 | 1,6 | |||||
| Сухие пустыни, скалы, ледники | 24,0 | 0,02 | 0,5 | 0,02 | 0,07 | 0,02 | ||
| Культивируемые земли | 14,0 | 9,1 | ||||||
| Болота | 2,0 | 4,0 | ||||||
| Озера и водотоки | 2,0 | 0,02 | 0,05 | 0,5 | ||||
| Материковые экосистемы в целом | 12,3 | |||||||
| Открытый океан | 332,0 | 0,003 | 1,0 | 41,5 | ||||
| Зона апвеллинга | 0,4 | 0,02 | 0,008 | 0,2 | ||||
| Континентальный шельф | 26,6 | 0,01 | 0,27 | 9,6 | ||||
| Заросли водорослей и рифы | 0,6 | 1,2 | 1,6 | |||||
| Эстуарии | 1,4 | 1,4 | 2,1 | |||||
| Морские экосистемы в целом | 0,01 | 3,9 | ||||||
| В целом на Земле* | 3,6 | |||||||
Задание 1. Построить график прихода ФАР на территорию в зависимости от географической широты местности, используя данные табл.1.
Q, кДж/см2
| месяцы |
1. Рассчитайте приход ФАР по сезонам года и выразите в процентах от суммы за год. Результаты расчетов занесите в сводную таблицу 3.
2. Рассчитайте приход ФАР за вегетационный период по широте Смоленска с 15.04 по 15.09 и выразите в процентах от годовой.
Таблица 3. Распределение ФАР по сезонам года, % от суммы за год
| Города | Сезоны | Вегетационный период | |||
| Зима | Весна | Лето | Осень | ||
| С - Петербург | |||||
| Смоленск | |||||
| Киев | |||||
| Астрахань |
3. Сделайте вывод о распределении ФАР по территории.
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Задание 2.
На основании данных, приведенных в таблице 2. ответьте на следующие вопросы:
1. Рассчитайте долю основных биомов мира относительно площади поверхности земного шара.
Таблица 4. Доля основных биомов мира, %
| Тип экосистемы | S, млн. км2 | %, от S Земли | Тип экосистемы | S, млн. км2 | %, от S Земли |
| Влажные тропические леса | 17,0 | Культивируемые земли | 14,0 | ||
| Тропические сезонно- зеленые леса | 7,5 | Болота | 2,0 | ||
| Вечнозеленые леса умеренного пояса | 5,0 | Озера и водотоки | 2,0 | ||
| Листопадные леса умеренного пояса | 7,0 | Материковые экосистемы в целом | |||
| Тайга | 12,0 | Открытый океан | 332,0 | ||
| Лесокустарниковые сообщества | 8,5 | Зона апвеллинга | 0,4 | ||
| Саванна | 15,0 | Континентальный шельф | 26,6 | ||
| Луговая степь | 9,0 | Заросли водорослей и рифы | 0,6 | ||
| Тундра и высокогорье | 8,0 | Эстуарии | 1,4 | ||
| Пустыни и полупустыни | 18,0 | Морские экосистемы в целом | |||
| Сухие пустыни, скалы, ледники | 24,0 | В целом на Земле* |
2. Укажите самый продуктивный наземный и водный биомы. Объясните причины наивысшей продуктивности живых организмов. Сравните со средней продуктивностью всех биомов Земли.
_________________________________________________________________________________________________________________________
3. Оцените сбалансированность биологической продукции по отношению величин первичной и вторичной продуктивности экосистем.
Таблица 5. Отношение величин первичной и вторичной продуктивности экосистем
| Тип экосистемы | Первич./ Вторич. | Первич./ Запас фитомассы | Тип экосистемы | Первич./ Вторич. | Первич./ Запас фитомассы |
| Влажные тропические леса | Культивируемые земли | ||||
| Тропические сезонно- зеленые леса | Болота | ||||
| Вечнозеленые леса умеренного пояса | Озера и водотоки | ||||
| Листопадные леса умеренного пояса | Материковые экосистемы в целом | ||||
| Тайга | Открытый океан | ||||
| Лесокустарниковые сообщества | Зона апвеллинга | ||||
| Саванна | Континентальный шельф | ||||
| Луговая степь | Заросли водорослей и рифы | ||||
| Тундра и высокогорье | Эстуарии | ||||
| Пустыни и полупустыни | Морские экосистемы в целом | ||||
| Сухие пустыни, скалы, ледники | В целом на Земле* |
4. Оцените скорость воспроизводства органического вещества – отношение величины первичной продукции к запасу живой фитомассы, (%). Чем меньше показатель, тем больше задержка веществ и дальнейшая их консервация. Увеличение показателя свидетельствует о большом динамизме процесса. Результаты занести в таблицу.
____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
5. Рассчитайте скорость общего оборота органического вещества - отношение величины запаса живого и мертвого органического вещества к продукции, (%). Этот показатель позволяет выявить «подвижность» каждой единицы органического вещества при прохождении этапов трансформирования продукции.
Таблица 6. Скорость общего оборота органического вещества, %
| Тип экосистемы | Запас биомассы / Продуктивность | Устойчивость, балл | Тип экосистемы | Запас биомассы / Продуктивность | Устойчивость, балл |
| Влажные тропические леса | Культивируемые земли | ||||
| Тропические сезонно- зеленые леса | Болота | ||||
| Вечнозеленые леса умеренного пояса | Озера и водотоки | ||||
| Листопадные леса умеренного пояса | Материковые экосистемы в целом | ||||
| Тайга | Открытый океан | ||||
| Лесокустарниковые сообщества | Зона апвеллинга | ||||
| Саванна | Континентальный шельф | ||||
| Луговая степь | Заросли водорослей и рифы | ||||
| Тундра и высокогорье | Эстуарии | ||||
| Пустыни и полупустыни | Морские экосистемы в целом | ||||
| Сухие пустыни, скалы, ледники | В целом на Земле* |
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
6. Оцените устойчивость экосистем на основании запасов живой биомассы, пользуясь следующими показателями.
Таблица 7. Баллы устойчивости
| Показатели устойчивости | Значение показателя | Баллы устойчивости |
| Биомасса, ц/га | <125 | |
| 125 – 500 | ||
| 500 – 1500 | ||
| 1500 - 4000 | ||
| <4000 |
Максимальным значениям фитомассы соответствует и максимальная устойчивость биогеоценоза.
Контрольные вопросы
1. Антропогенная энергия в земледелии.
2. Использование ФАР в естественных и антропогенных экосистемах.
3. Биомасса и первичная продуктивность экосистем.
4. Продуктивность экосистем. Вторичная продукция экосистем.
5. Распределение ФАР по территории в зависимости от географической широты местности в течение года.
6. Роль сельского хозяйства в формировании первичной биологической продукции.
7. Состав солнечного света. Его воздействие на живое вещество.
8. Функции живого вещества на планете.
