Материальные потоки веществ в лесных экосистемах.

Экосистемой называют совокупность на данной территории живых организмов и факторов неживой природы (свет, температура …)

Одними из самых распространенных на Земле являются лесные экосистемы. От происходящих в них процессах зависит жизнь большинства организмов на нашей планете. Поэтому для примера взяты именно эти экосистемы. Они вносят существенный вклад в обеспечение экологической безопасности в глобальном масштабе в том числе и за счет поглощения из атмосферы избытка углекислого газа.

Важнейший материально-энергетический процесс в лесных экосистемах – фотосинтез, в результате его действия образуются органические вещества из минеральных компонент и в этом веществе фиксируется энергия солнца. В процессе фотосинтеза тесно взаимодействуют различные составные части экосистемы: атмосфера, почва и древесные растения, все эти части связаны потоками веществ, которые наглядно представлены в суммарном уравнении фотосинтеза:

 

CO₂+H₂O = (1/6)C₆H₁₂O₆+O₂

 

углекислый газ поступает в растения из атмосферы, вода – из почвы, органическое вещество накапливается в самих растениях и свободный кислород выделяется в атмосферу.

Через процесс фотосинтеза осуществляется одна и важнейших экологических функций лесов – газовая функция, в результате осуществления которой из атмосферы выводится углекислый газ и поступает кислород. Важно уметь количественно оценивать такое воздействие лесов на окружающую среду. Расчеты количеств потребляемых и выделяемых при фотосинтезе веществ можно выполнить по его суммарному уравнению, описывающему процесс создания вещества древесины и, поэтому, отличающемуся от приведенного выше, где описан процесс синтеза сахаров. Так как химический состав вещества древесины разных древесных пород различен, то с целью получения формул, пригодных во всех случаях, рассмотрим уравнение фотосинтеза в следующем общем виде:

 

XCO₂+(y/2)H₂O = CxHyOz+UO₂

 

где коэффициенты уравнения х, у, z определяются химическим составом вещества древесины соответствующей породы, а коэффициент U определяется через x, y, z из уравнения баланса числа атомов кислорода:

2x + y/2 = z + 2U откуда U=x + y/4 - z/2

(3.1)

 

Элементный состав древесины 3-х основных лесообразующих пород приведен в табл.3.1. В учебных целях в составе органического вещества древесины учитывается содержание только четырех основных элементов – углерода (С), водорода (Н), кислорода (О) и азота (N).

Таблица 3.1

Элементный состав древесины основных лесообразующих пород.

% абсолютно сухого веса

Порода	С, %	Н, %	О, %	N+зольн. эл-ты, %
Ель	50,5	6,2	43,1	0,2
Сосна	49,6	6,4	43,8	0,2
Береза	50,6	6,2	42,1	1,1

 

Зная химический состав древесины, коэффициенты уравнения фотосинтеза Х, У, Z рассчитываются по следующей общей формуле:

 

                               

 

Коэффициент U рассчитывается на основе значений х, у, z по формуле (3.1), приведенной выше.

Теперь, если известно количество вещества древесины, созданного в лесу, количества поглощенных при этом углекислого газа и воды, и выделившегося кислорода рассчитываются по следующим формулам:

 

 

       (3.2)

 

 

В справочной литературе данные о запасах древесины разных пород даются в кубических метрах, а нам при расчетах по уравнению фотосинтеза необходимо знать массу создаваемой древесины (М_{древесины}) в абсолютно сухом весе. Пересчет объемов древесины на абсолютно сухой вес производится по следующей формуле:

 

                                                               (3.3)

 

где V – объем древесины, Р – базисная плотность, кг абсолютно сухого веса на 1м³ (для ели – 360, сосны – 400 и для березы – 500 кг/м³).

 

Контрольное задание.

Определить массы потребляемых СО₂ и Н₂О и выделяемого О₂ в древостоях при создании годового прироста древесины, различного объема у разных пород в разном возрасте.

Таблица 3.2

Исходные данные для расчета материальных потоков лесных экосистемах

Вариант	Порода	V орг. вещ-ва, м3	Состав орг. вещества, %			Плотность орг. вещ-ва, т/м3
			С	H	O
1	Ель	6,2	50,5	6,2	43,1	0,36
2	Сосна	8,2	49,6	6,4	43,8	0,4
3	Береза	2,1	50,6	6,2	42,1	0,5
4	Ель	6,0	50,5	6,2	43,1	0,36
5	Сосна	7,2	49,6	6,4	43,8	0,4
6	Береза	2,0	50,6	6,2	42,1	0,5
7	Ель	4,7	50,5	6,2	43,1	0,36
8	Сосна	6,3	49,6	6,4	43,8	0,4
9	Береза	2,3	50,6	6,2	42,1	0,5
10	Сосна	6,6	49,6	6,4	43,8	0,4

 

Занятие 4