Расчет компонент сбалансированного техноценоза

Техноценозом называют совокупность функционирующих на одной территории всех без исключения объектов техники и естественных биогеоценозов, важнейшими из которых являются лесные.

Воздействие хозяйственной деятельности и лесных насаждений на окружающую среду и, прежде всего, на атмосферу диаметрально противоположно. Объекты техники представляют собой дополнительный гетеротрофный компонент в общей экосистеме, в результате их функционирования органическое вещество (прежде всего топливо органического происхождения) минерализуется путем сжигания. При этом потребляется кислород и выделяется углекислый газ (CO₂) и другие вредные примеси. В лесных экосистемах потоки углекислого газа и кислорода имеют противоположное направление: кислород выделяется, а углекислый газ поглощается. В обобщенном виде потоки углекислого газа (CO₂) в техноценозах представлены на нижеследующей схеме.

СО2

Искусств. часть.

Естеств. часть

О2

О2

О2

 

Рис.3.1. Обобщенная схема функционирования техноценоза

 

Из схемы на рис. 3.1 видно, что если в техноценозе основные газовые потоки не сбалансированы, то такой техноценоз представляет опасность для биосферы Земли. В результате его функционирования будет происходить изменение газового состава атмосферы со всеми вытекающими отсюда глобальными последствиями, включая парниковый эффект. Наоборот, если основные потоки веществ сбалансированы, то такой техноценоз может существовать длительное время, без разрушения окружающей среды или каких-либо других неблагоприятных последствий. Таким образом, очевидно, что в составе техноценоза две его составные части (объекты техники и естественные экосистемы) должны находиться в известном закономерном количественном соотношении друг с другом для того, чтобы обеспечивать его стабильное существование. Процессы синтеза органического вещества в техноценозах должны быть достаточны по мощности, чтобы поглотить весь выделившийся при сжигании топлива антропогенный углекислый газ и произвести необходимое количество кислорода.

Процесс расчета компонент техноценоза основан на обобщённом уравнении фотосинтеза (3.1):

 

CO₂+H₂O = (1/6)C₆H₁₂O₆+O₂ (3.1)

 

Углекислый газ поступает в растения из атмосферы, вода – из почвы, органическое вещество накапливается в самих растениях, 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 (3.2)

 

где коэффициенты уравнения х, у, z определяются химическим составом органического вещества, образующегося в процессе фотосинтеза, а коэффициент U определяется через x, y, z из уравнения баланса числа атомов кислорода (3.3):

 

2x + y/2 = z + 2U (3.3)

 

(3.4)

 

	(3.5)
	(3.6)
	(3.7)

 

Где: – содержание углерода в образующемся органическом веществе; - содержание водорода в образующемся органическом веществе; - содержание кислорода в образующемся органическом веществе.

Если известно количество и состав органического вещества, созданного в процессе фотосинтеза, то количества поглощенных при этом углекислого газа и воды и выделившегося кислорода рассчитываются по следующим формулам (3.8):

 

(3.8)

 

 

На основе уравнений 3.8 может быть рассчитана масса органического вещества, которая должна быть создана в процессе фотосинтеза в естественной части техноценоза для обеспечения газового баланса в нем (3.9, 3.10):

 

	(3.9)
	(3.10)

 

где:

- суммарное количество выделяемого в искусственной части антропогенного СО₂

– суммарное количество поглощаемого в искусственной части антропогенного кислорода О₂

 

Из двух величин массы органического вещества, синтез которых обеспечивает балансы углекислого газа и кислорода в техноценозе, для дальнейшего анализа нужно выбрать наибольшую, как обеспечивающую оба газовых баланса одновременно:

 

(3.11)

 

т.е. для дальнейших расчетов необходимо взять большую из двух рассчитанных масс органического вещества.

Для дальнейшего анализа необходимо пересчитать величины абсолютно сухой массы вещества древесины, обеспечивающей баланс в техноценозе, в ее объем:

 

(3.12)

 

где Р– базисная плотность вещества древесины соответствующей породы.

На основе величины V (м³) и среднего годового прироста органического вещества на 1 гектаре – В (м³/га в год) рассчитывается необходимая для баланса в техноценозе площадь естественной части:

 

(3.13)

 

Показателем степени урбанизации рассматриваемой территории является коэффициент урбанизации:

 

(3.14)

 

Коэффициент урбанизации показывает число гектаров естественных экосистем, необходимых для компенсации антропогенного влияния на биосферу 1 гектара рассматриваемой городской территории.

 

Контрольное задание

Рассчитать параметры сбалансированного техноценоза (площадь естественной части, объем органического вещества, коэффициент урбанизации) при следующих исходных данных (табл. 3.1):

Таблица 3.1

Исходные данные для расчета параметров сбалансированного техноценоза

№	млн.т	млн.т	SГорода тыс. га	Прирост, В, м3/га год
				6,2
				6,0
				4,7
				8,2
				7,2
				6,3

 

Занятие 4.