Кругооборот серы и фосфора.
Не менее важны кругообороты серы и фосфора, но они менее совершенны, т.к. основная масса данных элементов содержится в резервном фонде земной коры, в недоступном фонде. Это типичные осадочные биогеохимические циклы. Такие циклы очень зависимы от внешних воздействий и легко нарушаются, поскольку часть вещества выводится из круговорота. Возврат веществ в круговорот возможен только в результате геологических процессов или путем извлечения живым веществом биофильных компонентов.
Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность земли в зону выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде апатита.
Общий круговорот фосфора можно подразделить на две часть: водную и наземную.
В водных экосистемах он усваивается планктоном и передается по трофической цепи до консументов 3-го порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) вновь попадают в море и вступают в круговорот или накапливаются на берегу и затем смываются в море с осадками. Из отмирающих животных фосфор частично попадает по трофическим цепям в круговорот, а частично скелеты достигают больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы.
В наземных экосистемах фосфор извлекается из почвы растениями и далее распространяется по трофической цепи. В почву он возвращается или с экскрементами или после отмирания животных. Теряется фосфор из почв в результате водной эрозии. Повышенное содержание фосфора в водных путях вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение» водоемов, их эвтрофикацию. Большая часть фосфора уносится в море и там осаждается, выводясь из круговорота на долгие годы.
Сера также имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора у нее есть резервный фонд и в атмосфере. В обменном фонде преобразования серы идут в процессе жизнедеятельности организмов, одни из которых являются окислителями, другие восстановителями.
В горных породах сера встречается в виде сульфидов(FeS2 и др.), в растворах в виде иона (SO42-), в газообразной фазе в виде сероводорода (Н2S) или сернистого газа (SO2 ). В некоторых микроорганизмах сера накапливается в чистом виде (S2) и при их отмирании на дне морей образуются залежи чистой самородной серы.
В морской среде сульфат - ионы являются основной доступной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в состав аминокислот.
В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до сероводорода. Другие микроорганизмы и воздействие самого кислорода приводят к окислению этих продуктов. Образовавшиеся сульфаты растворяются и поглощаются растениями из поровых растворов почвы – так продолжается круговорот.
Круговорот серы может быть нарушен вмешательством человека. Виной тому – сжигание ископаемого топлива – угля. Сернистый газ (SО2) нарушает процессы фотосинтеза и приводит к гибели растительности.
Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком. В процессе добычи и использования полезных ископаемых, загрязнения природных вод в результате хозяйственной деятельности люди воздействуют на круговороты превращая их из циклических в ациклические. Охрана природных ресурсов должна быть, в частности направлена на то, чтобы сохранить цикличность биогеохимических процессов. Это необходимое условие поддержания гомеостаза планеты.
32.Наземные экосистемы, их краткая экологическая характеристика и приспособление организмов к обитанию в различных наземных экосистемах.
Стабильная наземная экосистема характеризуется равновесным состоянием взаимосвязей между живыми организмами и окружающей физической средой. Всеобщий гомеостаз такой системы позволяет ей противостоять внешнему воздействию в довольно широком диапазоне толерантности по отношению, например, к климатическим факторам. Для этой экосистемы характерен климатический климакс, являющийся результатом длительной сукцессионной деятельности экосистемы в данных климатических условиях. Для Земли характерна климатическая зональность, а отсюда следует и зональность наземных экосистем, климаксная стадия которых будет определяться конкретными климатическими факторами соответствующей зоны. Горизонтальная зональность климата на Земле сочетается с вертикальной, или высотной, зональностью в горных системах. У подножия горных систем климат соответствует данной географической зональности, а при движении вверх климатические пояса будут меняться, как при движении с юга на север. При этом «югом» будет являться климат подножия горной системы.
Наземные экосистемы разделяются на следующие биомы. Тундры характеризуются суровыми условиями для произрастания: вегетационный период всего 2-2,5 месяца, осадков — 200-300 мм в год, сильные ветры и низкие температуры даже летом, вечная мерзлота. Но длительный фотопериод и низкая испаряемость значительно снижают лимитирующее действие влажности и света. В тундре отсутствуют деревья и преобладают мхи и лишайники. Распространены кустарники многолетние зимнезеленые (кассиопея, брусника, вероника и др.), а также формы карликовых растений с опадающими листьями (черника, карликовая береза). Продуктивность наземных экосистем тундры значительно ниже ряда других систем, но вместе с океаном они способны прокормить перелетных птиц, насекомых, северных оленей, овцебыков, медведей, волков, песцов и др.
Бореальные хвойные леса (тайга) распространены в северной части умеренной климатической зоны с суровыми зимними температурами. Таежные сообщества представлены темнохвойными породами деревьев (ель, пихта, кедр) и светлохвойными (лиственница и сосна). Сообщества темнохвойных лесов состоят из двух-трех древесных, мохового, травяного или травяно-кустарникового ярусов. Затенение значительно, лесная подстилка разлагается медленно. Темнохвойные леса отличаются особой микросредой — нет ветра, температура выше, чем на открытом месте, много снега зимой, что помогает выживать животным в суровую зиму. Самые крупные животные — медведь, волк, лось. Семенами деревьев питаются птицы, белки, бурундуки и другие мелкие грызуны, а хвоей — насекомые.
Листопадные леса умеренной зоны (широколиственные леса) расположены южнее тайги и не имеют сплошного распространения. Произрастают они в условиях мягкого климата с осадками от 700 до 1500 мм в год, умеренными температурами и четко выраженными сезонами года. В основном в листопадных лесах доминируют бук и дуб. Благодаря опаду листьев формируется мощная лесная подстилка, позволяющая перезимовать многим беспозвоночным животным. Структура широколиственных лесов включает до трех ярусов деревьев (дубравы), двух ярусов кустарников и двух-трех ярусов трав. Раскидистая крона,-высокая дуплистость деревьев и хорошо выраженная ярусность широколиственных лесов позволяют птицам занимать свои экологические ниши на различных уровнях. Среди насекомых много вредителей, которые наносят большой вред лесам. Крупные животные — лоси, медведи, рыси, лисицы. Разнообразна и богата орнитофауна.
Степи умеренной зоны — открытые пространства между лесами и пустынями с количеством осадков от 250 до 750 мм в год. Они занимают обширные пространства в Евразии, Северной Америке (прерии), на юге Южной Америки (пампасы), в Австралии, Новой Зеландии (туссоки). В степях преобладают дерновинные злаки, много эфемеров, после отмирания наземных частей которых остаются клубни, луковицы, подземные корневища. Для степей характерны также кустарники, которые поедаются животными. Среди животных распространены суслики, сурки, полевки, сайгаки. При умеренном выпасе животные копытами разбивают скопления мертвой травы на поверхности почвы, что способствует дальнейшему росту трав. При перевыпасе происходит деградация степной растительности, когда практически исчезают все многолетние травы, а затем наступает опустынивание степей — растительность сменяется малосъедобными полынями и другими травами. Большая часть степей в настоящее время занята под посевы зерновых культур, культурными пастбищами или древесной растительностью, сохраненной или культивированной человеком.
Пустыни травянистые и кустарниковые наибольшее распространение по площади имеют в Азии, Африке, Австралии, Северной и Южной Америке, встречаются и в Европе. Главный критерий пустыни — выпадение осадков менее 200-250 мм в год, а испарение с открытой водной поверхности более 1000 мм в год. Растения в пустынях представлены разреженными травами и полукустарниками. Животные пустыни по-разному адаптированы к нехватке воды: они обладают особыми покровами, выделяют сухие экскременты и т. д., могут образовывать и сохранять метаболическую воду. Верблюды же приспособлены к повышенной температуре тела, к высокой степени дегидратации тканей, смертельной для других животных. Земледелие в пустынях невозможно без орошения. При орошении пустыня, с ее изобилием солнечного света, может стать весьма продуктивной.
Чапарраль — это территория с мягким, умеренным климатом. Количество осадков здесь 500-700 мм, но они выпадают в период теплой зимы. Обильные зимние дожди сменяются засушливым летом. Сообщества чапарраля состоят из деревьев (лавр, вечнозеленые дубы) и кустарников с толстыми вечнозелеными листьями. Они широко распространены в Средиземноморье, вдоль южного берега Австралии, в Калифорнии и Мексике. В Австралии в лесах доминируют эвкалиптовые деревья и кустарники. Деревья широко ин-тродуцируются в других местах этих биомов — в Калифорнии и Колхидской низменности.
Тропические степи и саванны распространены в Центральной и Восточной Африке, в Южной Америке и Австралии — с осадками от 900 до 1500 мм и достаточно высокой температурой круглый год. Сезонность определяется только распределением осадков и разделяется на сезоны влажные и сухие. Деревья часто имеют толстую кору с мощным слоем пробки: баобабы, акации, пальмы, древовидные молочаи (экологические эквиваленты кактусов) и др. Травы представлены высокими, труднопроходимыми для человека густыми злаками. Саванна, в особенности африканская, не имеет себе равных по разнообразию и численности популяций копытных — антилопы, зебры, жирафы и др. На них охотятся такие хищники, как львы, гепарды и др. Разнообразны птицы, среди которых есть крупные хищники и падальщики (грифы), а также самая крупная из птиц — африканский страус. Здесь обитает множество рептилий — змей и ящериц, активных в засушливый период, а также насекомые, обилие которых приходится на дождливый сезон. Среди насекомых много кровососущих — знаменитая муха цеце и др. В Южной Африке обитают насекомые, переносящие возбудителей тяжелых болезней, поражающих центральную нервную систему человека и животных, и других опасных «тропических» заболеваний.
Полувечнозеленые сезонные (листопадные) тропические леса распространены в областях с осадками 800-1300 мм в год с продолжительным сухим периодом четыре — шесть месяцев в году. Леса характерны для тропической части Азии, Центральной Америки.
Вечнозеленые тропические дождевые леса расположены вдоль экватора, в зоне, где 2000-2500 мм в год осадков при достаточно равномерном распределении их по месяцам. Дождевые леса в основном расположены в бассейнах Амазонки и Ориноко в Южной Америке, в бассейнах рек Конго, Нигера и Замбези в Африке, наострове Мадагаскар и в Новой Гвинее. Годовой ход температур в этих областях достаточно ровный и в ряде случаев снижает сезонные ритмы вообще или сглаживает их. Деревья образуют три яруса: верхний ярус из редких высоких деревьев; полог из сплошного вечнозеленого покрова на высоте 25-35 м и нижний ярус в местах просвета в пологе. Травянистая растительность и кустарники практически отсутствуют, но много лиан и эпифитов. В верхних ярусах растительности существует и большинство животных — обезьяны, ягуары, муравьед, ленивец, пума и др.