Органическое вещество, процессы синтеза и разложения

Живое вещество образуется в процессе фотосинтеза растениями-автотрофами. Фотосинтез осуществляется в зеленом луче при участии хлорофилла за счет энергии солнечных лучей. При фотосинтезе происходит разложение нейтральных воды и углекислого газа (углекислый газ поступает из атмосферы, почвенного воздуха, водоемов) на сильный окислитель кислород и водород, который восстанавливает углекислый газ и идет на синтез органических соединений (сильные восстановители):

6CO2 + 6H2O + 2818,7 кДж ®(cвет, хлорофилл) ®C6H12O6 + 6O2.

Углерод и водород органических соединений, а также выделившийся свободный кислород “зарядились” солнечной энергией, поднялись на более высокий энергетический уровень – стали геохимическими аккумуляторами. Углеводы и другие продукты участвуют в образовании сложных органических соединений в растениях.

Растения также поглощают из окружающей среды (почвы, водоема) такие химические элементы, как фосфор, калий, кальций, азот и др. В растениях поглощенные элементы входят в состав сложных, богатых энергией органических соединений (нуклеопротеидов и др.). Этот процесс называется биогенной аккумуляцией минеральных соединений.

Все остальные организмы являются гетеротрофными, т.е. они не способны создавать органические вещества из минеральных и получают их от растений.

Образование живого вещества – процесс, идущий с уменьшением энтропии (увеличением упорядоченности). Однако это не противоречит 2-му закону термодинамики, так как система не замкнута, снаружи энтропия существенным образом увеличивается. С образованием живого вещества также увеличивается сложность информации, возникает новый ее вид – биологическая информация.

Биомасса(Б) – общая масса живого вещества в том или ином ландшафте. Продукция (П) – биомасса, которая продуцируется за год. Обе эти величины измеряются в центнерах сухого вещества на гектар. Биомасса на 98% представляет собой массу растений.

Соотношение ежегодной продукции и биомассы обычно выражается коэффициентом Родина-Базилевич:

.

По значениям этого коэффициента ландшафты разделяются на пять групп:

1.Лесные ландшафты.Характерно накопление большого количества биомассы (тысячи ц/га), Ж = 10n. Наземная фитомасса значительно превышает подземную. Характерны интенсивные прямые водные связи между почвой, корой выветривания, грунтовыми водами, континентальными отложениями и поверхностными водами. Создается фитоклимат. Высока самоорганизация и устойчивость. Ярко выражен водораздельный центр ландшафта.

2.Степи, луга, саванны.Биомасса гораздо меньше (до 300-400 ц/га), ежегодная продукция часто не меньше, чем в лесах, таким образом Ж = n. Запасы гумуса в 10-20 раз превышают биомассу. Основная масса живого вещества сосредоточена под поверхностью почвы. Прямые водные связи менее совершенны, ярко выражена отрицательная обратная биокосная связь почва-растительность. Самоорганизация и устойчивость ниже. Часто бицентрическая система – водораздельный центр ослаблен, есть второй центр в речных долинах.

3.Пустыни.Небольшие значения П и Б. Прямые водные связи сильно ослаблены. Отдельные природные тела почти независимы. Резко выражены прямые воздушные связи. Центр ландшафта выражен слабо. Пустыни характеризуются наименьшим разнообразием, самоорганизацией, устойчивостью.

4.Тундровые ландшафты.Незначительная биомасса (10-100-и ц/га), низкая продукция. По интенсивности прямых водных связей и величине Ж близки к лесам; по размерам биомассы, развитию обратных биокосных связей – к степям и лугам; по разнообразию, самоорганизации, устойчивости, развитию прямых воздушных связей – к пустыням.

5.Примитивные пустыни(такыры, скалы с лишайниками и др.). Биомасса мала (иногда менее 1 ц/га), величина Ж различна. Очень низкая мощность ландшафта; низкие разнообразие, самоорганизация, устойчивость.

На основе соотношения Б и П выделяются типы и семейства ландшафтов. Соотношение Б и П можно выразить в виде уравнения П = БKили П = k×lgБ, где К – коэффициент, характеризующий степень однородности типа ландшафта. Одно и то же значение К может быть характерно для ландшафтов с совершенно разными значениями Б и П. В пространстве типам ландшафтов соответствуют ландшафтные зоны.

В пределах типов выделяются семейства. Они характеризуются различными Б и П, но одинаковым или близким отношением между ними, выраженным коэффициентом К (lgП/lgБ).

В каждом типе различают обычно северное, среднее и южное семейства (например, северная, средняя и южная тайга). Главная закономерность распределения семейств, как и типов – зональность. Семейства соответствуют подзонам.