Организация вещества и энергии в природных комплексах. Продуцирование органического вещества в геосистемах. Эколого-ресурсные аспекты оценки природной среды, страница 23

Глава 2

ПРОДУЦИРОВАНИЕ ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА В ГЕОСИСТЕМАХ

Общие закономерности развития живого вещества на Земле

Жизнь как совокупность живых организмов на Земле развивается непрерывно более 3 млрд. лет. Это возможно благодаря постоянному притоку солнечной энергии и обмену веществ между организмами и средой. Жизнь в сущности есть функция двух переменных -- космической энергии Солнца и глубинной энергии планеты (Ронов, 1978). Все жизненные процессы в организмах совершаются с использованием трансформированной солнечной энергии. Жизнь не может быть сведена к превращениям энергии, но обязательно ими сопровождается (Хильми, 1966).

Жизнь на Земле основана на углеродистых соединениях, причем запасы углерода в равновесной динамической системе атмосфера -- океан -- живое вещество ограничены, и в то же время некоторая его часть постоянно выводится из системы и подвергается захоронению среди осадочных пород. В этих условиях энергия Земли в аспекте геологической истории выполняет чрезвычайно важную роль, так как при ее посредстве из мантии наряду с другими веществами выделяются летучие углеродистые соединения (главным образом диоксид углерода), пополняющие естественную убыль углерода в атмосфере и гидросфере, у

В ледниковые эпохи льды уничтожили почти всю массу живого вещества на территории своего распространения и одновременно в результате общепланетарного ухудшения климатических условий (снижение среднегодовой температуры воздуха Земли) уменьшилась «плотность жизни» и за пределами материкового оледенения вплоть до экватора. Все это приводило в эпохи максимального одновременного распространения льдов к сокращению массы живого вещества Земли примерно на 20% по сравнению с межледниковьями.

В современную эпоху, особенно за последние 300 лет, имело место существенное сокращение живого вещества Земли. Это происходило в результате: а) почти полного уничтожения живого вещества на площади, занятой строениями, дорогами и карьерами,— около 1,3 млн. км2 (Рябчиков, 1972); б) замены части лесных природных комплексов сельскохозяйственными землями (пашней, сенокосами, пастбищами); в) уменьшения живого вещества лесов по причине недостаточно рациональной их эксплуатации. Вследствие антропогенного воздействия количество живого вещества Земли сократилось до 1,8-1012—1,85-1012 т сухой массы (Рябчиков, 1972), т. е. примерно на 1/4 своей величины доагрикультурного периода, и приблизилось к уровню, характерному для ледниковых эпох плейстоцена.

Наряду с «плотностью жизни» не менее важным показателем развития природного комплекса выступает его первичная биологическая продукция — количество органического вещества, создаваемого фотосинтезирующими растениями в течение года в расчете на единицу площади. Последний показатель отражает интенсивность развития жизни, так как энергия, заключенная в продукции растительности, в дренированных комплексах почти полностью используется гетеротрофными организмами и лимитирует их численность. Одновременно продукция растительности является важным мерилом трансформации солнечной энергии биотой и обмена веществ между биотой и окружающей абиотической средой.

Продукционный процесс в геофизическом аспекте

Цепь сложных превращений веществ и энергии, в результате которых фотосинтезирующие растения создают органическое вещество из неорганических соединений, называют продукционным процессом. Он включает в себя фотосинтез, дыхание и транспирацию растений. Как весь продукционный процесс, так и составляющие его частные процессы развиваются в природных комплексах в тесной зависимости от среды, прежде всего от солнечной радиации гидротермического режима.

Фотосинтез. В основе продукционного процесса лежит фотохимическое преобразование энергии, при котором фотосинтетически активная радиация (ФАР) поглощается и превращается в энергию химических соединений органического вещества. Это преобразование происходит в хлоропластах посредством хлорофилла. Роль главного фотосинтезирующего органа растения выполняет лист. Листья дают 60 — 95% суммарной продукции фотосинтеза растительного покрова, остальное приходится на долю стеблей, ветвей и других зеленых органов (Росс, 1975).