Erd; a stabilit; kol; gia Biblioteca de manuale digitale

Fiecare element intră în circulația materială a pădurii din roca de bază, sol, apă și aer. Din punctul de vedere al aprovizionării cu nutrienți ai plantelor, rotația internă a elementelor ecosistemului joacă un rol decisiv, dar nici procesele geochimice nu pot fi neglijate. Ca urmare a proceselor meteorologice, o cantitate semnificativă de minerale este eliberată în sol. Odată cu precipitațiile și sedimentarea uscată, o cantitate semnificativă de material (gaze, praf, aerosoli) este, de asemenea, transferată direct în vegetație și în sol prin baldachin. Cu toate acestea, unele dintre elementele care intră în ciclul forestier sunt readuse în atmosferă sau levigate în apele subterane, părăsind ecosistemul.

Astfel, ciclul materialului are trei componente principale: cantitatea de material care intră în ecosistem, cantitatea care iese din acesta și cantitatea de material din sistem. În zona dată, o parte din substanțele nutritive absorbite de vegetație în cursul anului apar ca degradare a biomasei, cealaltă parte este readusă în circulație în cursul anului. Dacă știm schimbarea fiecărei componente din sensul giratoriu, echilibrul material cantitățile suplimentare pot fi estimate pe baza (Tabelul 23).

Tabelul 23 - Stocul de minerale și ciclul de nutrienți în tufișuri, 30-75 ani, în frunziș stejar-fag-carpen, kg/ha (după Larcher, 1973)

Nume

În total

Conținutul de minerale din biomasa supraterană

Material în creștere anuală

Incorporarea mineralului în copaci

stoc de fitomasă: 156 t substanță uscată/ha

producție netă anuală: 14,4 t substanță uscată/ha

Majoritatea nutrienților se acumulează în părțile biologic active ale plantei, în special în frunze. Planta extrage o parte din substanțele nutritive din frunze înainte ca frunzele să cadă, cu toate acestea, există încă o cantitate foarte mare de substanțe nutritive în avar. Materia organică din sol mineralizare rata sa depinde de condițiile de mediu, în special de condițiile de căldură și precipitații, care determină și natura formării humusului. În turbă crudă de ex. (sub păduri de pini și copaci de foioase cu descompunere dură) substanțele nutritive sunt sechestrate timp de decenii, astfel încât fluxul de material în ciclul biologic este lent. Captarea nutrienților și mineralizarea sunt separate în spațiu și timp, care este în ecosistem acidifiere endogenă rezultate. În schimb, în cazul humusului de tip mull, mineralizarea este rapidă, iar ciclul nutrienților este semnificativ mai rapid.

Majoritatea arboretelor pădurii maghiare se află pe roca de bază bogată în ioni de bază. Substanțele nutritive suficiente sunt eliberate din procesele meteorologice, așa că nu trebuie să ținem cont de deficiențele nutritive din arboretele noastre naturale sau aproape naturale. Majoritatea solurilor noastre maghiare au o capacitate mare de tamponare, prin urmare procesele de acidificare datorate încărcăturii acide externe și interne a ecosistemului sunt semnificativ mai lente decât în pădurile din Europa de Vest.

Elemente care apar în vegetație

Bioelementele necesare pentru metabolismul plantelor sunt derivate din minerale (de exemplu, minerale) sau substanțe organice mineralizate (de exemplu, NH4 + NO3). Sunt vitale și de neînlocuit în așa-numitele. macro- (N, P, S, K, Ca, Mg) și ordine de mărime mai mici micro- sau oligoelemente (Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl). Nu numai cantitatea absolută a elementelor individuale, ci și proporțiile relative ale acestora joacă un rol semnificativ în aprovizionarea optimă cu nutrienți a plantelor în procesele metabolice. Legea lui Liebig conform căreia creșterea plantelor este întotdeauna determinată de factorul de creștere în minim (de exemplu, un nutrient). Degeaba există suficientă apă în sol dacă nu există nutrienți într-o formă absorbabilă, sau degeaba sunt toți nutrienții prezenți într-o formă absorbabilă dacă nu există un mediu care alimentează rădăcinile, apă.

Cel mai important cantitatea de nutrienți în general, se poate stabili următoarea ordine: N />/K />/Ca />/P />/Mg În diferite organe ale copacilor, totuși, pot fi găsite concentrații diferite. Următoarea ordine se aplică acestor elemente: frunze />/scoarță />/splină />/woodest (tabelele 24 și 25). În cazul pinului, de ex. a constatat (Lyr și colab., 1992) că N, P, K, Ca și Mg se acumulează în principal în ace. Astfel, deși greutatea materiei uscate a acelor este de doar 3% din greutatea totală a lemnului, ace conțin mai mult de 30% azot și fosfor legat în lemn și aproape 25% potasiu.

Tabelul 24 - Conținutul de bioelement în g/kg, bazat pe greutatea absolută uscată, în unele părți ale copacului și în spațiul liber conform Ulrich (1990)

Nume

Fag busuioc

Frunze și tufișuri

Splina cu scoarță, sistemul radicular

Lemn gros fără coajă

Tabelul 25 - Elemente prezente în plantă, rolul și cantitatea lor în plante

Element

Formular de admitere

Ordinea mărimii conținutului elementelor ca procent din substanța uscată

10 -5

10 -4

10 -3

10 -2

10 -1

100

cele mai importante elemente de bază ale moleculelor organice

NH2 ca grupe funcționale de proteine

-SH ca grup de transferaze

stocarea și transferul de energie chimică

transportul glucidelor, activarea substanțelor de creștere

un bloc de reductaze, în special nitrat reductază

enzimatizare (fotosinteză, fosforizare)

peretele celular și structura membranei celulare

Fe 3+, Fe 2+, Fe (OH) +

bloc de construcție oxidoreductază (de exemplu, respirație)

catalizator pentru oxidoreductaze și transferaze

influențând gospodăria substanțelor care favorizează creșterea

Dinamica circulației materialului

Fiecare concentrația sezonieră a nutrienților în frunze se schimbă semnificativ în perioada de vegetație, cantitatea sa este determinată în principal de aportul de nutrienți al solurilor și de absorbția lor. Absorbția nutrienților este foarte intensă în timpul frunzelor, iar concentrația majorității elementelor este mai mare în acest moment. Pe măsură ce părțile vegetative se dezvoltă, datorită efectului de diluare, concentrația scade până la sfârșitul primăverii. Studiile pe specii de fag și molid arată că conținutul de calciu, fier și mangan crește treptat în timpul sezonului de creștere, în timp ce conținutul de azot scade. Pentru celelalte elemente, schimbarea este mai mică. Leșierea în timpul ploilor abundente poate reduce rapid conținutul de potasiu, calciu, magneziu, mangan și zinc al frunzelor. Arborii de foioase pierd mai multe substanțe nutritive vara decât coniferele, dar opusul este adevărat iarna.

În plus față de modificările sezoniere în concentrația de nutrienți și mineralizare, fluctuația materialelor forestiere ciliate pe termen lung caracterizat și. În cazul unui arboret dat, rotația materialului este legată de vigoarea de creștere care variază în funcție de vârstă, absorbția de nutrienți fiind cea mai intensă în timpul creșterii maxime. În timpul dezvoltării vegetației (succesiune), cantitatea de nutrienți prezintă o tendință crescătoare atât în vegetație, cât și în solul vegetal. Procesele de degradare, spre deosebire de succesiune, în acest context, o creștere a temperaturii solului accelerează în general mineralizarea, iar cantitatea de substanțe nutritive stocate în vegetație și sol scade. Acest lucru este deosebit de acut la tropice, dar pot apărea efecte similare de ex. în cazul încălzirii globale în solurile taigei boreale, turbării, care stochează o cantitate foarte mare de materie organică. (Impactul intervențiilor de gestionare a pădurilor asupra cifrei de afaceri a materialelor este tratat într-un capitol separat.)

Circulația unor elemente

Plantele absorb nutrienții prin fluxul de masă sau difuzie. Doar o mică parte din toți nutrienții din sol poate fi preluată pentru o perioadă scurtă de timp. Captarea depinde în primul rând de proprietățile fizice și chimice ale solului, de concentrația elementară a soluției solului, de densitatea rădăcinii și de activitatea microbiană a zonei radiculare.

În ultimele decenii a existat o sursă din ce în ce mai semnificativă de venituri în ecosistemele din ecosisteme, aceasta este depunerea atmosferică. În plus față de gradul de poluare, cantitatea de elemente care intră în ecosistemul forestier din atmosferă depinde și de compoziția speciilor arborelui (Figura 52, pentru mai multe detalii, vezi capitolul despre depunerea atmosferică). Conform măsurătorilor din pădurile Sopron (Führer, 1992, 1994), cantitatea de elemente eliberate în sol pe an și pe hectar prin sedimentare uscată și umedă și levigarea de la nivelul coroanei este de 20-72 kg de azot, 31-35 kg de potasiu, 24-42 kg calciu și 5-8 kg magneziu. Pentru comparație, trebuie remarcat faptul că de ex. cantitatea de ingredient activ azot utilizat pentru fertilizare în zonele agricole este de aproximativ 120 kg în medie la nivel național.

Ciclul cărbunelui

Rotația generală a materialului ecosistemului forestier poate fi cunoscută cel mai bine prin monitorizarea ciclului carbonului, deoarece modificarea cantității de carbon este un bun indicator al schimbării cantității de materie organică.

Carbonul din ecosistemele forestiere, în afară de o cantitate minimă, este transformat din dioxidul de carbon atmosferic în materie organică în timpul fotosintezei. În timpul schimbului de gaze al plantelor, în unele perioade (noaptea, în afara sezonului de creștere etc.) predomină respirația, drept urmare o parte din carbonul atmosferic legat este reconvertit în dioxid de carbon. De asemenea, cantități mari de dioxid de carbon sunt eliberate de animale și de organismele care locuiesc în sol în timpul descompunerii materiei organice.

Carbonul încorporat în organismele vii este implicat într-un ciclu constant, de ex. cade la pământ sub formă de avar (Tabelul 26) sau este încorporat intermitent (Tabelul 27).

Tabelul 26 - Eșecuri medii anuale într-o pădure de fag din Gödöllő (kg/ha de substanță uscată) (Járó, după 1988/89)

Nume

Greutate (kg)

* „Alt avar” include: solzi de muguri căzuți + stamine + ghinde + grămadă de ghindă + scoarță + crenguțe mai subțiri de 2 cm

Tabelul 27 - Masa organică uscată la sol și subteran, uscată la aer, a frunzelor este în t/ha și ca procent din materia organică totală conform lui Járó (1991)

Stand de copac

Boală

Lomb

Masa de lemn deasupra tăieturii

Masă lemnoasă de bușteni

Masa rădăcinii

În total

t/ha

Cantitatea de carbon stocată în corpul copacilor crește odată cu creșterea copacilor în fiecare an, iar în condiții domestice, din cauza tăierii, va părăsi mai devreme sau mai târziu ecosistemul forestier. O parte din această cantitate de material (aproximativ 50% în Ungaria) este eliberată rapid înapoi în atmosferă prin recuperarea energiei (arderea lemnului) (vezi capitolul despre sechestrarea carbonului).

Frunzele joacă un rol foarte important în circulația cărbunelui în arborele forestier, a cărui cantitate anuală poate fi de 1000-7000 kg substanță uscată/ha. Materia organică astfel eliberată în sol este transformată parțial în substanțe humice cu o legătură organică stabilă în timpul proceselor complexe de descompunere. În plus față de frunziș, se adaugă materie organică suplimentară la suprafața solului în timpul distrugerii diferitelor organisme și ca produs metabolic. Conținutul de carbon al materiei organice, care se acumulează mai mult sau mai puțin permanent în sol, este un element foarte semnificativ în raport cu cantitatea totală de carbon sechestrat, iar rolul sechestrării carbonului din sol („chiuvetă”) nu este, așadar, neglijabil (vezi Tabelul 34).

Cantități relativ mici de carbon legat organic părăsesc ecosistemul forestier în condiții naturale cu leșiere și eroziune a solului. Cantitatea de carbon eliberată prin transportul lemnului, îndepărtarea tăierii deșeurilor sau arderea acestuia este mai semnificativă. Efectul acestor două din urmă este semnificativ, în principal deoarece cantitățile mari de alți nutrienți sunt îndepărtați din arborele forestier, în timp ce conținutul de nutrienți al lemnului este relativ scăzut.

Ciclul azotului

În ciuda concentrației sale ridicate de azot atmosferic, acesta joacă doar un rol secundar în circulația azotului organismelor vii, deoarece ciclul azotului are loc în principal între microorganisme și sol. Microorganismele transformă compușii organici într-o formă minerală care poate fi preluată de plante. Plantele verzi utilizează azot mineral pentru procesele lor de viață, făcându-le nu numai carbon, ci și autotrofe cu azot. Azotul este preluat din sol sub formă de ioni de amoniu, nitriți și nitrați. Azotul anorganic formează 1 până la 5% din azotul total. În sol, azotul sub formă minerală este practic prezent doar ca NH4 + și NO3 - și foarte rar (numai în condiții reduse) chiar și NO2 - li se poate atașa. Nitratul, ca anion acid puternic, formează săruri ușor solubile cu cationi obișnuiți. Prin urmare, NO3 - nu se poate lega de coloizi, este ușor de spălat.

În stratul spațial și nivelul humusului, există aproape numai azot legat sub formă organică în faza solidă. În nivelurile de humus (A1) din solurile minerale, 95% din azotul total este încă conținut în legături organice. 50-60% din tot azotul se mineralizează ușor.

Mineralizarea azotului. Azotul legat în biomasă apare predominant sub formă de proteină sau proteid. Acest material proteic foarte polimerizat se descompune în timpul hidrolizei sale în propriile blocuri de construcție, din care este construit pas cu pas. Astfel, în timpul mineralizării compușilor organici morți, o parte din azot reapare într-o formă anorganică sub formă de amoniac. Aceasta este conversia azotului organic în amoniac amonizare . Datorită condițiilor de echilibru, practic nu apare amoniac în intervalul pH acid, dar peste pH 8,4 pierderea de amoniac gazos este semnificativă.

THE nitrificare microorganisme care oxidează amoniacul disponibil în nitrați. Deoarece azotatul este utilizat de plante, acest proces are o mare importanță. THE nitrificatoare bacterii respiratorii aerobe care utilizează energia de oxidare chimică a compușilor anorganici reduși (NH3, NO2 -) și conduc un stil de viață autotrof al fânului, cu dioxid de carbon în aer ca singură sursă de carbon. Din punct de vedere fiziologic, acestea pot fi împărțite în două grupe: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosolobus microorganisme, care transformă amoniacul în nitrit, și Nitrobacteria, care sunt implicate în oxidarea nitritului în nitrat. Nitrificarea este optimă într-un mediu neutru și alcalin cu un aport bun de oxigen. Sub pH 5, dar mai ales sub pH 4, nitrificarea nu mai are loc în sol. Activitatea nitrifiantelor este, de asemenea, puternic inhibată de conținutul ridicat de humus. Acest lucru se datorează faptului că humusul acționează ca un schimbător de ioni, legând NH4 +, astfel încât microorganismele nu sunt capabile să îl schimbe. Nitrificarea este mai rapidă în condiții de umiditate caldă (30-35 ° C), astfel încât se observă o formare maximă de nitrați primăvara și toamna și încetinește foarte mult în zilele uscate de vară și iarna.

La unele plante, azotul legat de bacteriile care trăiesc în simbioză sau ciuperci poate fi o sursă semnificativă de azot suplimentar. Rhizobiumii sunt capabili să aibă leguminoase la rădăcini și câteva ciuperci radicale în arini fixarea azotului.

Deoarece mineralizarea este un proces microbiologic și bacteriile se înmulțesc rapid în prezența nutrienților ușor degradabili, în timpul descompunerii, o parte din azotul mineralizat este folosit de microbi pentru a-și construi propriile celule, azotul imobilizare apare. Proteina este de aprox. Conține 51% carbon, 17% azot și un raport C/N de 3. Având în vedere că multe bacterii formează învelișuri în jurul său, raporturile 10 C/N și 100 C/P acoperă cel mai bine nevoile de metabolism. Această relație se dezvoltă în humus datorită humificării biologice. Având în vedere chiar că bacteriile respiră jumătate din sursa de carbon folosită pentru a-și acoperi nevoile de energie, raportul de 20 C/N la 200 C/P este optim.

În consecință, posibilitatea degradării șurubului frunzei poate fi evaluată pe baza C/N.

C/N 12-25: ușor degradabil: soc, arin, salcâm, frasin, ulm, plop negru, zmeură, cele mai erbacee, de ex. urzica,

C/N 25-40: moderat descompus: tei, salcie, cireș de pasăre, plop balsamic, carpen, arțar, plop vibrant, mesteacăn,

C/N peste 40: greu de descompus: stejari, fag, pin de plută, molid, pin, larice.

În plus față de raportul larg C/N, alte proprietăți de inhibare a degradării, cum ar fi proporția ridicată de fenoli, conținutul scăzut de baze și formarea complexului tanin-proteină dificil de degradat, joacă un rol semnificativ în lemnul Avar descompus tare. specii.

THE reducerea nitraților inversul nitrificării. Majoritatea plantelor pot face acest lucru, astfel încât azotatul este o sursă completă de azot pentru sinteza proteinelor. Unele bacterii, de ex. Pseudomonas, Achronobacter, Bacillus și Mikrococcus pot folosi azotatul ca sursă de oxigen în absența oxigenului.

Denitrificarea Prin stocuri de nitrați se înțelege pierderea de azot gazos sub formă de N2, N2O sau NO, în principal, dar nu neapărat, prin acțiune biologică. Respirația cu nitrați duce la denitrificarea biologică în care este eliberat N2 sau N2O. Denitrificarea poate avea loc nu numai pe solurile saturate cu apă, fără aer, sărace în oxigen, ci și pe solurile bine aerate dacă soluția solului are o concentrație mare de amoniac.

În starea de echilibru a ecosistemului forestier, denitrificarea este scăzută în cazul mușchiului și humusului brut, deoarece concentrația de nitrați a soluției solului este foarte scăzută datorită absorbției de azot a copacilor.

Procesele de transformare ale formelor de azot sunt prezentate în Figura 36. Aceste procese au loc numai cu participarea microorganismelor și plantelor și prin cataliza enzimelor. Odată cu depunerea atmosferică, ecosistemele forestiere vor avea probabil o sursă suplimentară semnificativă de absorbție a azotului (a se vedea capitolul relevant).

Figura 36 - Ciclul azotului (Delwiche, Gisi după 1970, 1990)