PROCESY BIOGEOCHEMICZNE NA LĄDACH

Transkrypt

1 PROCESY BIOGEOCHEMICZNE NA LĄDACH

2 Ekosystemy lądowe Ekosystemy wodne

3 Ekosystemy lądowe Ekosystemy wilgotne Ekosystemy wodne

4 Ekosystemy lądowe Ekosystemy wilgotne Ekosystemy wodne

5

6 skała macierzysta

7 Wietrzenie fizyczne temperatura (niska, wysoka) mróz (zamarzanie wody) wiatr lodowiec skała macierzysta

8 Wietrzenie fizyczne temperatura (niska, wysoka) mróz (zamarzanie wody) wiatr lodowiec skała macierzysta

9 Wietrzenie chemiczne hydroliza kaolinizacja K 2 O. Al 2 O 3. 6SiO 2 + 3H 2 O = Al 2 O 3. 2SiO 2. 2H 2 O + 2KOH + 4SiO 2 ortoklaz kaolinit

10 Wietrzenie chemiczne hydroliza kaolinizacja K 2 O. Al 2 O 3. 6SiO 2 + 3H 2 O = Al 2 O 3. 2SiO 2. 2H 2 O + 2KOH + 4SiO 2 ortoklaz kaolinit w obecności CO 2 K 2 O. Al 2 O 3. 6SiO 2 + 2H 2 O + CO 2 = Al 2 O 3. 2SiO 2. 2H 2 O + K 2 CO 3 + 4SiO 2

11 Minerały ilaste kaolinit montmorylonit biotyt illit

12 hydratacja CaSO 4 CaSO 4. 2H 2 O anhydryt gips 2Fe 2 O 3 2Fe 2 O. 3 3H 2 O hematyt limonit Wietrzenie chemiczne

13 hydratacja CaSO 4 CaSO 4. 2H 2 O anhydryt gips 2Fe 2 O 3 2Fe 2 O. 3 3H 2 O hematyt limonit Wietrzenie chemiczne utlenianie 4Fe 3 O 4 +O 2 = 6Fe 2 O 3 magnetyt hematyt 2FeS 2 +6O 2 + 4H 2 O = Fe 2 O 3 + 8H + + 4SO 4 2- piryt

14 Organizmy Ŝywe produkcja dekompozycja

15 O poziom ściółki leśnej A poziom próchniczy E poziom wymycia (eluwialny) B poziom wmycia (iluwialny) C skała macierzysta rozdrobniona R skała macierzysta

16

17 Od czego zaleŝą procesy na lądach?

18 Opady (mm) tundra tajga gleby bielicowe step półpustynie pustynie sawanna las tropikalny sawanna 2700 temperatura o C

19 Źródła pierwiastków w ekosystemach lądowych

20 Źródła pierwiastków w ekosystemach lądowych wietrzenie skał (Ca, Mg, K, Fe, P)

21 Źródła pierwiastków w ekosystemach lądowych wietrzenie skał (Ca, Mg, K, Fe, P) atmosfera (C, N, S) : - opady atmosferyczne - sucha depozycja

22 Źródła pierwiastków w ekosystemach lądowych wietrzenie skał (Ca, Mg, K, Fe, P) atmosfera (C, N, S) : - opady atmosferyczne - sucha depozycja przemieszczanie w systemie

23

24

25

26 opad podkoronowy (throughfall)

27 spływ po pniu (stemflow) opad podkoronowy (throughfall)

28 wymywanie biogenów z liści K > P > N > Ca

29 StęŜenie jonów (µeq/l) w opadzie atmosferycznym, opadzie podkoronowym (throughfall) i wodzie spływającej po pniu (stemflow) w lesie dębowym (Quercus ilex) w Hiszpanii. ph SO 2-4 NO - 3 Ca 2+ Mg 2+ K + opad 6,50 48,2 35,0 34,9 8,10 4,26 throughfall 7,34 93,7 49,4 106,0 32,9 89,9 stemflow 7,25 89,2 39,8 101,0 29,4 74,7 wg. Rodrigo et al. 2003

30 Dopływ biogenów (kg/ha*rok)do lasu dębowego oraz zmiany w opadzie po przejściu przez korony drzew (NT) NT= throughfall + stemflow - opad SO 2-4 -S NO 3- -N Ca 2+ Mg 2+ K + opad 7,58 4,8 7,52 1,05 1,71 throughfall 10,6 4,74 14,0 2,70 25,3 stemflow 0,8 0,31 1, ,63 NT 3,82 0,252 7,61 1,85 25,2 wg. Rodrigo et al. 2003

31 opad podkoronowy (throughfall) spływ po pniu (stemflow) opad ściółki

32 Roczne pobieranie, retencja i powrót biogenów (kg/rok) w lasach sosnowym i bukowym ściółka retencja ściółka retencja pobieranie z gleby

33 Gdy niskie stęŝenia składników pokarmowych w glebie: - wzrost stosunku korzeń/pęd - mikoryza - fosfatazy

34 Badania zlewniowe - Hubbard Brook

35 Gospodarka nutrientami w lasach Hubbard Brook N P K Ca Mg Zapotrzebowanie 115,6 12,3 67,3 62,2 9,5 (kg/ha*rok) Zaopatrzenie (około %) Atmosferyczny Wietrzenie skał Przemieszczanie wewnątrz systemu - reabsorbcja ściółka throughfall, stemflow Schlesinger, 1991

36

37 Wyniki badań w zlewni Ratanicy Copyright Zakład Ekologii, Instytut Botaniki PAN

38 Wyniki badań w zlewni Ratanicy między pulą biotyczną i abiotyczną: -jony, których dynamika jest determinowana przez krąŝenie NH 4+, PO 4 3-, K +, Cu 2+

39 Wyniki badań w zlewni Ratanicy - jony, których dynamika jest determinowana przez krąŝenie między pulą biotyczną i abiotyczną: NH 4+, PO 4 3-, K +, Cu 2+ - jony, których dynamika jest determinowana przez aktywność biologiczną i kompleksy sorpcyjne gleby: NO 3 -

40 Wyniki badań w zlewni Ratanicy - jony, których dynamika jest determinowana przez krąŝenie między pulą biotyczną i abiotyczną : NH 4+, PO 4 3-, K +, Cu 2+ - jony, których dynamika jest determinowana przez aktywność biologiczną i kompleksy sorpcyjne gleby: NO jony, których przepływy są zdeterminowane przez procesy wietrzenia: Na +, Mg 2+, Ca 2+, SO 4 2-, Cl -

41 Wyniki badań w zlewni Ratanicy - jony, których dynamika jest determinowana przez krąŝenie między pulą biotyczną i abiotyczną : NH 4+, PO 4 3-, K +, Cu 2+ - jony, których dynamika jest determinowana przez aktywność biologiczną i kompleksy sorpcyjne gleby: NO jony, których przepływy są zdeterminowane przez procesy wietrzenia: Na +, Mg 2+, Ca 2+, SO 4 2-, Cl - - metale cięŝkie akumulujące się w warstwie organicznej gleby: Mn 2+, Zn 2+, Pb 2+, Cd 2+

42 Wyniki badań w zlewni Ratanicy - jony, których dynamika jest determinowana przez krąŝenie między pulą biotyczną i abiotyczną : NH 4+, PO 4 3-, K +, Cu 2+ - jony, których dynamika jest determinowana przez aktywność biologiczną i kompleksy sorpcyjne gleby: NO jony, których przepływy są zdeterminowane przez procesy wietrzenia: Na +, Mg 2+, Ca 2+, SO 4 2-, Cl - - metale cięŝkie akumulujące się w warstwie organicznej gleby: Mn 2+, Zn 2+, Pb 2+, Cd 2+ Tempo połowicznego rozkładu ściółki 2,6 roku

43 POLARNE PUSTYNIE

44 TUNDRA

45 - zalanie wodą TUNDRA

46 TUNDRA - zalanie wodą - wieczna zmarzlina

47 TUNDRA - zalanie wodą - wieczna zmarzlina warunki beztlenowe: Fe 3+ + e - Fe 2+ Mn 2+, siarczki denitryfikacja 2NO - 3 2NO - 2 2NO NO 3 NO 2 NH + 4 N 2 O N 2

48 TUNDRA - zalanie wodą - wieczna zmarzlina warunki beztlenowe: Fe 3+ + e - Fe 2+ Mn 2+, siarczki denitryfikacja 2NO 3-2NO 2-2NO N 2 O N 2 NO 3 NO 2 NH 4 + tworzenie metanu CH 3 COOH CO 2 + CH 4

49 TUNDRA - wieczna zmarzlina - obniŝenie poziomu wody

50 TUNDRA - wieczna zmarzlina - obniŝenie poziomu wody warunki tlenowe: Fe 2 Fe 3+ + e - Mn 3+ nitryfikacja NH 4 + NO 2 - NO 3 -

51 TUNDRA

52 TAJGA

53 TAJGA -przewaŝa wietrzenie fizyczne -duŝo kwasów organicznych niskie ph -zróŝnicowany profil glebowy -niskie tempo dekompozycji depozyty materii organicznej

54 TAJGA

55 LAS LIŚCIASTY

56 LAS LIŚCIASTY -większe znaczenie wietrzenia chemicznego -ściółka bogata w azot - udział dŝdŝownic w kształtowaniu profilu glebowego

57 LAS LIŚCIASTY

58 STEP

59 STEP - klimat kontynentalny - retencja materii organicznej w glebie - kwas węglowy głównym donorem protonów

60 STEP - melanizacja

61 PUSTYNIA

62 PUSTYNIA - wietrzenie fizyczne - wietrzenie chemiczne akumulacja rozpuszczalnych produktów wietrzenia

63 SAWANNA

64 SAWANNA - pora sucha i wilgotna - kwas węglowy głównym donorem protonów

65 LAS TROPIKALNY

66 LAS TROPIKALNY - silne wietrzenie - intensywne wymywanie - szybkie tempo dekompozycji

67 lateryzacja - wymywane krzemionka i kationy - zatrzymywane Ŝelazo i tlenki glinu

68 Akumulacja materii organicznej w glebach i ściółki w róŝnych biomach (Schlesinger, 1991) Biom materia depozyty organiczna ściółki w glebach (kg C/m 2 ) (mt C *10 9 ) Tundra 21,6 4,0 Tajga 14,9 24,0 Las strefy umiarkowanej 11,8 14,5 Step 19,2 1,8 Pustynia 5,6 0,2 Sawanna 3,7 1,5 Puszcza tropikalna 10,4 3,6