PROCESY BIOGEOCHEMICZNE NA LĄDACH

Ekosystemy lądowe Ekosystemy wodne

Ekosystemy lądowe Ekosystemy wilgotne Ekosystemy wodne

skała macierzysta

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

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

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

Minerały ilaste kaolinit montmorylonit biotyt illit

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

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

Organizmy Ŝywe produkcja dekompozycja

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

Od czego zaleŝą procesy na lądach?

Opady (mm) tundra tajga gleby bielicowe step półpustynie pustynie sawanna las tropikalny sawanna 2700 temperatura o C 1500 25 15 300 5

Źródła pierwiastków w ekosystemach lądowych

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

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

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

opad podkoronowy (throughfall)

spływ po pniu (stemflow) opad podkoronowy (throughfall)

wymywanie biogenów z liści K > P > N > Ca

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

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 1,13 0.2 1,63 NT 3,82 0,252 7,61 1,85 25,2 wg. Rodrigo et al. 2003

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

Roczne pobieranie, retencja i powrót biogenów (kg/rok) w lasach sosnowym i bukowym ściółka retencja ściółka 13 10 retencja 40 10 10 35 19 10 10 14 12 5 29 50 45 pobieranie z gleby

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

Badania zlewniowe - Hubbard Brook

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 18 0 1 4 6 Wietrzenie skał 0 13 11 34 37 Przemieszczanie wewnątrz systemu - reabsorbcja 31 28 4 0 2 - ściółka + 69 81 86 85 87 throughfall, stemflow Schlesinger, 1991

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+

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 -

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 - - jony, których przepływy są zdeterminowane przez procesy wietrzenia: Na +, Mg 2+, Ca 2+, SO 4 2-, Cl -

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 - - 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+

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 - - 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

POLARNE PUSTYNIE

TUNDRA

- zalanie wodą TUNDRA

TUNDRA - zalanie wodą - wieczna zmarzlina

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

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

TUNDRA - wieczna zmarzlina - obniŝenie poziomu wody

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

TUNDRA

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

LAS LIŚCIASTY

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

LAS LIŚCIASTY

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

STEP - melanizacja

PUSTYNIA

PUSTYNIA - wietrzenie fizyczne - wietrzenie chemiczne akumulacja rozpuszczalnych produktów wietrzenia

SAWANNA

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

LAS TROPIKALNY

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

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

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