Задание 3. Расчет количеств потребляемых и выделяемых веществ в процессе функционирования лесных экосистем
Одними из самых распространенных на Земле являются лесные экосистемы. От происходящих в них процессах зависит жизнь большинства организмов на нашей планете. Важнейший материально-энергетический процесс в лесных экосистемах – фотосинтез, в результате его действия образуются органические вещества из минеральных компонент и в этом веществе фиксируется энергия солнца. В процессе фотосинтеза тесно взаимодействуют различные составные части экосистемы: атмосфера, почва и древесные растения, все эти части связаны потоками веществ.
Уравнение фотосинтеза, описывающее процесс создания вещества древесины, можно представить в общем виде:
хСО2 + у/2 Н2О → СхНуОz + wО2 .
Число атомов С, Н и О (х, у, z), входящих в состав древесины, зависит от породы деревьев.
где С, Н, О – содержание углерода, водорода и кислорода в соответствующей породе древесины, %;
12, 1, 16 – атомные массы углерода, водорода и кислорода.
Коэффициент w определяется через x, y, z из баланса числа атомов кислорода в уравнении фотосинтеза:
2x + y/2 = z + 2w,
следовательно,
w = x + y/4 – z/2.
При расчетах по уравнению фотосинтеза необходимо знать массу создаваемой древесины в абсолютно сухом весе, но в справочной литературе данные о запасах, приросте древесины даются в кубических метрах. Пересчет объемов древесины на абсолютно сухой вес производится по формуле
Мдрев = ρ∙V,
где Мдрев – масса абсолютно сухой древесины, кг;
ρ – плотность древесины абсолютно сухого веса, кг/м3.
Если известно количество вещества древесины (Мдрев), созданного в лесу, то по формулам можно определить количества поглощенных при этом углекислого газа, воды и выделившегося кислорода:
МСО2 = (х/100)∙(молекулярная масса СО2) ∙Мдрев;
МН2О = (у/(2∙100))∙(молекулярная масса Н2О) ∙ Мдрев;
МО2 = (w/100)∙(молекулярная масса О2) ∙ Мдрев.
Пример.
Какое количество СО2 и Н2О потребляется и какое количество О2 выделяется при создании прироста древесины кедра, равного 10,7 м3/га∙год? Элементный состав кедра С = 49,8 %, Н = 6,3 %, О = 43,5 %, плотность 440 кг/м3.
Решение.
Определяем коэффициенты x, y, z, w для древесины кедра:
2. Пересчитываем объем древесины на абсолютно сухой вес при текущем годовом приросте Vгод, равном 10,7 м3/га:
Мдрев.год = ρ∙Vгод = 440∙10,7 = 4708 кг/га.
3. Определяем поглощенные количества СО2 и Н2О:
4. Определяем количество выделившегося О2:
Задание 3
Определить массы потребляемых СО2 и Н2О и выделяемого О2 при создании годового прироста древесины Vгод. Элементный состав древесины и ее плотность приведены в табл.3.1.
Таблица 3.1
Вар. |
Элементный состав, % |
Плотность, кг/м3 |
Vгод., м3/га∙год |
||
С |
Н |
О |
|||
1 |
50,5 |
6,2 |
43,1 |
360 |
7,6 |
2 |
49,6 |
6,4 |
43,8 |
400 |
8,2 |
3 |
50,6 |
6,2 |
42,1 |
500 |
7,6 |
4 |
50,2 |
6,2 |
43,0 |
430 |
7,6 |
5 |
50,4 |
6,2 |
42,3 |
570 |
11,4 |
6 |
50,5 |
6,3 |
42,3 |
410 |
11,1 |
7 |
50,5 |
6,2 |
42,8 |
600 |
10,7 |
8 |
50,1 |
6,3 |
43,2 |
680 |
11,1 |
9 |
50,3 |
6,3 |
42,6 |
650 |
8,5 |
10 |
50,4 |
6,0 |
43,1 |
490 |
11,4 |
11 |
50,5 |
6,2 |
43,1 |
410 |
11,6 |
12 |
49,6 |
6,4 |
43,8 |
600 |
9,6 |
13 |
50,6 |
6,2 |
42,1 |
680 |
11,6 |
14 |
50,2 |
6,2 |
43,0 |
650 |
7,3 |
15 |
50,4 |
6,2 |
42,3 |
490 |
9,0 |
16 |
50,5 |
6,3 |
42,3 |
360 |
10,7 |
17 |
50,5 |
6,2 |
42,8 |
400 |
7,8 |
18 |
50,1 |
6,3 |
43,2 |
500 |
10,7 |
19 |
50,3 |
6,3 |
42,6 |
430 |
5,0 |
20 |
50,4 |
6,0 |
43,1 |
570 |
5,5 |
21 |
50,5 |
6,2 |
43,1 |
600 |
6,9 |
22 |
49,6 |
6,4 |
43,8 |
680 |
4,2 |
23 |
50,6 |
6,2 |
42,1 |
650 |
6,9 |
24 |
50,2 |
6,2 |
43,0 |
490 |
3,9 |
25 |
50,4 |
6,2 |
42,3 |
360 |
5,9 |
26 |
50,5 |
6,3 |
42,3 |
450 |
10,9 |
27 |
50,5 |
6,2 |
42,8 |
630 |
10,5 |
28 |
50,1 |
6,3 |
43,2 |
380 |
8,8 |
29 |
50,3 |
6,3 |
42,6 |
540 |
5,7 |
30 |
50,4 |
6,0 |
43,1 |
420 |
4,0 |