22. Индексы листовой поверхности и их влияние на поглощение солнечной радиации и на баланс веществ в фитоценозах

Основным фактором, определяющим поглощение ФАР и её пропускание, является индекс листовой поверхности (ИЛП или LAI – Leaf area index) – отношение площади листовой поверхности к единице площади занимаемого грунта.

ИЛП не только определяет условия трансформации внешней среды, но и сам зависит от густоты облиствления отдельных растений и расстояния между ними. Последние, в свою очередь, зависят от условий внешней среды. При неблагоприятных условиях растениям не хватает материала для построения большого листового аппарата и индекс листовой поверхности мал.

В засушливых областях, на бедных каменистых почвах в местностях с очень коротким продукционным периодом создаются открытые растительные сообщества, у которых ИЛП падает до минимальных значений. В горах с высотой ИЛП падает быстро и неравномерно. В очень густых сообществах (некоторые хвойные леса) ИЛП не может превысить 12 – 14 м2/м2 из-за недостатка света.

ИЛП тесно связан с нетто-продуктивностью. От него зависит также содержание хлорофилла. Таким образом, ИЛП определяет динамику активных фитомасс в растительности.

Проникновение солнечной радиации тесно связано с ИЛП, т.к. на своем пути через растительный покров радиация должна пройти последовательные слои листьев. При этом её интенсивность по мере увеличения степени покрытия экспоненциально снижается в соответствии с законом экстинкции Ламберта-Бэра. При более или менее однородном сложении листвы можно вычислить градиент радиации по уравнению экстинкции, видоизмененному японскими исследователями М.Монси и Т.Саэке:

I = I0e ^ - k ИЛП

где I – интенсивность радиации на каком-либо уровне внутри растительного покрова, I0 – суммарная радиация над растительностью, k – коэффициент экстинкции для данного растительного сообщества, ИЛП – суммарная площадь листьев над местом измерения на единицу поверхности почвы (кумулятивный ИЛП).

Кумулятивный ИЛП получается путем суммирования значений индекса отдельных расположенных друг над другом ассимиляционных поверхностей фитоценоза.

В травянистых ПТК с преобладанием широколиственных растений свет значительно ослабляется уже при низком ИЛП, а в злаковых сообществах освещенность снижается медленно. Древесные насаждения занимают промежуточное положение. Этот факт объясняется неодинаковым коэффициентом экстинкции.

В геогоризонте мезофитных листьев будет наблюдаться интенсивное биогенное функционирование (фотосинтез и дыхание), а также транспирация в силу того, что мезофитные листья имеют большой листовой индекс. В этом слое будет значительное проективное покрытие, а с ним связано задержание солнечной радиации.

Близким показателем геометрической структуры (оптической плотности) растительного покрова, выступает индекс перекрытия, равный отношению суммарной площади проекций крон к площади поверхности почвы.

23. Связь биомассы и продуктивности с радиационным балансом и радиационным индексом сухости в зональных типах ландшафтов.

Биомасса – количество живого вещества растений, животных и микроорганизмов, находящегося в пределах геосистемы, ландшафта. Выражается в единицах массы или энергии, отнесенной к единице площади или объема (т/га, г/м2, ккал/м2 и т.д.).

Одним из важнейших показателей массо-энергообмена в геосистемах – транспирационный коэффициент растений. Он равен отношению прироста веса сухой массы растений к расходу воды на траспирацию за данный промежуток времени.

Обильная транспирация растений – бесполезный расход воды.

При нормальном течении процесса фотосинтеза поверхность хлоропластов поддерживается увлажненной, поскольку углекислота ассимилируется только в виде раствора. Вследствие этого относительная влажность воздуха в межклетниках приближается к 100% и обычно превышает относительную влажность воздуха в атмосфере. Диффузия углекислоты в лист с открытыми устьицами сопровождается поступ­лением водяного пара в противоположном направлении, т.е. транспирацией растений. Таким образом, между поверхностью хлоропластов (листьев) и окружающей атмосферой необходим градиент относи­тельной влажности воздуха.

Чем больше градиент относительной влажности воздуха в слое «атмосфера- поверхность листа», тем больше расход влаги. При влажности 100% процесс фотосинтеза подавлен.

Более высокие значения траспирационных коэффициентов (в лесостепной зоне) у травянистых и с/х растений. Высокие они из-за неблагоприятных микроклиматических условий полей: скорость ветра выше, чем в лесу, и меньше содержание углекислого газа в прилистном слое воздуха. Из-за этого паадает урожай с ростом полей (отнеблагоприятных условий микроклимата защищают лесополосы).

Также высокий транспирационный коэффициент растений на заболоченный вырубках лесной зоны. Заболачивание территории: уничтожение древесной растительности приводит к уменьшению суммарного испарения и уменьшает годовой радиационный баланс (за счет увеличения альбедо); в условиях равнинного рельефа из-за ослабленной дренирующей способности рек (несмотря на высокий сток) происходит консервация влаги в почве, возникает болото.