ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА (albercul) wrote,
ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА
albercul

51. Соль биосферы Земли

Лимитирующий фактор жизни

Начало: (43), (44), (45), (46), (47), (48), (49), (50)


соль

9. Биосфера на гидропонике

Гидропонная технология, которой я (отнюдь не случайно) уделил особое внимание в предыдущем разделе (50), имеет могучие природные прототипы, реализованные с древнейших геологических времён и к тому же в грандиозных масштабах. Прежде всего, имеется в виду, конечно же, сам Мировой океан (а также и внутренние водоемы, в общем, вся гидросфера), где существование первичных продуцентов органического вещества протекает по сути дела целиком и полностью в питательном растворе (то есть по гидропонной технологии, созданной самой природой). Особенно следует выделить в этой связи фитопланктон как фундаментальную основу всякой океанической экосистемы. Но и многоклеточные бентосные водоросли, произрастающие в водном растворе солей, имеют для нее немаловажное значение.


сбз9-водоросли океана1

Чрезвычайно интересен тот факт, что некоторые бентосные водоросли, отрываясь от своего основания, всплывают на поверхность моря, где и продолжают свое дальнейшее существование, разумеется, в условиях морской гидропоники. В западной части Атлантики расположено Саргассово море (6 - 7 млн. км²). Это море знаменито тем, что его поверхность почти полностью покрыта бурыми водорослями рода саргассум (Sargassum). Громадные плавающие скопления переплетающихся водорослей образуют плотные ковры («луга океана»), которые зачастую даже становятся преградой для морских кораблей.

сбз9-саргассовые водоросли

Эти многолетние, крупные, длиной около 1 - 2 м (иногда до 10 м), кустистые водоросли своим внешним видом напоминают высшие растения. Оторвавшись от донного субстрата, они продолжают (купаясь в питательном солевом растворе) массово размножаться вегетативным путем. Они-то и обусловили соответствующее название моря. Характерной особенностью саргассума является наличие одиночных воздушных пузырей на конечных ветках. Скопления этих пузырей напоминают гроздья мелкого винограда, поэтому первооткрыватели американского континента под предводительством Х. Колумба, увидев эти водоросли, назвали их «сальгацо», что в переводе с португальского языка означает «виноград».

сбз9-sargassumgps

Саргассовые водоросли (их насчитывается до 150 видов) широко распространены в морях субтропических и тропических широт. В хозяйстве человека эти водоросли используют для производства удобрений (водоросли значительно богаче минеральными веществами, чем наземная растительность), кормовой муки, некоторых биологически активных добавок. В Юго-Восточной Азии отдельные виды употребляют в пищу. Чем не гигантская гидропонная фабрика, к тому же с полной технологической цепочкой?

Превосходный (просто идеальный) образец природной гидропоники являет нам цветковое растение ряска (Lémna). Крохотные многолетние растеньица ряски с плоскими листочками и опущенными в воду корешками плавают обыкновенно в большом количестве на поверхности стоячих вод, покрывая и затягивая их плотным изумрудным ковром. Ряска расространена во всех странах света, как в умеренных, так и с тропическим климатом, но обитает только в пресной воде. Ряска служат кормом для рыб, она идёт в пищу свиньям, курам, гусям и уткам («утиная трава»). Так что и здесь практический результат гидропоники налицо.

сбз9-ряска


сбз9-ряска2

В общем, о гидросфере, в контексте гидропоники, мы имеем достаточное представление (гидросфера в этом отношении говорит сама за себя). Перенесем теперь наше внимание к настоящим наземным экосистемам, основу которых составляют сухопутные высшие растения.

В принципе на гидропонной основе повсеместно произрастают имеющие очень важное экологическое значение лишайники (Lichenes, или Phycomycota) и моховидные (Bryophyta).

Лишайники чрезвычайно широко распространены в природе. Они обитают всюду – от пустынь до Арктики и Антарктики, поселяясь на самых разнообразных, но обычно бедных субстратах. Питаются атмосферной влагой с содержащимися в ней минеральными веществами. Заросли ягеля в тундре составляют основную кормовую базу оленеводства.

сбз9-ягель


сбз9-заросли ягеля1


Мхи заселяют всевозможные влажные местообитания, в особенности болотистые. С помощью ризоидов мхи прикрепляются к субстрату и всасывают содержащийся в нём водный раствор. Мхи играют большую роль в регулировании водного баланса ландшафтов, сфагновые мхи образуют по месту своего произрастания мощные залежи торфа и бурых углей.

сбз9-мхи1

Возможно, приведённые примеры все-таки не слишком впечатляют своими масштабами относительно общей продуктивности биосферы. Тогда перейдём к рассмотрению грандиозного природного явления, получившего название "дождевой тропический лес". Эта чрезвычайно эффективная в функциональном отношении растительная формация (гилея, по А. Гумбольдту) обладает в биосфере наиболее высокой продук­тивностью (3500 г/м2 в год). Она заключает в себе огромную биомассу - в среднем 5000 ц/га, а иногда (как, например, в бассейне Амазонки) бо­лее 17000 ц/га сухого органического вещества. Покрывая около 6% поверхности суши, гилея даёт около 28% общей продукции органического вещест­ва биосферы.

Потребность гилеи в минеральной пище должна быть соразмерна биомассе, то есть столь же колоссальной. Но что же мы видим? Наземный субстрат в тропических лесах, как это ни парадоксально, крайне беден элементами плодородия, на что всегда сетуют почвоведы и геохимики. Органических остатков на его поверхности накапливается очень мало. Лесной подстилки почти нет. Тонкий слой мертвых листьев перемежается с участками оголённого грунта, склонного на обнажениях к цементированию в каменистый латерит. Почвообразовательный процесс если и протекает в своём зачатии, то лишь в поверхностном слое мощностью не более нескольких санти­метров (глубже этого слоя органика практически отсутствует). Гумификация если и происходит, то крайне медленно и с образованием только фульвокислот, которые не способны накапливаться, поскольку легко растворяются и вымываются. «Почвенная» среда имеет кислую реакцию, она бедна кальцием, фосфором, калием, маг­нием и другими питательными веществами. Более того, фос­фор в этих условиях склонен соединяться с железом или алю­минием, образуя недоступные для растений нерастворимые соединения; часто здесь наблюдаются токсичные концентрации алюминия.

сбз9-почвы гилеи

сбз9-тропические почвы

Может быть, корни мощных тропических деревьев добывают минеральную пищу из более глубоких слоёв твёрдого субстрата? Вовсе нет. Корни не идут вглубь, а распространяются горизонтально в поверхностном слое грунта. В лесах Ама­зонии, например, корни деревьев находятся на глубине всего 10 - 20 см. А чтобы тяжелые деревья не падали, у основания ство­ла у них имеются часто своеобразные подпорки (контрфорсы): корни первого порядка досковидно расширены в вертикальном направлении, что обеспечивает дереву более широкую и жёсткую опору. Устойчивости деревьев (даже отмерших) способствует также различного рода лианы, которые обильно переплетают их друг с другом снизу доверху, поддерживая в вертикальном положении. Судя по всему, земная твердь необходима деревьям главным образом для опоры. Но тогда каждое из них, как и дождевой тропический лес в целом, должны хронически испытывать резко выраженное минеральное голодание.

сбз9-корни тропических деревьев3


сбз9-корни тропических деревьев1


сбз9-корни тропических деревьев2


сбз9-корни тропических деревьев


сбз9-контрфорсы

Тем не менее, гилея не только реально существует в природе, но и роскошно процветает, являя собой вечный праздник жизни, её высшее торжество. Причем, замечу, всё это не благодаря тучной почве, с плодородием которой у нас обычно ассоциируется биологическое изобилие и урожайность, а вопреки ей. В чём же тут дело?

сбз9-биомасса

Есть мнение (Н.Ф. Реймерс, 1990) о неудачности термина «дождевые леса» (поскольку они якобы «не происходят от дождя и не служат причиной его выпадения»). Мне представляется, однако, что дождевой тропический лес не только оправдывает своё название, но именно в нём, в этом названии отражена главная его суть. В тропическом лесу постоянно высокая влажность, проистекающая от обилия выпадающих осадков. Лес постоянно промывается дождями, которые идут здесь почти ежедневно (годовое количество осадков составляет 2500—7000 мм и более). Крупные реки, разливаясь от обилия осадков, регулярно затопляют низменные равнины. Так что постоянная подача воды в корневую зону растений, как неотъемлемый атрибут гидропоники, здесь стабильно обеспечена самими природными процессами. Кроме того, гилея характеризуется не только избытком влаги, но весьма благоприятным тепловым режимом. Круглогодичные температуры во влажных тропиках удерживаются на уровне не ниже 25° С, что также соответствует технологическим условиям и параметрам гидропоники.

сбз9-дождевой лес

Что же касается элементов минерального питания дождевого леса, то его источником является… сам лес, точнее отмирающее органическое вещество (опад), которое в тропических условиях в кратчайший срок, в считанные недели полностью разрушается и минерализуется гетеротрофными организмами (они функционируют здесь в высшей степени интенсивно). Несмотря на огромную массу опада (250 ц/га в год), способность влажного тропического леса утилизировать органическое вещество в десятки раз превышает его поступление. Освобождающиеся минеральные элементы переходят в поверхностные воды, которые становится уже по сути дела гидропонным питательным раствором, постоянно омывающим корни. Содержащиеся в этом растворе биофильные элементы немедленно захватываются и поглощаются сложной (к тому же обильно снабженной микоризой) корневой системой многоярусного дождевого леса. Налицо завершающее звено гидропонной технологии.

И ещё одна деталь. В дождевом тропическом лесу очень богата флора эпифитов, в том числе древесных, которые и вовсе не связаны с подножным грунтом. Они располагаются и растут на деревьях в освещённой зоне высоко над землёй. Многие из них снабжены воздушными корнями. Не имея прямого контакта с тем раствором, который постоянно подаётся снизу, эпифиты, тем не менее, получают достаточное минеральное питание из влажного воздуха лесного полога и непосредственно от дождей. Но и сами тропические деревья (унаследовав океанические черты жизни первичных продуцентов) через листья эффективно усваивают минеральную пищу, содержащуюся в дождевой воде. А это уже настоящая аэропоника!

Конечно, элементы минерального питания растений при таком обилии воды и высокой кислотности среды частично вымываются и выносятся за пределы корнедоступной зоны. Однако эти потери постоянно компенсируются за счёт того, что падающая на тропический лес сверху дождевая вода содержит, как уже было сказано мною выше (48), минеральные соли, захваченные ветром из океана с брызгами волн, и, стало быть, она сама по себе уже есть питательный раствор. Еще Ф. Кларк подсчитал, что на поверхность суши ежегодно поступает 1800 млн. т различных солей (содержащих, в том числе, и необходимые для жизни микроэлементы) с атмосферными осадками, т.е. 1,35 ц/га. Это составляет примерно 2/3 речного ионного стока со всей площади суши. Кроме того, воздушные потоки приносят во влажные тропики элементы минерального питания с континентальной пылью (порой в значительных количествах), которая образуется в результате дефляции в соседних засушливых регионах.

Говорят, гидропоника – это нечто узкое, локальное, малозначащее в общей системе растениеводства. Может, оно и так. Но мы увидели нечто совсем другое: вся современная биосфера держится (по самому большому счету) на гидропонике.

Tags: бентосные водоросли, дождевой тропический лес, лишайники, мохообразные, природные прототипы гидропоники, ряска, саргассум, тропические почвы, фитопланктон
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 6 comments