Raft Master » Научная библиотека » Биоэкология » Молекулярные связи и отношения в наземных сообществах


  • 5-01-2013, 05:28
  • | Views: 1032


Молекулярные связи и отношения в наземных сообществах

Молекулярные связи и отношения в наземных сообществах

  • Тематика молекулярной экологии наземных сообществ

История экологической биохимии наземных экосистем началась, вероятно, с давнего наблюдения растениеводов: после многолетнего культивирования какого-либо одного вида растений на одном и том же поле внешний вид растений ухудшается, снижается скорость роста и урожай. Это явление в той или иной мере наблюдалось на самых разных сельскохозяйственных культурах и получило название "почвоутомления". В XX этот феномен стали изучать как одно из следствий межорганиз-менного обмена веществ в фитоценозах*. Исследования показали, что в почве накапливаются токсические продукты бессменного обитания в одном и том же почвенном пространстве ограниченного объема (посевная площадь S, толщина корневого слоя h и геометрический объем в распоряжении растений V = Sh). Органические вещества в молекулярном состоянии в большом количестве поступают в объём (V) с остатками корней, опадающих листьев, стеблей и продутов жизнедеятельности всей почвенной биоты. Часть отмирающей телесной массы разлагается и усваивается бактериями и почвенными грибами, а бактерии выделяют свои органические метаболиты, вредные, полезные растениям и нейтральные. Растения тоже прижизненно выделяют в почвенную воду, т.е. опять же в объём V, разные растворённые органические вещества. В результате, при многолетнем культивировании в обитаемом объёме почвы в свободном и сорбированном на почвенных частицах состоянии накапливается сложный набор химических, в том числе и заново синтезированных веществ. Некоторые из них, иногда сразу многие, токсичны для растений.

Допустим, имеется поле с пшеницей. Проведем некоторые ориентировочные экологические расчеты, имея в виду уже обсуждавшуюся кусочно-линейную модель метаболической ячейки (теперь почвенного объёма) и соотношение поверхностей в ограниченном объеме земного пространства. Пусть средняя толщина корневого слоя равна 1 м, и V = 1 м3. Пусть живая масса растений на площади 1 м2 равна 2 кг. Примерно такую же массу, 2 кг имеют корни растений. Величина удельной площади поверхности S/V корней пшеницы примерно 70 м2/кг. Допустим, что при ежегодном отмирании корней пшеницы в почве остается (в границах нашего расчета) 1 кг мертвых тканей, которые за год примерно на 70 - 80% разрушаются, превращаясь в мелкие фрагменты. Величина S/V измельченных остатков корней на порядок величин больше, чем у живых корней, т.е. примерно 700 м2/кг. Это значит, что в объеме 1 м3 почвы площадь поверхности разлагающихся остатков растений равна 700 м2. Общая живая масса бактерий в почвах разного типа лежит в диапазоне 2-20 тонн на гектар

В отечественной литературе об этом можно прочитать в работах (Гродзинский, 1981, 1982; Грюммер, 1957; Фитонциды ...,1981). (Гиляров, Криволуцкий, 1985, с. 49), т.е. 0.2 - 2 г/м2. При весьма приблизительном среднем значении S/V бактерий 7000 м2/кг, общая площадь живой поверхности бактерий в 1 м3 почвенного слоя у пшеницы равна 1400 - 14000 м2. Как и измельченные корневые остатки, живая поверхность бактерий потенциально может выделять молекулярные продукты своей жизнедеятельности в почвенный раствор.

Обратим внимание на экологически важное соотношение активных поверхностей - выделяющей органические молекулы поверхности живых растений (S| = 70 м2), поверхности корневой дисперсии (S2 = 700 м2) и живой поверхности бактерий (S3 = 7700 м2: берем среднее из двух значений: 1400 и 14000). Безразмерные соотношения метаболических поверхностей в системе почвенных поверхностей таковы: S1/S3 = 0.009 и S2/S3 = 0.09. Огромная площадь поверхности разлагающихся органических частиц, с одной стороны, и почвенных бактерий другой стороны, обеспечивает всех почвенных обитателей богатым набором постоянно поступающих питательных веществ, минеральных и органических. Обладая (по закону: щ» = a W~b) самым интенсивным обменом веществ, бактерии обеспечивают в каждом локальном объеме V (и в почве в целом) мощный полузамкнутый обмен веществ*. Населенный бесчисленными микроорганизмами и мелкими животными, пронизанный корнями растений и увлажненный слой почвы (биокосную систему) можно без преувеличения назвать "кипящим метаболическим котлом". Своими живыми корнями растения извлекают из него необходимые им минеральные вещества и органические стимуляторы роста. Вот почему почвы родят. Нарушение естественных метаболических связей между обитателями почвенной системы создает ситуацию, называемую "почвоутомлением".

Если бы биокосная система "растения в почве" (биогеоценоз) не была открытой, то не просто "почвоутомление" в ней, а её полное самоотравление наступило бы быстро. Однако система открыта, прежде всего, по воде и воздуху. Почва периодически промывается и продувается, что способствует выветриванию и вымыванию части молекулярных метаболитов. Однако, при бессменной культуре сельскохозяйственных растений почвоутомление, как правило, происходит. Агрономический выход из ситуации почвоутомления был найден: необходимо оставить поле "под паром" (год-другой ничем не засевать, дав токсичным метаболитам разложиться), а затем засеять поле другой культурой. Так в растениеводстве появилась технология "севооборота". Феномен почвоутомления дал повод к исследованию взаимного химического и взаимного биохимического влияния растений друг на друга в условиях совместного обитания в общем жизненном пространстве ограниченного объёма. Это касается как природных сообществ, так и разных растениеводческих комбинаций растений. В центре феномена почвоутомления оказались молекулярные связи между растениями, совместно обитающими на общей территории. Часть этих молекулярных связей и отношений, обязанных только растениям, стали называть "аллелолпатией". Это одна из целого ряда специализированных отраслей биологии, посвященных отдельным типам метаболических явлений в экологических объектах.




  • Вернуться



  • Еще по теме


    Граничные поверхности, их соотношения и молекулярные транспортные расстояни ...


    Кусочно-линейная модель молекулярного пути в ограниченном экологическом про ...


    Соотношение питающей и питаемой поверхностей


    Разнообразие форм молекулярных сенсорных связей в сообществах


    Сообитание в общей для всех биосфере

     

    Последние новости



    Пользовательский поиск

    Партнеры