Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА

Глава 7. ЛЕСНЫЕ ЛАНДШАФТЫ. Таежные ландшафты

 

геохимия

 

Смотрите также:

 

История атомов и география - Перельман

 

Геохимия - химия земли

 

Геология

геология

Основы геологии

 

Геолог Ферсман

 

Гидрогеохимия. Химия воды

 

Минералогия

минералы

 

Почва и почвообразование

 

Почвоведение. Типы почв

почвы

 

Химия почвы

 

Круговорот атомов в природе

 

Книги Докучаева

докучаев

 

Происхождение жизни

 

Вернадский. Биосфера

биосфера

 

Биология

 

Эволюция биосферы

 

растения

 

Геоботаника

 

 Биографии геологов, почвоведов

Биографии почвоведов

 

Эволюция

 

Этот наиболее распространенный тип ландшафтов образует единую таежную зону от западных до восточных границ в России и Канаде.

 

Биологический круговорот

 

По Н.И. Базилевич, биомасса в тайге не намного уступает влажным тропикам и широколиственным лесам. В южной тайге Б превышает 3000 ц/га и только в северной понижается до 500—1000 ц/га. Более половины биомассы представлено древесиной, состоящей из клетчатки (около 50%), лигнина (20—30%), гемицеллюлозы (более 10%), в меньшей степени из смол, дубильных веществ, других органических соединений. Специфичны фитонциды, создающие аромат хвойного леса.

 

Число видов высших растений приблизительно вдвое меньше, чем в широколиственных лесах (около 1000 для крупных флористических районов). Зеленая часть обычно не менее 3% от биомассы (часто 5—7). По этому показателю тайга ближе к влажным тропикам (8%), чем к широколиственным лесам (1%).

 

Ежегодная продукция П в южной тайге почти такая же, как в широколиственных лесах (85 ц/га против 90 в дубравах), в северной тайге — вдвое меньше (40—60 ц/га). Однако по величине К — соотношению логарифмов П и Б северная и южная тайга близки (0,53—0,55) и отличаются от широколиственных лесов (0,58—0,60). Растительный опад в южной тайге меньше, чем в дубравах (55 ц/га против 65), еще меньше он в северной тайге — 35 ц/га. Ряды биологического поглощения для ельников европейской России почти такие же, как и для широколиственных лесов:

 

Как и в широколиственных лесах, подобный характер рядов определяет возможность биогенного накопления в почвах S, Р, Мп, К, Са, Mg, многих редких элементов.

 

Для тайги характерна низкая зольность прироста: в северной тайге ниже 1,5%, в средней и южной — 1,6—2,5% (в широколиственных лесах 2,6—3,5%). Таким образом, хвойные деревья беднее золой, чем лиственные. Особенно важны различия зольности хвои и листьев, так как хвоя играет ведущую роль в опаде деревьев (более 50%). Зольность хвои — 2—3,5%, листьев широколиственных пород — 5—8%. Еще важнее различия в качественном составе золы: в хвое большую роль играет Si02 и меньшую Са. Клеточный сок хвои ели, сосны и лиственницы содержит свободные органические кислоты, его рН 4,5—6,5; рН таежных трав также нередко кислый (кислица и другие травы). Следовательно, уже в растениях создается характерная геохимическая особенность таежного ландшафта — кислая среда.

 

Зоомасса в тайге очень мала — п ц/га и в южной тайге составляет лишь 0,01% Б. Характерно изменение величины зоомассы по сезонам и в разные годы, в связи с сезонностью размножения, кочевками, зимним оцепенением. Зимой активная часть населения составляет 0,1 летнего обилия. В отдельные годы из-за неурожая семян резко сокращается число семяноедов (например, белок) и наоборот. Возможны и массовые миграции.

 

С опадом в тайге ежегодно возвращается значительно меньше водных мигрантов, чем в широколиственных лесах. Если в дубравах этот показатель близок к 200 кг/га, в бучинах — 270, то в ельниках южной тайги — 85, в северной тайге — 52 кг/га. По Базилевич, для тайги характерен азотный тип химизма бика (N>Ca), в то время как в широколиственных лесах — кальциевый (Ca>N). В холодной тайге разложение органических веществ протекает медленнее, чем в широколиственных лесах, микроорганизмы работают не столь энергично, время их деятельности в году короче, некоторые группы бактерий отсутствуют. Масса подстилки более чем в 10 раз превышает опад зеленой части. Этим тайга резко отличается от других типов лесных ландшафтов (в ц/га)

 

В растительном опаде елового леса эквиваленты кислотных органических соединений в десятки раз превышают эквиваленты катионов золы и N, дающих основания. Низкое содержание сильных оснований (Са, Mg, Na, К) в золе при отсутствии их подвижных форм в горных породах обуславливает кислый характер почвенных растворов: часть органических кислот существует в свободной форме, обеспечивая кислую реакцию лесной подстилки и верхних горизонтов почвы (рН 3,5—4,5).

 

В.В. Пономарева выделила три направления в разложении растительных остатков: минерализация (образование С02 и других полностью окисленных соединений), собственно гумификация и образование водорастворимых органических соединений. В тайге минерализация и гумификация ослаблены (в отличие от степей), энергично идет образование фульвокислот (отношение гуминовые кислоты/фульвокислоты = 0,6—0,8). Нейтрализация фульвокислот происходит, главным образом, за счет Fe и А1 почвенных минералов. Так, в почвах возникают фульваты Fe и А1, создается возможность кислого выщелачивания, которая реализуется на всех бескарбонатных породах, где формируются ландшафты кислого (Н) и кислого глеевого (H-Fe) классов. По Д.С. Орлову, запасы гумуса в дерново-подзолистых почвах южной тайги приблизительно вдвое меньше, чем в широколиственных лесах (70—100 и 100—270 т/га в полуметровом слое). Часть органических веществ входит в состав глинистых минералов.

 

Итак, главное геохимическое отличие бика тайги от бика широколиственных лесов состоит в специфическом консервативном соотношении Б и П, в меньшей скорости разложения органических веществ, меньшем количестве водных мигрантов, вовлекаемых в бик и поступающих с опадом, более кислом характере продуктов разложения, меньшей роли биокосной отрицательной обратной связи. По ряду особенностей бика таежные ландшафты ближе к влажным тропикам, чем к широколиственным лесам (табл. 7.2).

 

Хвойные леса появились на Земле в середине пермского периода около 250 миллионов лет назад.

 

По Н.М. Страхову, это была хвойно-гингковая тайга. Ее бик благоприятствовал кислой миграции и сильному выщелачиванию почв. В современной кайнофитной тайге сохранились многие черты этой мезофитной влажной тропической тайги. Интенсивность кислого выщелачивания в обоих случаях близка, различие заключается в емкости процесса. Если во влажном и теплом климате мезофита кислое выщелачивание распространялось на всю почву и кору выветривания, то в холодном климате современной тайги эти процессы охватывают лишь верхние десятки сантиметров почвенного профиля — горизонты А1 и А2 (обычно менее 0,5 м, а в северной тайге местами даже менее 0,1 м).

 

В мезофитной тайге в условиях минерального голодания эволюция, вероятно, замедлялась, что определяло консервативность ее и устойчивость. И только через 100 млн. лет в середине мелового периода появились покрытосеменные, листва которых более богата Са, что помогало деревьям бороться с кислым выщелачиванием в почвах. Однако это было только в умеренном поясе, где сформировались ландшафты широколиственных лесов Н—Са-классов (а не Н+, как в тайге).

 

В кайнофитных влажных тропиках продолжалось кислое выщелачивание почв. Именно поэтому в геохимическом отношении по ряду показателей бика и водной миграции современная тайга ближе к современным и мезофитным влажным тропикам, чем к широколиственным лесам.

 

Атмосферная миграция

 

По М.А. Глазовской, тайга ежегодно получает с атмосферными осадками 0,5—0,25 ц/га солей (0,2—0,25 атмогенных, 0,3—0,5 — терригенных), что составляет лишь 1/4 их количества, потребляемого растительным покровом (КА=0,25). Ионный сток, напротив, примерно в 2 раза больше (КВ=0,4—0,5). Однако в некоторых таежных ландшафтах, особенно в горной тайге Сибири, минерализация и состав атмосферных осадков близки к трещинным водам коры выветривания. В этих ландшафтах роль атмосферных осадков в поступлении подвижных элементов весьма значительна (особенно для элементов "циклических солей" — Na, С1 и др.).

 

Систематика

 

В зависимости от степени континентальности, истории геологического развития и проявления многолетней мерзлоты таежный тип на территории Евразии может быть разделен на несколько отделов:

1.         Приокеаническая (атлантическая) тайга (Прибалтика, запад Белоруссии, Скандинавия)

2.         Умеренноконтинентальная тайга (европейская Россия)

3.         Континентальная сибирская тайга (без многолетней мерзлоты)

4.         Континентальная и резкоконтинентальная сибирская мерзлотная тайга

5.         Приокеаническая (тихоокеанская) мерзлотная тайга (побережье Охотского моря и др.)

6.         Приокеаническая (тихоокеанская) тайга без мерзлоты (Сахалин, Камчатка, Курилы, Приморье).

 

В каждом отделе выделяются три основных семейства — северной, средней и южной тайги, различающиеся по величине П. Наиболее изучена южная тайга. Переходным к типу широколиственных лесов является семейство европейских хвойно-широколиственных лесов, образующее особую подзону. Геохимически эти ландшафты ближе к тайге, чем к широколиственным лесам.

 

Во всех семействах преобладают кислые (Н+) и кислые глеевые (H+-Fe2+) классы ландшафтов, причем соотношения между ними закономерно изменяются от южной тайги к северной.

 

Умеренноконтинентальная тайга

Данный отдел таежного типа распространен в европейской России и на Урале.

 

Южнотаежное семейство

Это самая теплая тайга, простирающаяся широкой полосой по южной окраине таежной зоны. Наиболее распространены здесь ландшафты кислого класса.

 

Кислая южная тайга (Н-класс).

Автономные ландшафты формируются на бескарбонатных породах в условиях сравнительно хорошего дренажа (II и III роды), исключающего заболачивание. Бик обусловливает энергичное кислое выщелачивание и слабое биологическое поглощение. В результате автономный ландшафт в целом обедняется подвижными элементами, бик не замкнут. Оба процесса находят яркое отражение в профиле дерново-подзолистых почв (7.7). В горизонте А1 биогенным путем аккумулируются гумус К, Са, Р и другие элементы, особенно Мп (7.8). Эти же элементы, а также Fe, Al и SiO, выносятся с просачивающимися атмосферными осадками. Ниже залегает подзолистый горизонт А2, в котором в результате кислотного гидролиза, периодического оглеения и лессиважа происходит разложение минералов и вынос подвижных соединений Fe и А1 в форме хелатов. В нем относительно накапливается кремнекислота, местами каолинит, гидрослюды. Следовательно, как и во влажных тропиках, в тайге происходит энергичное разложение верхнего горизонта литосферы и выщелачивание подвижных элементов. Однако мощность измененного слоя неизмеримо меньше. Мигрирующие минеральные и органические соединения частично закрепляются в иллювиальном горизонте В, рН которого выше, чем в А1 и А2.

 

Здесь в результате взаимодействия коллоидной кремнекислоты и полуторных окислов синтезируются глинистые минералы, суспензии которых ("плазма") передвигаются и откладываются в форме тонких пленок (кутан) по трещинам, порам, ходам корней. Эти образования изучались В.О. Таргульяном, В.В. Добровольским и другими почвоведами. Таким образом, в дерново-подзолистых почвах имеет место щелочно-кислотная зональность: кислый горизонт (Al + А2) сменяется менее кислым или даже нейтральным В. В этих почвах развивается и окислительно-восстановительная зональность. Многие почвоведы считают, что для образования дерново-подзолистых почв необходим анаэробиозис, обусловленный переувлажнением (Н.П. Ремезов, С.П. Ярков, Ф.Р. Зайдельман, И.С. Кауричев).

 

Такое поверхностное временное заболачивание наблюдается, например, весной и осенью с минимумом Eh в гумусовом горизонте, ниже он повышается. Наиболее восстановительные условия возникают не в глубоких горизонтах (В), а на поверхности, под подстилкой, где энергично разлагаются растительные остатки, т.е. в А1 и А2. От болот это оглеение отличается более кислой средой (в болотных глеевых горизонтах рН часто близок к нейтральному), промывным режимом. Иными словами, оподзоливание — это кислое инфильтрационное глеевое выщелачивание, а в болотах развито диффузионное слабокислое или нейтральное глеевое выщелачивание. Восстановительная глеевая среда, периодически возникающая в горизонтах А1 и А2, книзу сменяется окислительной (горизонт В имеет бурую окраску). Вероятно существование окислительного (кислородного) барьера А6 на границе горизонта В. При хорошем дренаже в тайге встречаются и кислые неоподзоленные почвы (например, на Урале). Следовательно, в дерново-подзолистых почвах предполагается следующая окислительно-восстановительная зональность:

 

Al, А2 — периодически кислая глеевая обстановка;

А2/В1 — слабоокислительная обстановка, осаждение Fe3+ (Мп2+ подвижен); это кислородный барьер для Fe;

В1,В2 — окислительная обстановка, осаждение и Fe3+, и Мп2+.

 

Возможны и иные соотношения (осаждение Fe и Мп на одном барьере и т.д.).

Кислые окислительные фульватные воды также могут транспортировать Fe, в связи с чем оподзоливание происходит и в окислительной среде, а также при сочетании обоих процессов.

 

Дерново-подзолистые почвы бедны элементами питания растений, многие из них находятся в слабоподвижной форме. Так, в почвах мало доступных N, Р и К. Эти почвы обеднены также В, J, Br, V, Cr, Ni, Со, Zn, Си п другими редкими и рассеянными элементами, которые из них интенсивно выщелачиваются. Как и во влажных тропиках значительная часть элементов сосредоточена в растениях. Кислая среда определяет не только выщелачивание металлов, но и способствует поступлению их подвижных форм в растениях. Поэтому не случайно многие таежные деревья (ель, сосна, береза) являются концентраторами Mn, Zn, Pb, Sr, Ва — активных водных мигрантов таежного ландшафта.

 

 

 

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов

 

 

Последние добавления:

 

Жизнь в почве

 

Шаубергер Виктор – Энергия воды

 

Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников

 

 Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ

 

Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ

 

Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы