Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА

Глава 9. СТЕПНЫЕ И ЛУГОВЫЕ ЛАНДШАФТЫ. Черноземные степи

 

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 тип включает три основных отдела:

Умеренноконтинентальные степи (европейские)

Континентальные степи (западносибирские)

Резкоконтинентальные степи (восточносибирские).

 

В каждом отделе имеется 3 семейства — северные (луговые), средние (настоящие) и южные (засушливые) черноземные степи. В зависимости от зонально- провинциальных особенностей и характера катенарной дифференциации в семействах формируются ландшафты кальциевого, кальциево-глеевого, кальциево-натриевого и других классов.

 

Для черноземных степей характерны все три рода геохимических ландшафтов. Ниже рассмотрена геохимия трех классов семейства луговых степей, относящихся к европейскому отделу, и особенности родов, общие для всех отделов, семейств и классов.

 

Европейские луговые степи

 

Ландшафты этого семейства простираются сплошной полосой от Волыно- Подольской возвышенности до Южного Урала, их относят к лесостепной зоне. Фрагменты целинных степей сохранились только в заповедниках, местность почти полностью распахана.

Луговые степи кальциевого (Са) класса. Эти ландшафты отличаются наибольшими Б и П. Бик поставляет в почву много органических веществ, и оснований не хватает для их нейтрализации. В результате в верхней части почвы развивается слабокислая среда (рН 6—6,5), в поглощающем комплексе появляется небольшое количество водородного иона. Однако в луговых степях имеется только начальная стадия этого процесса, большее его развитие знаменует смену степного ландшафта луговым или лесным.

 

Для кальциевых луговых степей характерны выщелоченные, мощные и тучные черноземы с высоким содержанием гумуса (до 20%) и большими его запасами (до 900 т/га). Размыв почв и коры выветривания, переотложение их материала приводит к образованию склоновых отложений и аллювия. Все они богаты СаС03 и относятся к кальциевому классу.

 

Если грунтовые воды формируются в грубообломочном элювии и затем фильтруются через трещиноватые изверженные породы, содержащие мало продуктов выветривания, то они слабо минерализованы, нередко содержат силикаты и бикарбонаты щелочей (преимущественно Na). Такие воды имеют силикатно- карбонатный состав с преобладанием среди катионов Na. Их минерализация не превышает 0,5 г/л. Иной состав приобретают грунтовые воды в ландшафтах с более мощными продуктами выветривания. В этом случае высокое содержание углекислой извести в почвах, элювии и склоновых отложениях накладывает резкий отпечаток на состав грунтовых вод.

 

При их формировании важнейшее значение приобретает растворение углекислого кальция, в связи с чем в водах среди катионов преобладает кальций, а среди анионов — гидрокарбонатный ион. Кальций как сильный коагулятор обусловливает чистоту и прозрачность вод, которые почти не содержат в растворе РОВ. В обоих рассмотренных случаях воды пресные, маломинерализованные, однако воды склоновых отложений отличаются значительной жесткостью. Содержание хлора, сульфат-иона, натрия в них невелико. По мере движения вод и их испарения содержание S042" повышается, воды приобретают местами сульфатно-кальциевый состав. Из них возможно осаждение гипса в нижней части коры выветривания и в континентальных отложениях на геохимических барьерах D3 и НЗ (в форме одиночных кристаллов). Мощные гипсовые горизонты не возникают.

 

Супераквальные ландшафты, питающиеся гидрокарбонатно-кальциевыми водами, представлены лугами и болотами в долинах рек. Для них характерны пышная травянистая растительность, кальциефилы. Это объясняется не только богатством вод Са, но также накоплением СаС03 в почвах в форме лугового или болотного мергеля (накапливается также Sr). Реакция почв нейтральная или слабощелочная, в них энергично разлагаются органические остатки, накапливается много гумуса (на лугах) или хорошо разложившегося торфа (на болотах), развивается карбонатное оглеение. Fe и Мп приобретают подвижность и образуют аккумуляции в форме железистых и марганцевых конкреций на барьерах А 7 и НЗ. Однако миграционная способность Fe ниже, чем в таежном ландшафте, болотные железные руды не возникают. В грунтовых водах автономных ландшафтов иногда развивается слабовосстановительная среда, поэтому железистые и марганцевые новообразования встречаются и в нижних горизонтах коры выветривания. По В.В. Добровольскому, главный минерал железистых новообразований — гидрогетит, содержащий примеси As, Си, V, Мо, Со, Сг, Ni, Мп. Марганцевые черные сажистые пленки и дендриты представляют собой вады (полиперманганиты), в которых преобладает Мп02 и обычно содержится до 2% ВаО, примесь Ni, Си, V, Сг, Со. Карбонат кальция нередко образует мелкие скопления в форме различных "журавчиков" и "дутиков", в которых наблюдаются реликты коллоидного состояния и, в частности, металлоколлоидная структура. Для такого кальцита характерны примеси Mn, Sr, Ва, Си (барьеры G3, G7).

 

Формирование химического состава речных вод связано с поступлением в русло грунтовых и поверхностных вод. Ручьи и плоскостной сток, взаимодействуя с верхними горизонтами или размывая более глубокие горизонты черноземных почв и кору выветривания, естественно, растворяют некоторое количество соединений Са. Биологические процессы, протекающие в самой воде, — дыхание организмов и другие благоприятствуют накоплению в ней С02 и, следовательно, гидрокарбонатного иона (НС03-). Поэтому речная вода имеет гидрокарбонатно-кальциевый состав, ее реакция слабощелочная. Вода, как правило, насыщена ионами Са и не растворяет известь.

 

Помимо растворенных солей речная вода содержит местами значительное количество мути — взвешенных наносов, содержащих до 20% СаС03.

 

Итак, типоморфным элементом луговых черноземных степей является Са, находящийся в виде углекислой извести в почвах и подстилающих породах, с чем в основном связана слабощелочная реакция почвенных и грунтовых растворов и коагуляция минеральных и органических коллоидов на месте их образования. Воды бедны растворимыми коллоидами. Среди обменных катионов преобладает Са. Богатство ландшафта подвижным Са определяет ряд особенностей флоры и фауны — растения не испытывают недостатка Са, животный мир имеет все признаки достаточного кальциевого питания. Велики в почвах и потенциальные запасы N, Р, К и других питательных веществ. Однако они слабо подвижны, и культурные растения часто нуждаются в этих элементах. Особенно резко сказывается дефицит Р. Применение азотных удобрений наряду с фосфорными позволяет резко поднять урожайность, причем N и Р не только повышают урожай, но и влияют на его качество: Р увеличивает устойчивость растений к засухе, повышает содержание белка в зерне. Эффективны и необходимы микроудобрения. Так, марганцевые и борные удобрения повышают урожай сахарной свеклы. На Кубани под свеклу используются серпентинитовые удобрения, содержащие Mg. Применяются цинковые, молибденовые и другие микроудобрения. Луговые черноземные степи сравнительно хорошо обеспечены влагой, но все же и здесь в отдельные годы бывают засухи. Для некоторых культур, особенно на поймах и террасах, применимо искусственное орошение, причем именно на орошаемых землях удобрения дают наивысший эффект. Большое значение приобретает в этих ландшафтах и химизация животноводства (подкормки солями Са и Р, микроэлементами).

 

В медико-геохимическом отношении луговые степи относятся к сравнительно благополучным ландшафтам. Эндемический зоб, кариес и другие болезни, связанные с дефицитом элементов, здесь распространены значительно меньше, чем в тайге. Однако мочекаменная болезнь, связанная с жесткостью вод и другими условиями, наблюдается чаще.

 

речная вода не способна растворять карбонаты, то они частично отлагаются в аллювии, обусловливая его известковистость. По Н.М. Страхову, из речной воды происходит и химическая садка кальцита. Аллювий обогащается и за счет известковых скелетов животных.

 

В европейской России распространены все 3 рода ландшафтов (9.4, 9.5, 9.6), но наиболее характерен второй — луговостепные эрозионные возвышенности. Их геохимия изучена Н.С. Касимовым, А.Н. Геннадиевым и М.Ю. Лычагиным в заповеднике "Михайловская целина" на Средне-Русской возвышенности. Здесь распространены типичные черноземы на лессовидных суглинках. В нейтральной и слабощелочной среде почв механическая миграция элементов в виде суспензий (лессиваж) выражена слабо, в связи с чем их силикатные (валовые) и сорбированные формы распределены в профиле малоконтрастно, за исключением Мп, имеющего биоаккумулятивное распределение. Более энергична миграция органо-минеральных (ЭДТА-растворимых) и особенно легкоподвижных (воднорастворимых и карбонатных, извлекаемых, например, ацетатно-аммонийной вытяжкой) форм элементов с накоплением наиболее подвижных из них — Cd, Pb, Си и Со (R = 2—3) в иллювиальных карбонатных горизонтах, а Мп и Zn, активно участвующих в бике — в гумусовых горизонтах (R = 1,8—2,0).

 

В типичных черноземах баланс миграционно-способных форм микроэлементов изменяется от гумусовых горизонтов к иллювиальным карбонатным. В гумусовых резко преобладают органо-минеральные формы Со, Mn, Pb и Cd при подчиненном значении легкоподвижных и более инертных сорбированных форм. У Fe и Zn преобладают сорбированная форма, Си и Ni находятся преимущественно в сорбированной и органо-минеральной формах. В карбонатных горизонтах возрастает доля легкоподвижных форм Cd, Pb, Со и Мп (30—50% от общего содержания подвижных форм), что указывает на их иллювирование из верхней части профиля.

 

В водораздельно-балочных катенах (типичные черноземы — лугово-черноземные и торфяно-глеевые почвы) латеральная миграция микроэлементов происходит главным образом в легкоподвижной и органо-минеральной формах. Содержание первой у Мп, Zn, Pb и Cd в гумусовых и торфяных горизонтах почв подчиненных лугово-болотных ландшафтов в 3—7 раз выше, чем в горизонте А1 автономных черноземов (9.7). Органо-минеральные формы (кроме Zn) распределены в катене менее контрастно. Еще слабее латеральная дифференциация сорбированных и валовых форм микроэлементов, за исключением участвующих в биогенной и гидрогенной аккумуляции (Sr). В торфяно-глеевых почвах балок в балансе подвижных форм нахождения за счет уменьшения сорбированных форм резко возрастает доля органо- минеральных форм Fe и Си, активно поглощаемых лугово-болотной растительностью.

 

Начинает проявляться латеральная миграция элементов-гидролизатов (Zr, Sc, Ti), Мо, подвижных в щелочной окислительной обстановке, особенно хорошо выраженная в степных и сухостепных ландшафтах (см. ниже). Формы миграции этих элементов изучены слабо.

 

Кальциево-натриевые луговые степи (Са — Na). Формирование ландшафтов данного класса связано с развитием засоления и рассоления. Они характерны для Днепровской и Окско-Донской низменностей, где солонцеватые черноземы чередуются с солонцами, содовыми солончаками, лугами и болотами.

 

На плоских террасах Днепра и Десны в лесостепной зоне Украины почвы представлены солонцеватыми и осолоделыми черноземами, солодями, реже луговыми и болотными почвами, содовыми солонцами и солончаками. Грунтовые воды нередко содержат соду. Это провинция содово-сульфатного засоления. В эпоху близкого стояния грунтовых вод, когда террасы являлись поймами, на последних, вероятно, широко были распространены процессы засоления и осолонцевания, ландшафт носил характер солончаковатых и солонцеватых лугов. В дальнейшем с понижением базиса эрозии (а возможно, и с увлажнением климата) началось рассоление, приведшее к образованию черноземов, сохранивших в качестве реликтов различные признаки солонцеватости и осолодения. В современных депрессиях рельефа создались условия для накопления соды и образования солончаковых почв и солончаков (К.К. Гедройц).

 

Так как часть солонцов вторично засолена, то очевидно, что поднятия сменялись опусканиями. Реки в подобных ландшафтах текут медленно, воды в основном гидрокарбонатно-кальциевые, но есть и натриевые с повышенной щелочностью (сода!). Долины рек, как правило,            сильно заболочены, встречаются и моховые низинные болота с ярко выраженным сизым глеевым горизонтом под торфяным слоем.

 

Кальциево-магниевые луговые степи (Са — Mg). Этот класс формируется на гипербазитах, доломитах и других породах, богатых Mg. В низкогорных серпентинитовых массивах Южного Урала почвы и рыхлые отложения обогащены Mg, Cr, Со и Ni, воды здесь гидрокарбонатно-магниевые. Весьма специфична флора. Все же в бике главное участие принимает не Mg, а Са, в почвах и делювии преимущественно накапливается кальцит. В связи с этим ландшафты на гипербазитах относятся к Са — Mg классу (а не к чисто магниевому).

 

Черноземные степи III рода. Наиболее совершенное геохимическое сопрежение элементарных ландшафтов характерно для данного рода. Это преимущественно степные низкогорья и мелкосопочники, хотя к III роду относятся и участки с очень резким овражным рельефом на равнинах. Данные ландшафты распространены на Южном Урале, в Казахском мелкосопочнике, на Алтае, в Забайкалье, Монголии. Отличаясь по некоторым ландшафтообразующим факторам (климату, геологическому строению, рельефу, почвенно-растительному покрову), все они обладают рядом общих геохимических свойств, определяемых близостью условий миграции химических элементов. Это районы неотектонических поднятий с энергичным водообменом и сравнительно простой историей ландшафтов, в которых мало геохимических реликтов. В зависимости от геологического строения имеется большое число видов ландшафтов — на гранитоидах, основных эффузивах, сланцах и т.д.

 

Структура степных ландшафтно-геохимических катен в низкогорьях и мелкосопочниках в разных геолого-геоморфологических условиях достаточно однородна. В автономных и трансэлювиальных позициях, где происходит биогеохимическая и почвенно-геохимическая мобилизация веществ под разнотравно- злаковыми петрофитными сообществами, формируются маломощные щебнистые черноземы и черноземовидные почвы. Для них характерны нейтральная и слабощелочная реакция, фульватный состав гумуса, контрастное распределение илистой фракции в профиле с резким максимумом в гумусовом горизонте, бескарбонатность верхней части почвы.

 

Основная геохимическая особенность почвообразования на силикатных породах (кислых, средних, основных) состоит в создании содовой среды, в которой приобретают подвижность анионогенные элементы и комплексообразователи. Они затем депонируются илистыми минеральными и органическими частицами в дерновом и гумусовом горизонтах маломощных почв (сорбционный барьер G3) или биогенным путем, а также могут участвовать в дальнейшей латеральной миграции. Катионогенные элементы также могут накапливаться в гумусовых горизонтах, но это менее типично. Преимущественная концентрация анионогенных элементов и комплексообразователей в щебнистых маломощных черноземах установлена И.П. Гавриловой, Н.С. Касимовым, И.Г. Побединцевой и О.А. Самоновой на Южном Урале, Рудном Алтае и Кокчетавской возвышенности.

 

Так, для автономных маломощных черноземовидных почв на элювии липаритовых туфов в предгорьях Рудного Алтая характерен следующий ряд коэффициентов радиальной дифференциации (R) относительно почвообразующих пород (по 8 разрезам)

 

Катионогенные элементы в почвах не дифференцированы из-за низкой подвижности.

В щебнистых выщелоченных черноземах на элювии гранодиоритов Кокчетавской возвышенности наряду с анионогенными элементами и комплексообразователями (Сг, Ti) в гумусовых горизонтах накапливаются Си, Со и Pb (R = 1,5—2,5). Более контрастно в малоразвитых черноземах распределены подвижные ацетатно- растворимые формы Zn и В (R = 2—5).

 

В подчиненных позициях — долинах небольших рек обычно формируются элементарные ландшафты гидрокарбонатно-кальциевого-глеевого          или гидрокарбонатно-натриевого глеевого классов с лугово-черноземными почвами и солодями под луговыми сообществами и осиново-березовыми колками. На Рудном Алтае в таких катенах установлено обогащение подчиненных ландшафтов элементами "содового" комплекса при слабой подвижности катионогенных элементов. Обобщенный ряд коэффициентов латеральной дифференциации (L), отражающих накопление элементов в почвах подчиненных ландшафтов относительно автономных следующий:

Ti, Мо > Cr > V > Си > Ni > Pb, Zn, Со > Mn .

2,0 1,9 1,7 1,5 1,3      1,0       0,5

 

Близкие особенности латеральной дифференциации установлены и в степных катенах Зерендинского массива Северного Казахстана. Подчиненные дерновые глееватые почвы обогащены здесь по сравнению с автономными и трансэлювиальными обыкновенными и выщелоченными черноземами Мо, В, Cr, V и Ni. Особенно велика латеральная дифференциация катен на кислых породах (гранитах, вторичных кварцитах), на низком геохимическом фоне которых заметнее обогащенность более тяжелых по механическому составу почв и отложений подчиненных позиций, где образуются еще более контрастные аномалии Nb, Y, Ti, В и Мо. Зона максимального накопления этих элементов, как правило, приходится на ландшафты делювиальных шлейфов.

 

Основным механизмом селективной дифференциации анионогенных элементов и комплексообразователей является их мобилизация в щелочной среде почв автономных ландшафтов, миграция и осаждение на глеевых, кислых и сорбционных геохимических барьерах в почвах подчиненных ландшафтов логов мелкосопочника и долин небольших рек и ручьев (Н.С. Касимов).

 

Черноземные степи II и I родов простираются широкой, местами прерывистой, полосой от Украины до Китая. Ко II роду в основном относятся ландшафты эрозионных возвышенностей, а к I — ландшафты аккумулятивных низменностей (юг Окско-Донской, юг Западно-Сибирской и др.). Для ландшафтов I рода характерны лессовидные отложения, коренные породы залегают глубоко. Эти ландшафты пережили луговую стадию, местами засоление.

 

Черноземные степи II рода занимают денудационные возвышенные равнины Украинского щита, Южного Урала, Северного Казахстана, Алтая, Забайкалья. В них широко развиты геохимические реликты в виде древних мезо-кайнозойских кор выветривания, часто на поверхность выходят коренные породы. Широко распространены плейстоценовые, преимущественно карбонатные лессовидные отложения. Эти ландшафты пережили сложную историю, так как в районах их распространения континентальный режим существовал уже в палеогене и неогене. В плейстоцене они не покрывались ледником. Местами на поверхность выходят геохимические реликты этих эпох — палеогеновые и неогеновые континентальные отложения и погребенные почвы.

 

В ледниковые эпохи здесь формировалась холодная лесостепь, была развита многолетняя мерзлота, уровень грунтовых вод на плоских водоразделах стоял высоко, и эти участки местами прошли через супераквальную стадию, реликтом которой служит карбонатный горизонт в плакорных черноземах с мощным накоплением углекислой извести. К реликтам гидроморфной стадии относятся также встречающиеся в них гидроксиды железа и марганца.

 

Геохимическая контрастность степных ландшафтов II и I родов в связи с широким распространением покровных рыхлых отложений значительно меньше, чем в низкогорьях и мелкосопочниках (III род), в которых фон сильно дифференцирован из- за геохимической пестроты коренных пород. Это связано с тем, что покровные лессовидные отложения четвертичного возраста имеют в различных районах сходные геохимические особенности: средне-тяжелосуглинистый гранулометрический состав, повсеместную карбонатность, слабую засоленность, определяющие близость их микроэлементного состава. Хотя плащ покровных суглинков в ландшафтах II рода имеет небольшую мощность (несколько метров), в фоновых условиях он практически полностью экранирует почвы от геохимического влияния подстилающих неогеновых, палеогеновых и более древних отложений, древней коры выветривания, редко выходящих непосредственно на дневную поверхность. Все это обеспечивает относительную монолитность каскадных ЛГС на равнинах и благоприятствует установлению особенностей современной (голоценовой) латеральной миграции микроэлементов.

 

Миграцию и дифференциацию элементов в методическом отношении удобно изучать в локальных КЛГС водосборов I порядка, например, в водораздельно- западинных и водораздельно-балочных катенах, где отсутствует приток вещества со стороны.

 

Пространственная структура ландшафтов II и I родов сравнительно однородна. В автономных условиях вершин и верхних частей склонов пологих холмов и гряд на лессовидных карбонатных суглинках развиты зональные разнотравные ковыльные степи на типичных, обыкновенных и южных черноземах. В нижних частях склонов и депрессиях рельефа (элювиально-аккумулятивные ландшафты) обычно формируются ковыльно-типчаково-полынные сообщества на карбонатных и и солонцеватых черноземах, иногда солонцах. В западинах и балках с близким уровнем грунтовых вод или верховодки (супераквальные и супераквально-аккумулятивные ландшафты) развиты осиново-березовые колки и заболоченные луга на лугово-черноземных осолоделых, торфянисто-глеевых почвах и солодях.

 

Автономные ландшафты кальциевого класса

 

Черноземы на рыхлых отложениях разного минералогического и химического состава отличаются главным образом уровнями содержания микроэлементов (обычно не более чем в 2—3 раза), но сходны по характеру распределения их в почвенном профиле. Полноразвитые черноземы на покровных отложениях европейской России, Урала, юга Западной Сибири, Северного Казахстана и Алтая характеризуются неконтрастной радиальной дифференциацией микроэлементов (Глазовская, Золотарева, Ильин, Касимов, Протасова и др.). Это связано со слабой изменчивостью минералогического и гранулометрического состава по профилю и отсутствием контрастных геохимических барьеров. Коэффициенты радиальной дифференциации большинства микроэлементов в этих почвах обычно близки к единице во всех генетических горизонтах, что отличает их от дифференцированных черноземов на массивно-кристаллических породах в мелкосопочнике.

 

Таким образом, для черноземов на покровных лессовидных суглинках в целом не типичны аномалии валовых форм большинства микроэлементов. Аномалии некоторых элементов в этих почвах и других подтипах черноземов в отдельных районах имеют либо рудогенный, либо техногенный генезис.

 

Подвижные формы микроэлементов в южных черноземах распределены более контрастно по сравнению с валовыми содержаниями. Однако даже в гумусовом горизонте коэффициенты их радиальной дифференциации не превышают 1, что указывает на слабую связь микроэлементов с органическим веществом в щелочной окислительной обстановке. В иллювиальном карбонатном горизонте образуются слабые аномалии подвижных форм Си, Pb, Со, Ni, Cr и Cd — тяжелых металлов, осаждающихся на щелочном геохимическом барьере D3. По-видимому, они мигрируют в форме бикарбонатов. Некоторое увеличение содержания подвижных форм в карбонатном горизонте может быть связано и с утяжелением механического состава по сравнению с выше- и нижележащими горизонтами (сорбционный барьер G3).

 

Сухие степи

 

Тип сухих степей является переходным между черноземными степями и пустынями. Во многих районах это находит выражение в характере растительного покрова, в котором преобладают полынно-злаковые ассоциации (для типичных черноземных степей характерны злаковые, для северных пустынь — полынные).

 

Между черноземными и сухими степями нет столь четких различий, как между тайгой и широколиственными лесами, переходы постепенные, и, например, сухие степи на темнокаштановых почвах весьма близки к южным черноземным степям. С другой стороны, между пустынями и сухими степями также имеется много общего, и, возможно, систематическую границу между степями и пустынями следует проводить, как это предлагают некоторые географы и ботаники, внутри сухих степей, относя степи на светлокаштановых почвах к полупустыням.

 

Уровень самоорганизации (П:Б) в элювиальных ландшафтах сухих степей ниже, чем в черноземных степях.

 

На территории России и Казахстана распространены 2 отдела сухих степей — континентальные            (Европейско-западно-сибирско-казахстанские)    и резкоконтинентальные сухие степи (средне- и восточносибирские) с длительным промерзанием почв, а местами и с островной многолетней мерзлотой. В каждом отделе выделяется 2 семейства: северное на темнокаштановых почвах с более интенсивным биком и южное на светлокаштановых почвах. Возможно, сухие степи Армении, Тянь-Шаня следует относить к особым отделам.

 

Для сухих степей типична комплексность почвенно-растительного покрова: наиболее часто встречается сочетание каштановых почв с солонцами, в некоторых районах солонцы преобладают. Помимо типичных солонцов широко развиты каштановые солонцеватые почвы. Особенно велика комплексность на плоских недренированных равнинах (I род).

 

Северные европейские и казахстанские сухие степи

 

Среди них преобладают ландшафты Са и Са—Na-классов. Ниже рассматриваются примеры геохимически контрастных сухостепных ландшафтов III и II родов.

 

Ландшафты III рода в складчатых областях представлены сухостепным мелкосопочником или низкогорьем. По названию горы в Мугоджарах мы их назвали кучукбайскими. Выделяется несколько видов — на гранитоидах, основных эффузивах, сланцах, известняках и других породах. Кучукбайские ландшафты распространены на участках, где активно проявились неотектонические поднятия и смыв явно преобладает над аккумуляцией. На вершинах и крутых склонах сопок здесь обнажаются скальные породы, обломки которых покрыты накипными лишайниками, выполняющими функции первых агентов выветривания и создающими мелкозем первичных почв. На менее крутых склонах преобладают маломощные щебнисто- мелкоземистые почвы. Между обломками коренных пород в них залегает коричневый гумусированный мелкозем, образовывающийся, вероятно, за счет минерализации растительных остатков (в том числе лишайников), раздробления коренных пород (песчаная и пылеватая фракции), эолового приноса. Коричневый горизонт книзу сменяется обызвесткованным щебнем, переходящим в трещиноватую коренную породу.

 

Мощность профиля часто не превышает 0,3—0,5 м. Таким образом, на склонах почва и кора выветривания совпадают. Растительный покров этих каменистых степей представлен петрофитами, наряду с травами широко распространены кустарники. Такие элементарные ландшафты относятся к кальциевому классу. Для более пологих склонов с полынно-злаковой растительностью характерны щебнисто-суглинистые или щебнисто-супесчаные плащи, в них выше процент мелкозема, каштановая почва имеет более развитый профиль, нередко содержит иллювиальный солонцеватый горизонт В, который книзу переходит в белесый карбонатный. В этом случае почва, как правило, отделяется от склоновых отложений, мощность которых все же не превышает 3—5 м.

 

По М.А. Глазовской, полыни степей Казахстана являются выходцами из Средиземноморья, их виды формировались на засоленных морских побережьях палеоген-неогеновых морей и поглощали много Na. Закрепленное наследственностью, это свойство обусловило высокое содержание Na в золе, хотя теперь полыни растут и в элювиальных условиях на субстратах, бедных подвижным Na. При разложении растительных остатков некоторое количество натрия входит в поглощающий комплекс, обеспечивая солонцеватость почв (полного насыщения ПК Na не происходит, так как в золе все же преобладает Са). Подобные элементарные ландшафты относятся к Са—Na-классу. Роль Na в бике и почвенных процессах значительна, рН горизонта В каштановых солонцеватых почв нередко достигает 8— 8,5.

 

Иные условия в сухих степях Тянь-Шаня, где элювиальные почвы не солонцеваты, почти не содержат Na в ПК. В золе растительности этих степей, в частности, в местных видах полыней, содержится мало Na и много Са. При минерализации растительных остатков Na почти не входит в ПК. Глазовская подчеркивает, что полыни и другие травы сухих степей внутреннего Тянь-Шаня являются выходцами из Центральной Азии. В прошлом это нагорные ксерофиты, и понятно, что состав их золы отражает условия автономных степных ландшафтов, где почвы богаты Са и бедны Na. Возможно, что этими же причинами объясняется незначительное распространение солонцеватых почв в сухих степях Монголии. Таким образом, в сухих степях Казахстана преобладают ландшафты Са—Na-класса, а в сухих степях Центральной Азии, Восточной Сибири, Тянь-Шаня — Са-класса.  

 

Лога кучукбайских ландшафтов выполнены суглинками и супесями со щебнем, образовавшимися за счет размыва и переотложения рыхлого материала склонов. Маломощный овражный аллювий плохо отсортирован и в геохимическом отношении относится к Са-классу. Лога обычно заполняются водой только в короткие периоды снеготаяния или после сильных ливней, подавляющую часть года они сухие, грунтовые воды в них отсутствуют. Однако днища логов увлажняются лучше, чем склоны, запасы воды в них больше, растительный покров богаче, травы гуще (много злаков, кустарников), почвы часто выщелочены от карбонатов или же вскипают от НС1 на глубине более 1 м. Элементарные ландшафты сухих логов, следовательно, относятся к Са-классу (а не к Са—Na), промытость почв определяет возможность выноса ряда элементов.

 

Разгрузка трещинно-грунтовых вод зоны местного стока обычно происходит по разломам. Нередко по ним разгружаются и воды зоны регионального стока или еще более глубокие. По составу они пресные гидрокарбонатные, реже сульфатно- гидрокарбонатные. Если формирование вод связано с биком и карбонатной корой выветривания, то среди катионов преобладает Са. Если в ландшафте мощность карбонатной коры очень мала или воды длительно циркулируют по разломам, то они приобретают иной состав за счет взаимодействия с коренными породами, метаморфизации, окисления сульфидов и других процессов. Нередко это гидрокарбонатно-натриевые воды (Na из вмещающих пород), в них повышается содержание S042" (за счет окисления сульфидов). При глубокой циркуляции наблюдается и глеевая среда, наличие Fe2+ и Мп2+.

 

К более крупным разломам нередко приурочены долины небольших рек, русла которых заполняются водой только весной, за исключением участков активных разломов, где образуются постоянные плесы и омуты (9.8). В долинах таких рек на выходах источников развиты луга, болота, небольшие рощи. В Мугоджарах и Центральном Казахстане это обычно березовые леса ("колки" — реликты четвертичной лесостепи). По С.И. Сотниковой, водная и болотная растительность таких долин в Мугоджарах концентрирует Мп, реже Fe (у кувшинки), обнаружен и концентратор Sn (рдест). Как и в луговых степях, Мп здесь подвижнее Fe.

 

По М.М. Ермолаеву, в сухих степях Орского Зауралья в почвах луговых и болотных ландшафтов концентрируются Ni, Zn, Си, образующие безрудные аномалии на геохимических барьерах. На глеевом барьере СЗ в Мугоджарах осаждается Мо, возможно в виде соединений Мо5+ в смеси с гидроксидами железа (9.9). С.И. Сотникова предполагает следующую окислительно-восстановительную реакцию:

Fe(HC03), + 3H20 X МоО(ОН)3 + Fe(OH)3 + 2NaHC03

 

К зонам разломов приурочены и солончаки. Воды, питающие солончак, могут быть пресными, и они засоляются только вблизи поверхности (F3). Учитывая важность водоснабжения в сухих степях, необходимо обращать внимание на линейное засоление в зонах разломов. При бурении скважин на таких участках может быть

найдена хорошая пресная вода.

 

Кучукбайские ландшафты благоприятны для металлометрических поисков: каштановые почвы склонов выщелочены слабо, и вторичные ореолы не ослаблены или почти не ослаблены, как правило, соответствуют коренному оруденению. Если в зоне разлома на глубине имеется сульфидное оруденение, то воды становятся кислыми сульфатными и образующиеся разломные солончаки содержат много сульфатов, в том числе гипса (9.10). Поэтому гипсовые горизонты, лишенные карбонатов, на участках разломов являются следами современного или былого кислого засоления (F1), указателем распространения сульфидов на глубине. Применимы в кучукбайских ландшафтах и гидрогеохимические поиски, которые позволяют обнаруживать скрытое оруденение.

 

Ландшафты II рода характерны для Ергеней, Приволжской возвышенности, Общего Сырта, Мугоджар, Казахской складчатой страны. Среди них в геохимическом отношении резко различаются ландшафты складчатых и платформенных областей. В складчатых областях мы выделяем каиндинские ландшафты, которые включают в себя несколько видов (топонимика связана с наименованием реки в Мугоджарах). Это пенеплены, сложенные изверженными и метаморфическими породами с раннемезозойской и мел-палеогеновой линейной и площадной корой выветривания, с широкими древними долинами, выполненными осадочными отложениями. Типичное геохимическое сопряжение: автономный ландшафт плоских водоразделов — сухостепной пенеплен, сложенный скальными породами, нередко фиксированный древней корой выветривания с маломощными четвертичными отложениями; подчиненные ландшафты котловин и древних долин — сухие степи и солонцы на континентальных отложениях.

 

Бик микроэлементов в каиндинских ландшафтах изучен М.М. Ермолаевым с сотрудниками в Орском Зауралье. Ковыль и типчак, как правило, не концентрируют Си (А^ < 1), в то время как некоторые полыни, биюргун, другие травы и кустарники на солонцеватых и засоленных почвах накапливают этот металл (А^ = 2—4). Установлены также растения-концентраторы Со (А^ = 2—6,7), Ni, Мо, Pb, Sr, Ва, Zn (А^ > 1). Обнаружены растения, концентрирующие Ti (более 1% в золе), Zr, V, Y. Все эти сравнительно малоподвижные анионогенные элементы накапливаются в элювиальных и трансэлювиальных ландшафтах на солонцах или солонцеватых каштановых почвах. В содовой среде Zr, V, Y, Мо образуют достаточно растворимые комплексные соединения и могут поглощаться растениями. Ti, Zr, Y и другие малоподвижные элементы накапливаются только в тех растительных ассоциациях, которые включают лишайники. Возможно, что лишайники "ответственны за вовлечение этих элементов в биологический цикл".

 

В неоген-четвертичное время кислая выщелоченная древняя кора выветривания местами подверглась засолению, которое позднее сменилось рассолением, чем и объясняется широкое распространение солонцов. Вероятно, в прошлом на поверхности пенеплена были развиты и лугово-солончаковые ландшафты, рассоление которых привело к формированию сильно солонцеватых каштановых почв с реликтовым гипсовым горизонтом.

 

Понижения рельефа в каиндинских ландшафтах предсталяют собой древние долины, выполненные континентальными мезокайнозойскими отложениями с ландшафтом сухой солонцеватой каштановой степи или типичными солонцами. По дну долин обычно петляет сухое русло или небольшая речка, которые явно не соответствуют размерам долины. Грунтовые воды часто залегают глубоко, однако в более крупных долинах имеется горизонт грунтовых вод, с которыми связаны лугово- солончаковые и лугово-солонцовые ландшафты.

 

Формирование химического состава грунтовых вод в каиндинских ландшафтах протекает по-иному, чем в кучукбайских. Здесь, как правило, действуют законы растворения солей, накопившихся в предшествующие этапы развития ландшафта и заключенных в почвах и континентальных отложениях. Это определяет пестрый состав и различную минерализацию вод, широкое распространение хлоридно- сульфатных вод.

 

При геохимических поисках в каиндинских ландшафтах наиболее благоприятны для поверхностной металлометрии элементарные ландшафты сухой каштановой степи на скальных породах. Здесь условия поисков те же, что и в автономных кучукбайских ландшафтах.

 

В древней коре выветривания содержание многих элементов резко понижено по сравнению с коренными породами. Вторичный ореол в этих условиях ослаблен или отсутствует. С поверхности древняя кора нередко перекрыта маломощными четвертичными отложениями, на которых сформировалась каштановая почва с повышенным (против содержания в древней коре) содержанием элементов.

 

Поверхностное металлометрическое опробование на таких участках не эффективно, необходим более глубокий пробоотбор.

 

Поиски на участках развития аллохтонных четвертичных и более древних осадочных отложений еще более сложны в связи с экранированием ореолов, резким их ослаблением. В.А. Бугров показал, что в Мугоджарах в четвертичных песках существуют оторванные аномалии, обязанные былому близкому залеганию грунтовых вод. Эти древние испарительные барьеры залегают над вторичными ореолами в древней коре выветривания, причем концентрации Мо и Zn отрываются от ореолов на 18 м (по вертикали), а Си, As, Ag, Pb — на 6 м. Часть металлов находится в песках в воднорастворимой форме (для Zn до 40% валового содержания).

 

Если рыхлые отложения не превышают первые десятки метров, эффективны биогеохимические поиски с опробованием полыни, кокпека, биюргуна, камфоросмы и других полукустарничков. Гидрогеохимические поиски также эффективны, однако водные ореолы для ряда металлов короткие (за счет осаждения элементов из минерализованных вод). Zn, Мо, S042" накапливаются в минерализованных водах за счет испарения и других процессов, образуя безрудные аномалии.

 

Каиндинские ландшафты значительно разнообразнее, чем кучукбайские (сложнее история, больший возраст ландшафтов и большее количество информации в них). Имеются виды, где на водоразделах преобладает площадная древняя кора выветривания и виды, где она полностью смыта и лишь местами встречается линейная кора. В древних долинах одних ландшафтов с поверхности залегают неогеновые глины, в других — они перекрыты маломощными четвертичными отложениями.

 

Ландшафты I рода развиты в равнинных областях, сложенных мощной толщей осадочных пород (Прикаспийская и Причерноморская низменности, Тургайская впадина, Северный Казахстан и др.). Северные сухие степи I рода в геохимическом отношении отличаются от каиндинских ландшафтов. В них в миграцию, как правило, вовлечены морские соли осадочных пород, здесь особенно много солончаков, солонцов, соленых озер. Темнокаштановые почвы солонцеваты, роль натрия повышена по сравнению с ландшафтами складчатых областей.

 

Южные сухие степи

 

Они отличаются более сухим климатом и, соответственно, меньшей интенсивностью бика, меньшим накоплением гумуса, более слабым стоком, широким развитием светлокаштановых почв. Подзона южных сухих степей в России и Казахстане простирается от Прикаспийской низменности до Зайсанской котловины и характеризуется наибольшим распространением солонцового процесса. Здесь много типичных солонцов, почти все светлокаштановые почвы солонцеваты. Систематика южного семейства аналогична северному, однако кальциевый класс здесь менее распространен. В Са—Na-классе имеются аналоги кучукбайских и каиндинских ландшафтов.

 

Во впадинах, окруженных гранитными массивами, широко распространены полимиктовые песчаные отложения. При их выветривании происходит мобилизация натрия, на осушенных террасах озерных впадин преобладают солонцы с анионофильной специализацией видов сложноцветных и маревых, создаются особенно благоприятные условия для латеральной миграции анионогенных микроэлементов. Так, в ландшафтах эолово-аккумулятивных равнин Жаильминской впадины в юго-западной части Центрального Казахстана в подчиненных содово- солончаковых почвах накапливаются бор (в 4—5 раз больше, чем в почвах автономных ландшафтов); в солонцах по периферии озерных впадин — хром, серебро, ванадий; в донных осадках соленых озер — бериллий, молибден, скандий. Для катионогенных элементов латеральная миграция в содовой среде не характерна, и они не накапливаются в почвах подчиненных ландшафтов.

 

Особенно четко миграция элементов "содового" комплекса видна на фоне слабой подвижности катионогенных элементов при анализе их подвижных форм (9.11).

 

Геохимические проблемы здоровья населения и сельского хозяйства в сухих степях

 

В медико-геохимическом отношении сухие степи отличаются избыточностью некоторых элементов и связанной с ней заболеваемостью уролитиазом, местами флюорозом. Избыточность особенно сильно проявляется в районах рудных месторождений.

Важнейшая проблема развития сельского хозяйства в сухих степях — преодоление дефицита воды. Экономное расходование влаги атмосферных осадков (снегозадержание и др.), использование наиболее засухоустойчивых сортов позволяют возделывать культурные растения в автономных ландшафтах северных сухих степей. Южные сухие степи на светлокаштановых почвах нуждаются в орошении. Однако и в северных степях полное решение проблемы земледелия связано с искусственным орошением. Дефицит воды во многих районах сдерживает развитие

 

Почвы и воды сухих степей сравнительно богаты большинством биологически ценных элементов, но и здесь наблюдается дефицит некоторых из них, особенно N и Р. В засушливые периоды года и особенно в засушливые годы в пастбищных растениях понижается содержание Р, что отражается на домашних животных. Не хватает также Са и NaCl (необходима минеральная подкормка). В некоторых районах дефицитны Mn, J, Си, Со.

Не менее характерен для сухих степей избыток ряда элементов. Это относится как к макро-, так и к микроэлементам. Известны ландшафты с избытком Mo, Sr, Ва, Se.

 

Районы медных, свинцовых, цинковых и прочих месторождений в сухих степях заслуживают изучения с точки зрения избытка элементов и борьбы с заболеваниями культурных растений и домашних животных. Не исключено, что повышенное содержание некоторых микроэлементов оказывает и положительное влияние на качество мяса, шерсти, молока, зерна. Изучение геохимии микроэлементов в сухих степях с этих позиций имеет большое практическое значение.

 

 

 

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