LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 23
(всего 27)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

0,6
28,0
1,4
36,0
1,8
Sn
3,5
7,0
4,0
8,0
1,5
3,0
Zr
4,2
1,6
9,0
3,5
2,0
0,8
Mn
158,0
16,0
94,0
9,4
126,0
13,0

Условные обозначения: 1 — концентрация (мкг/л); 2 — отношение данной концентрации элемента к его средней концентрации в реках мира.

Средняя концентрация цинка составляет (мкг/л): в воде лесных ландшафтов —11, лесостепных — 28, степных — 36. Для стронция соответственно: 36; 68; 128. Вместе с тем концентрация некоторых элементов (например, циркония) изменяется незакономерно, а концентрация марганца в воде лесной зоны выше, чем в степной.
Коэффициент водной миграции Кк некоторых химических элементов в поверхностных и грунтовых водах аридных регионов ниже, чем в воде лесной зоны. Очевидно, это обусловлено двумя причинами. Во-первых, в лесных почвах в процессе жизнедеятельности микроорганизмов синтезируется большое количество растворимых гумусовых кислот, которые образуют комплексные соединения с тяжелыми металлами и некоторыми другими рассеянными элементами и являются главным фактором их водной миграции. Во-вторых, в аридных ландшафтах из-за недостаточного атмосферного увлажнения значительная часть водорастворимых форм элементов, сосредоточенных в верхнем горизонте почв, не вовлекается в водную миграцию.
Отсутствие древесной растительности, слабое покрытие почвы травянистой и полукустарничковой растительностью способствуют захвату значительных масс почвенных частиц в атмосферную миграцию. То обстоятельство, что в поверхностном горизонте почв сухих степей и пустынь сосредоточено значительное количество водорастворимых форм элементов, обусловливает их активное поступление в атмосферу.
Слабая интенсивность водной миграции некоторых химических элементов в аридной зоне и накопление их в составе водорастворимых солей и дисперсных частиц на поверхности почвы имеет важное значение для геохимии аэрозолей. Развитие растительности и биогеохимические процессы, протекающие в почве, в значительной мере определяют геохимию континентальных аэрозолей. Средняя минерализация атмосферных осадков, выпадающих в зоне бореальных лесов Восточно-Европейской равнины, — около 17 — 20 мг/л, на территории степей — 45 — 50 мг/л, а в пустынях — более 150 мг/л.
Несмотря на уменьшение количества атмосферных осадков на аридной территории по сравнению с лесной зоной, засушливые ландшафты получают из атмосферы больше солей, чем районы избыточного увлажнения.
На основании данных В. П. Зверева и В. 3. Рубейкина (1973) можно считать, что в бореальные леса поступает с атмосферными осадками солей в среднем от 7 до 10 т/км2, в степях — около 18 т/км2, в пустынях — 22 т/км2 в год.
Минерализация атмосферных осадков сложно связана с содержанием рассеянных элементов. Концентрация многих элементов в осадках сильно колеблется без видимых закономерностей, но содержание таких элементов, как кальций, натрий, стронций, отчетливо возрастает по мере увеличения общей минерализации. Учитывая, что содержание водорастворимых форм рассеянных элементов составляет в среднем около 50%, очевидно, что общая масса рассеянных элементов в приземном слое тропосферы над аридными регионами значительно больше, чем над лесной зоной.
Большая часть континентальных аэрозолей захватывается ветром с поверхности почв и растений и многократно выпадает и поступает в атмосферу аридного региона. В связи с этим имеет смысл оценить глобальную миграцию масс пыли, главным источником которой являются сухие степи и пустыни. Результаты систематических наблюдений за переносом и осаждением пыли на всех континентах пока отсутствуют. Имеются сведения лишь для отдельных, преимущественно аридных регионов. Более полные данные есть для океана.
Среднее значение осаждения минеральной пыли над пелагической частью Мирового океана составляет около 3 т/км2 в год. Пелагиаль занимает примерно 90% всей акватории (324Ч106 км2), циркумконтинентальная зона шельфа — 10% (36Ч106 км2). Площадь материковых ледников (главным образом Антарктиды) равна 15Ч106 км2. Следовательно, на поверхность пелагиали океана и ледников выпадает 1,1Ч109 т континентальной пыли, на поверхность океана в зоне шельфа — 0,540Ч109 т, всего около 1,7Ч109 т/год.
За пределы Мировой суши выносится около '/з массы пыле-ватых частиц, поступающих на протяжении года в тропосферу. Главным источником пыли, областями развеивания являются аридные регионы, поверхность которых лишена покрова растительности, предохраняющей от выдувания тонких частиц ветром. Масса пыли, ежегодно захватываемая в тропосферу с поверхности суши, близка к 5,5Ч109 т. Если эту массу полностью отнести к территории аридных регионов, площадь которых равна примерно 60Ч106 км2, то среднее значение захвата пыли с единицы площади аридных ландшафтов составляет около 90 т/км2 в год. В действительности этот показатель несколько меньше в силу того, что некоторое количество пыли захватывается также с поверхности регионов с гумидным климатом. С учетом имеющихся данных можно предположить, что значение модуля ежегодного захвата пыли с единицы площади аридной территории должно быть не менее 70 т/км2.
Среднее значение осаждения пыли на суше вне областей развеивания на поверхность гумидных ландшафтов, не нарушенных человеком, составляет 18 — 20 т/км2 в год, а общая масса равна (1,3— 1,5)Ч109 т в год. Как отмечено выше, с суши в океан выносится около 1,7Ч109 т пыли в год. Следовательно, на поверхность аридных регионов возвращается не менее 2,5Ч109 т пыли, или около 40 т/км2 в год. Движение таких огромных масс дисперсного минерального вещества не может не отразиться на биогеохимических процессах. Постоянное присутствие значительного количества включений высокодисперсных минеральных частиц в наружных тканях растений сухих степей и пустынь является важным, но неизученным фактором биогеохимических циклов маcсообмена химических элементов. Особо важное значение этот фактор имеет для рассеянных элементов.

Рекомендуемая литература

Глазовский Н. Ф. Современное соленакопление в аридных областях. — М.: Изд-во МГУ, 1987. - 192 с.
Добровольский В. В. Характерные черты биологического круговорота химических элементов в пустынях Южной Монголии // Вестник МГУ. — Сер. почв., 1992. - №4.— С. 3-17.
Казанцева Т.Н. Распределение и динамика продуктивности подземной фитомассы // Пустыни Заалтайской Гоби. Природные условия, экосистемы и районирование. — М.; Наука, 1986. — С. 106— 114.
Касимов Н. С. Геохимия степных и пустынных ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1988.-С. 254.
Родин Л.Е., Базилевич Н.И., Градусов Б. П., Ярилова Е.А. Засушливая саванна Раджпутана (пустыня Тар) // Аридные почвы их, генезис, геохимия, использование. — М.: Наука, 1977. — С. 196 — 225.
Скарлыгина-Уфимцева М.Д., Черняков В.Б., Березкина Г.А. Биогеохимические особенности медно-колчеданных месторождений Южного Урала. - Л.: Изд-во ЛГУ, 1976. - 151 с.
Снытко В. А. Геохимические исследования метаболизма в геосистемах. — Новосибирск: Наука, 1978. — 148 с.

Контрольные вопросы

1. Охарактеризуйте структуру живого вещества аридного внетропи-ческого пояса.
2. Каковы крайние значения биомассы внетропических аридных экосистем?
3. Какие химические элементы являются типоморфными для экосистем аридного пояса?
4. Какие рассеянные элементы имеют важное биогеохимическое значение в аридных экогеосистемах?
5. В каком из поясов — аридном или гумидном внетропической суши атмосферная миграция элементов оказывает большее влияние на биогеохимические процессы? Аргументируйте заключение данными об атмосферной миграции масс.
6. Каково соотношение наиболее распространенных форм водной миграции металлов в природных водах аридного пояса: простых ионов, неорганических и органических комплексов?

Темы для самостоятельной работы

1. Составьте схему геохимического сопряжения элементарных экосистем степной зоны.
2. На основании данных, приведенных в разделе 13.4, сравните циклическую атмосферную миграцию масс твердых дисперсных частиц пыли и водорастворимых соединений в степной зоне в т/км2- год.










Глава 14
БИОГЕОХИМИЯ ТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА

Тропические ландшафты занимают огромную территорию. Их суммарная площадь (исключая каменистые и развеиваемые песчаные пустыни, в которых проявления жизни сильно угнетены) — около 40 млн км2. Это составляет более половины внегорной части всей суши. Тропические экогеосистемы в наибольшей мере обеспечены солнечной энергией. Пояс, расположенный между 30° с.ш. и 30° ю.ш., получает более половины всей энергии Солнца, поступающей на Землю. Благодаря этому биогеохимические циклы массообмена химических элементов при достаточном обеспечении водой протекают здесь наиболее активно. Вместе с тем специфика биогеохимических процессов в тропиках определена не только современными природными условиями, но и всем ходом развития этой территории. Глубокие изменения палеогеографических условий, охватившие на протяжении последних 1,5 — 2 млн лет внетропическую часть Земли, в острой форме не затронули тропическую сушу. Это также способствовало формированию определенных особенностей биогеохимии тропического пояса.

14.1. Биологический круговорот химических
элементов в распространенных тропических
растительных сообществах

Биоклиматические условия тропической территории весьма разнообразны. Представление о тропиках как о сплошной полосе джунглей не отвечает действительности. Меняющиеся соотношения атмосферных осадков и эвапотранспирации, длительности сухих и дождливых сезонов создают широкую гамму экосистем с разной степенью атмосферного увлажнения — от крайне засушливых, или пустынных ландшафтов до постоянно влажных тропических лесов. При наличии сезона, на протяжении которого испаряемость превышает количество осадков, существуют разреженные светлые высокотравные леса, которые при продолжительном сухом сезоне сбрасывают листву. Для более засушливых условий типичны редкостойные группы деревьев, чередующиеся с открытыми пространствами, покрытыми травянистой растительностью. С усилением аридности деревья сменяются зарослями колючих кустарников, а пышный покров высоких злаков — низкотравной растительностью с незначительной степенью покрытия почвы.
Соотношения площадей разной степени атмосферного увлажнения на континентах неодинаковы. Засушливые области занимают подавляющую часть Австралии, значительную часть Индии, но менее распространены в Южной Америке. В экваториальной полосе Африки, ограниченной 6° с.ш. и 6° ю.ш., площади разной степени атмосферного увлажнения распределяются следующим образом:
Годовое количество осадков, мм Площадь, % от всей территории

Более 1800 ..........................................................22
1000-1800..........................................................48
600-1000............................................................12
200-600 .............................................................16
200...................................................................... 2

Из приведенных данных следует, что влажные леса занимают всего около 1/5 экваториальной полосы Африки, а большая ее часть занята комбинацией светлых лесов и высокотравных саванн. На остальной территории распространены более или менее засушливые ландшафты, вплоть до почти пустынных, где выпадает менее 200 мм осадков в год.
Согласно данным Б.Г.Розанова (1977), зона распространения всех видов тропических лесов занимает 20 448 тыс. км2, или 13,33 % Мировой суши, зона саванн — 14259 тыс. км2 (9,56%), области тропических пустынь — 4506 тыс. км2, или 3,02 %. При этом не учитывались площади развеиваемых песков, безжизненных каменистых пустынь, солончаков.
Биологический круговорот элементов в тропических лесах. Постоянно влажные тропические леса — самая мощная растительная формация. Обилие тепла и влаги обусловливает самую большую биомассу среди биоценозов Мировой суши — в среднем 50 000 т/км2 сухого вещества, а в отдельных случаях до 170 000 т/км2. Фактором, лимитирующим рост биомассы, является необходимая для фотосинтеза световая энергия. С целью ее максимального использования под покровом деревьев высотой 30 — 40 м расположено еще несколько ярусов деревьев, приспособленных к рассеянному свету. Значительная часть отмирающих и опадающих листьев высоких деревьев перехватывается многочисленными эпифитами. По этой причине химические элементы, содержащиеся в листьях, вновь захватываются в биологический круговорот, не достигая почвы. Во влажных тропических лесах вегетация продолжается весь год. Годовая продукция в среднем равна 2500 т/км2.
Биогеохимическая специфика влажных тропических лесов заключается в том, что почти все количество химических элементов, необходимое для питания огромной массы растительности, содержится в самих растениях. Биогеохимический цикл массообмена сильно замкнут. Если вырубить дождевой тропический лес, то вместе с гибелью деревьев нарушится вся тысячелетиями создаваемая система биологического круговорота и под сведенным лесом останутся бесплодные земли.
Биогеохимическая ситуация в светлых сезонно увлажняемых листопадных тропических лесах и саваннах близка к таковой в лиственных лесах умеренного климата, но периоды подавления биогеохимических процессов обусловлены не понижением температуры, а отсутствием дождей и сезонным дефицитом влаги. Биомасса сухих саванн около 200 — 600 т/км2, масса годового спада составляет примерно 1/3 — 1/4 этого количества. Количество опада (менее 150 — 200 т/км2) отвечает условиям тропических пустынь. Биомасса листопадных тропических лесов разной степени увлажнения и высокотравных парковых саванн занимает промежуточное положение между постоянно влажными лесами и сухими саваннами.
Согласно данным Л.Е. Родина и Н.И.Базилевич (1965) распределение и динамика масс в растительности постоянно влажного тропического леса характеризуется следующими показателями (т/км2):

Биомасса:...............................................................................52000
азот........................................................................................294
зольные элементы................................................................814
Годовая продукция: ...............................................................3250
захват азота............................................................................43
захват зольных элементов................................................... 160
Опад:........................................................................................2500
азот........................................................................................26
зольные элементы................................................................128
Средняя зольность опада, %...................................................4,8

Концентрация химических элементов в древесине стволов и ветвей тропических деревьев, как правило, более низкая, чем в листьях, которые образуют основную массу опада. Концентрация азота в древесине редко достигает 0,5 % массы сухого вещества, а в листьях — около 2 %. В листьях обычно в несколько раз выше, чем в древесине, концентрация кальция, калия, магния, натрия, кремния, фосфора (табл. 14.1). Содержание элементов в листьях деревьев и травянистой растительности, обильно представленной в светлых листопадных лесах, слабо различается. Концентрация большей части рассеянных элементов в листьях деревьев и травах также более высокая, чем в древесине, хотя бария и особенно стронция больше в древесине.
Таблица 14.1
Концентрация зольных элементов в экваториальной растительности
Восточной Африки, % сухой массы (по В.В.Добровольскому, 1975)

Номер
образ-
ца


Химический элемент









«Чистая зола»


При-
месь
минеральных
частиц

Si

А1

Fe

Mn

Ti

Ca

Mg

Na

P

S



52
2,27
0,41
0,40
0,008
0,006
0,24
0,12
0,03
0,06
0,01
7,29
3,21
76
0,05
0,01
0,02
0,001
0,001
0,29
0,02
0,01
0,02
0,04
0,79
0,40
42
1,06
1,87
1,48
0,05
0,07
0,45
0,27
0,22
0,06
0,04
9,07
11,33
210
0,69
0,01
0,08
0,02
0,001
0,08
0,08
0,05
0,08
0,06
6,32
0,68

Примечание. Образцы: 52 — разреженный травянистый покров низкотравной саванны с преобладанием представителей родов Sporobolus, Cynodon, Kyllinga, Северо-Западная Танзания; 76 — ствол Podocarpus, дождевой лес южного склона Килиманджаро, Танзания; 42 — лесная подстилка дождевого леса южного склона Килиманджаро, Танзания; 210 — стебли папируса (Cyperuspapyrus), пойма Белого Нила вблизи истока из озера Альберта, Уганда.

На основании имеющихся данных среднее значение суммы зольных элементов в биомассе постоянно влажного тропического леса принято равным 800 т/км2, масса этих элементов, вовлекаемая в биологический круговорот, соответствует 150 т/км2 в год. Для светлых лесов средние значения составляют соответственно 200 и 50.
Исходя из этих цифр определены ориентировочные значения масс рассеянных элементов, ежегодно вовлекаемых в биологический круговорот (табл. 14.2).
Таблица 14.2
Массы рассеянных элементов, вовлекаемые в биологический круговорот в тропических лесах, кг/(км2 • год)

Химический элемент
Постоянно влажные тропические леса
Сезонно увлажняемые тропические леса и парковые саванны
Fe
600,0
200,0
Mn
615,0
205,0
Sr
105,0
35,0
Ti
97,0
32,0
Zn
90,0
30,0
Ba
67,0
22,0
Cu
24,0
8,0
Zr
22,0
7,5
Ni
6,0
2,0
Cr
5,2
1,7
V
4,5
1,5
Pb
3,7
1,2
Co
1,5
0,5
Mo
1,5
0,5
Sn
0,75
0,25
Ga
0,15
0,05
Cd
0,11
0,035
Средняя зольность, %
4,6
4,0-5,0
Захват суммы зольных элементов, т/(км2 • год)
150
50

Уровни концентрации рассеянных элементов в почвообразую-щем субстрате разных районов тропической суши неодинаковы. Это отражается на содержании элементов в растениях. Например, в Восточной Африке в злаковых травах, собранных на площади распространения кристаллических пород докембрийского фундамента, концентрация меди равна 71Ч10-4 %, в аналогичных травах на площади распространения вулканических лав — 120Ч10-4 %. Концентрация цинка меняется от 120Ч10-4 до 450Ч10-4 %, титана — от 200Ч10-4 до 1800Ч10-4 % соответственно.
В табл. 14.3 показано содержание рассеянных элементов в золе трав и ветвей деревьев (акаций) из саванн Восточной Африки. Тяжелые металлы сильнее аккумулируются в травах, барий и стронций — в деревьях. Концентрация последнего возрастает с усилением засушливости. В аридных районах Южной Танзании обнаружена концентрация стронция в золе ветвей баобаба около 4500 мкг/г, в ветвях акаций в 3 раза больше.
Таблица 14.3
Интенсивность биологического поглощения и концентрация
рассеянных элементов в золе трав и деревьев саванн Восточной Африки (по В.В.Добровольскому, 1973)

Химический элемент
Концентрация, мкг/г

Коэффициент биологического поглощения


травы
Ветки
акации
травы
ветви
акации
Ti
1140
230
од
0,03
Мn
1880
943
1,9
0,9
V
59
45
0,3
0,2
Сг
28
12
0,2
0,08
Ni
39
144
0,6
2,0
Со
20
12
0,6
0,4
Сu
85
39
1,5
0,7
Рb
34
21
1,5
0,9
Zn
118
79
1,2
0,8
Mo
57
6
7,1
0,8
Nb
59
18
0,9
0,3
Zr
165
92
0,5
0,3
Ga
36
4
1,6
0,2
Sr
450
3340
3,5
25,7
Ba
440
360
3,0
4,3

Надземная часть саванновых трав обладает высокой зольностью — от 6 до 10%, отчасти обусловленной примесью мелких частиц минеральной пыли, обнаруживаемой под микроскопом, а иногда и невооруженным глазом. Количество минеральной пыли составляет 2 — 3% от массы абсолютно сухого вещества надземной части трав. Примесь минеральной пыли сказывается на повышенной концентрации галлия, слабо поглощаемого растениями, но содержащегося в высокодисперсном глинистом материале, энергично переносимом ветром. Но даже после исключения нерастворимой силикатной пыли сумма зольных элементов в саванновых злаках в 2 раза больше, чем в злаках высокогорных лугов.
Наиболее активно в тропических биоценозах вовлекаются в биологический круговорот стронций, барий, марганец, цинк, медь молибден, никель независимо от их содержания в почвах и почвообразующих породах. Величина К5 этих элементов, как правило, больше единицы. Слабо вовлекаются в биологическую миграцию бериллий, цирконий, титан, ванадий. Эти общие черты неодинаково проявляются в разных ландшафтах. Интенсивность поглощения марганца и цинка травянистой растительностью горно-луговых ландшафтов Килиманджаро, располагающихся выше 3 тыс. м над уровнем моря, больше, чем поглощение травянистой растительностью светлых лесов и саванн плато Танганьики. В свою очередь, травянистая растительность саванн более интенсивно поглощает медь, никель и особенно молибден, К5 которого превышает 7. Относительно высокая величина К5 галлия, ниобия и некоторых других элементов в саванновых травах, возможно, связана с постоянным налетом тонкой силикатной пыли. Деревья горного постоянно влажного, «туманного леса» Килиманджаро более интенсивно поглощают тяжелые металлы (марганец, цинк, медь, свинец) по сравнению с деревьями сухих лесов плато Танганьики, где наиболее активно аккумулируется стронций.
Биологический круговорот элементов в тропических сухих лесах и саваннах. Немецкий геоботаник Г.Вальтер (1968) справедливо обратил внимание на неопределенность термина «саванна». Этим термином обозначают многочисленные варианты растительности тропического пояса, состоящей из самых разнообразных сочетаний деревьев, кустарников и трав. К саваннам относят небольшие светлые леса, чередующиеся с открытыми пространствами, покрытыми травянистой растительностью. Такие ландшафты существуют в условиях смены периода хорошего атмосферного увлажнения и сухого периода, не превышающего 4 мес. Вместе с тем к саваннам относят сильно засушливые территории с сухим периодом, продолжающимся 7—10 мес. В таких условиях не только деревья, но и многие травы не могут существовать, растительность представлена преимущественно зарослями колючих кустарников, находящихся большую часть года без листьев для уменьшения транспи-рации. По существу термином «саванна» обозначают тропические и субтропические лесостепи, существующие в широком интервале атмосферного увлажнения — от 200 — 300 до 1000 мм/год и более.
Количественное определение биомассы продукции и опада растительности саванн связано со значительными методическими трудностями. Поэтому большой интерес представляют результаты детального изучения биогеохимии засушливой саванны на западе Индии (Родин Л.Е. и др., 1977).
Изученная область известна под названием пустыни Тар и представляет собой низменную аллювиальную равнину, образованную рекой Инд. Количество осадков в пределах области меняется от 200 до 600 мм/год. Растительность представлена редкостоящими деревьями (виды Acacia, Prosopis spicigera, Salvadora persica), кустарниками и злаковыми травами. На песчаных отложениях деревья отсутствуют и ландшафт приобретает облик пустыни. Опус-тыненность территории является результатом влияния человека. В 326 г. до н.э., когда армия Александра Македонского подошла к Инду, здесь существовали садовые леса, от которых в настоящее время не осталось и следа.
Структура массы растительности сухой саванны показана в табл. 14.4. Из приведенных данных следует, что биомассу растительности саванны, равную 2680 т/км2, составляют преимущественно деревья. Деревьям принадлежит 60 % всей корневой массы и 98 % надземной массы растительного сообщества саванны.
В то же время основную часть ежегодной продукции сообщества обеспечивают травы. В общей массе продукции сообщества на долю трав приходится 76 % прироста зеленых органов растений и 83 % прироста корней. Следовательно, главное значение в вовлечении масс химических элементов в биологический круговорот в экогеосистемах тропической лесостепи (саванны) имеет травянистая растительность.

Таблица 14 4
Структура массы растительного сообщества сухой
саванны Раджпутана



Биомасса

Продукция


т/км2
%
т/(км2 год)
%
Зеленые части растений

<< Пред. стр.

страница 23
(всего 27)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign