Практические аспекты геохимии ландшафта

Агротехника возделывания сельскохозяйственных культур в сухих саваннах такая же, как и в ландшафтах влажных тропических лесов. Известкование почв прово­дить не рекомендуется, так как коагуляция коллоидных частиц осуществляется полуторными окислами, а не кальцием. Не следует вносить физиологически кислые удобрения, чтобы не создавать излишнего избытка ионов водорода.

В сухой тропической саванне условия выращивания сельскохозяйственных культур менее благоприятны, хотя миграция элементов за пределы ландшафта и вынос их С урожаем выражены слабее. Возрастает роль орошае­мых культур. Химическая мелиорация такая же, как в высокотравной саванне. В более засушливых местах удобрения перед внесением следует растворять в воде. При орошении необходимо проводить глубокий дренаж ВО избежание засоления почв. Вносимые органические удобрения быстро минерализуются.

Сухие степи субтропического пояса

Сухие степи субтропического пояса встречаются в Се­верной Америке, Малой Азии, в предгорьях Средней Азии, Центральной Азии, в Южной Америке. Геохимиче­ская характеристика субтропических степей дается на примере предгорий Средней Азии.

Гидротермические условия способствуют минерализа­ции органического вещества, гумификация выражена слабо. Геохимические процессы активизируются в период выпадения осадков. Средняя температура самого холод­ного месяца около 2°, самого жаркого 25°. Количество вы­падающих осадков (200—600 мм в год) совпадает с ве­личиной испарения и в 7 раз превышает величину испа­ряемости, поэтому складывается интенсивный выпотной режим. Биологически активный период длится 50—100 дней.

Кора выветривания и почвообразующие породы со­стоят преимущественно из лессовидных суглинков и лес-сов. Из высокодисперсных минералов преобладают гид­рослюды, глубже по профилю — монтмориллонит, мало каолинита. Разложение гидрослюд практически слабо выражено, но при орошении этот процесс ускоряется. По­роды содержат много калия (2—4%), кальция, магния. В коре выветривания и почвах образуются горизонты аккумуляции карбонатов и гипса.

Почвы представлены сероземами, которые формиру­ются в предгорных районах на высоте от 200—400 до 1200—1600 м. Содержание гумуса 1—4%, содержание гу-миновых и фульвокислот примерно одинаковое. В гуму­совом горизонте биогенно аккумулируются все химиче­i кие элементы. Накопление глинистых частиц в иллю­виальном горизонте за исключением орошаемых серозе­мов практически отсутствует. Таким образом, продукты различных процессов не перемещаются по профилю, на-блюдается лишь слабая миграция легкорастворимых со-лей, поскольку атмосферные осадки проникают в почву только до глубины 1—2 м. В тонкодисперсной фракции интенсивно аккумулируются оксиды Mg, Mn, Fe, Р, Al, К, Ti, средне аккумулируются оксиды кремния, кальция, слабо — натрия. В местах максимального выпадения осадков почвенные горизонты содержат мало легкораст­воримых солей и гипса. Реакция почв нейтральная или слабощелочная.

В супераквальных ландшафтах со слабым грунтовым увлажнением распространены лугово-сероземные почвы при глубине залегания грунтовых вод от 2,5 до 5 м. Вос­становительная глеевая обстановка слабо выражена. Разложение органического вещества и синтез гумуса протекают интенсивно, образуется 3—6% гумуса, отно­шение .между гуминовыми и фульвокислотами близко к единице. Жесткие грунтовые воды способствуют отложе­нию мергеля с содержанием карбонатов до 40—55%, Которые частично выносятся вглубь по профилю.

Воды имеют повышенную минерализацию (300— 600 мг/л и более). По химическому составу они гидро-к а рбонатно-сульфатно-кальциево-натриевые, местами I \ льфатно-хлоридно-натриево-кальциевые. Среди катио­нов преобладают кальций (40—154 мг/л), магний (7 29), натрий + калий (3—75), среди анионов — суль­фаты (70—317), гидрокарбонаты (80—225), хлор (^!> 30 мг/л). Максимальная минерализация воды в ме-кснь, минимальная — в период летних паводков при гаянии снега в горах. Реакция воды слабощелочная, рН 7,6—8,5.

Растительность эфемеро-эфемероидного типа. В степ­ных растениях по сравнению с луговыми лесной зоны накапливается больше белков и сахара. Биомасса расти-гельных сообществ около 150 ц/га. Прирост и опад близ­ки к биомассе, lg П : lg Б = 0,95—0,97. В структуре био-(ассы преобладает корневая система, которая состав-сит примерно 90%, на долю надземной части приходит-| лишь около 10%. Азот и зольные элементы составляют около 12 ц/га, но на зеленую часть приходится 3%. I on адом возвращается 4,2 ц/га азота и зольных элемен­тов, или 35%, из них на долю корневых остатков прихо­дится 94%. Средняя зольность опада 6%.

Практические аспекты- геохимии ландшафта. Пло­щадь пашни в Средней Азии в пределах субтропиче ских степей составляет 17,9%, всех сельскохозяйствен­ных угодий — 72,3%. Земледелие орошаемое и богар­ное. Возделываются хлопчатник, кукуруза, люцерна^ овощи и другие культуры, в богарных условиях — пше­ница, ячмень. Часть почв требует сложных мероприя­тий по борьбе с засолением. Эффективность удобрений на орошаемых почвах высокая, на малоокультуренных наиболее эффективны фосфорные удобрения, а также азотные, органические и сидераты. В пределах полу-гидроморфных высокоокультуренных почв на урожай положительно действуют бор, молибден и марганец. Для Кура-Араксинской низменности Закавказья харак­терно содовое засоление почв, оказывающее отрица­тельное воздействие на продуктивность растений.

Биогеохимические эндемии в ландшафтах сухих субтропических степей не изучены. Поиски полезных ископаемых можно проводить с использованием всех ландшафтно-геохимических методов.

Систематика. В ландшафтах субтропических степей Средней Азии можно выделить три семейства: а) на светлых сероземах с менее интенсивным биологиче­ским круговоротом; б) на типичных сероземах со сред­ним биологическим круговоротом; в) на темных серозе­мах с интенсивным биологическим круговоротом.

В элювиальных ландшафтах господствует кальциевый класс водной миграции. Геохимическая характеристика этого класса соответствует общей геохимической харак­теристике сухих субтропических степей. В суперакваль-ных ландшафтах формируется кальциевый глеевый класс, в Кура-Араксинской низменности местами содовый.

Луговые степи суббореального пояса

Ландшафты луговых степей, простираясь в широт­ном направлении с запада на восток в пределах СССР, разделяют ландшафты с кислой реакцией в гумидном климате, расположенные севернее, и ландшафты со ще­лочной реакцией в аридном климате, встречающиеся южнее.

Гидротермический режим ландшафтов луговых сте­пи! способствует созданию более высокой биологической продуктивности растений, чем в сухих субтропических I гепях. Это обусловлено умеренным сочетанием тепла и влаги. Благоприятное сочетание тепла и влаги обеспечи­вает слабую водную миграцию химических элементов по профилю почв и коры выветривания и их высокую биогенную аккумуляцию, а также накопление гумуса. Средняя температура самого холодного месяца колеб­лется от —5 до —20°, самого теплого — от 18 до 23°. ()садков выпадает 350—550 мм в год, что соответствует испарению и несколько ниже испаряемости (600— В00 мм). Водный режим в луговых степях непромывной.

Кора выветривания представлена лессовидными су-| липками и глинами, местами сложена лессом. Супесча­ные и песчаные породы встречаются реже. Рост содер­жания кальция, магния и уменьшение содержания крем­ния в коре выветривания позволяют отнести ее к сиаллит-110 карбонатной.

Почвы. Лугово-степные ландшафты формируются на черноземных почвах, где условия увлажнения более вы-сокие. С севера на юг постепенно сменяют друг друга подтипы оподзоленных, выщелоченных, типичных, обык­новенных черноземов. В пределах распространения юж­ных черноземов гидротермические условия и геохимиче­ские процессы имеют большее сходство с аналогичными процессами в ландшафтах сухих суббореальных степей. I , севера на юг уменьшается выщелоченность почвенного Профиля черноземов по глубине. Характерна интенсив-паи аккумуляция элементов биогенным путем в пере-Гпойном и иллювиальном горизонте. Химический состав [инеральной части почвы по профилю не подвергается Изменениям. Макроэлементы образуют следующий убы-I поищи геохимический ряд по величине элювиально-ак­кумулятивного коэффициента:

Периодическое глубокое промачивание приводит к вы­тку легкорастворимых солей из почвы и коры выветри­вания. Карбонаты выщелочены на глубину гумусового Горизонта. Илистая фракция представлена гидрослюди стыми минералами и монтмориллонитом, очень мало каолинита и хлорита, состав фракции однороден по про­филю. Микроэлементы аккумулируются в гумусовом го­ризонте. Реакция в почве нейтральная, поэтому в раст­воримой форме содержится мало Р, Mn, Zn, Си, В, Fe, Со.

Воды по химическому составу гидрокарбонатно-каль-циево-магниевые и относятся к пресным со средней ми­нерализацией (450 мг/л). Содержат небольшое количе­ство коллоидных частиц и органического вещества, по­этому прозрачны, имеют низкую цветность и перманга-натную окисляемость (4—10 мг 0₂/л). Реакция слабо­щелочная, рН 8,0—8,5. Содержание растворимого в воде кислорода среднее (10—12 мг/л), углекислого газа — 1,4—2,2 мг/л. По мере уменьшения влажности в луго­вых степях минерализация вод увеличивается до 1 г/л, заметно повышается содержание ионов хлора, сульфата, натрия, а также жесткость воды, уменьшается содержа­ние железа. Гидрохимический режим вод по сезонам го­да и гидрологическим фазам имеет те же закономерно­сти, что и для лесных ландшафтов.

Воды пресных озер гидрокарбонатно-кальциевые, со­леных— гидрокарбонатно-натриевые, сульфатные. Сре­ди донных озерных отложений встречаются сапропели­та, сода, гипс. Илы силикатно-карбонатные, иногда с за­пахом сероводорода, содержат до 60—80% кремния и кальция, до 3% гидротроилита, 4—15% органического вещества.

Растительность. В ландшафтах луговых степей пре­обладает разнотравно-злаковая ассоциация. Видовое разнообразие растений высокое (до 70 видов на 1 м²). По обобщенным данным для луговых степей Русской равнины и Западной Сибири биомасса составляет 230 ц/га, для галофитных солонцеватых степных сооб­ществ — 306 ц/га. В структуре биомассы на долю зеле­ной части приходится 37—80 ц/га, или 16—35%, кор­ней — 150—200 ц/га, или 65—84%. Корневая система травянистых растений лучше развита в ландшафтах ев­ропейских луговых степей, а надземная часть — в ланд­шафтах луговых степей Западной Сибири. На опад при­ходится 44—57% биомассы. В биомассе удерживается 10,5—11,6 ц/га азота и зольных элементов, с опадом воз­вращается в 2 раза меньше (5,81—5,87 ц/га). Средняя зольность опада в европейских луговых степях 4,4%, в1ападной Сибири — ниже (3,2%). Скорость разложе-мм',1 органических остатков отстает от поступления, по­тому образуется дернина, достигающая 80—100 ц/га (степной войлок). Интенсивность биологического круго­ворота 1,5.

Основные семейства травянистых растений степных [аидшафтов различаются по потреблению химических '.чементов: злаки с высоким накоплением кремния, бобо­вые с повышенным содержанием калия, кальция, азота, разнотравье, аккумулирующее в значительной степени | ют и кальций. Содержание зольных элементов и азота в корнях травянистых растений несколько ниже, чем в юленой части. Для смешанных луговых сообществ ве-Iупиши элементами являются азот, кремний, кальций, калий. Кремний составляет 33—50% от веса всей золы, кальций 10—25%, азот — 22—28%. Такое содержание | юта и зольных элементов определяет тип химизма ра-I гений как азотно-кремниевый, среднезольный. Геохи-|пвеские ряды элементов, аккумулирующихся в расте­ниях, выглядят следующим образом:

Для растений луговых степей характерны следующие одномерности распределения элементов: 1) несмотря hi широкий диапазон изменений экологических условий химический состав растений одного вида достаточно ста­билен; 2) химический состав растений одного вида в од­ним биогеоценозе, но в разных фазах развития отлича­ется сильнее, чем этого же вида в одной фазе, но в раз-Иых биогеоценозах; 3) совокупность концентраций Si, К, Са, Mg, Na, С1 в составе растений служит их видовым И систематическим признаком (состав элементов вида Отличается от состава рода, состав элементов рода от

■ остава семейства и т. д.); 4) концентрация химического мюмента в каждом конкретном растении зависит от воз­раста, фазы развития и физиологического состояния;

) фитоценозы по химическому составу различаются тем

■ ильнее, чем больше различия между почвами, на кото­рых они произрастают (А. А. Титлянова, 1979).

Закономерности распределения и миграции химиче-■ их элементов в степной растительности приводим по данным, полученным на Харанорском стационаре в Си­бири (В. А. Снытко, 1978). Изучены 6 фаций, образую­щих двасредней величине надземной био­массы и степного войлока фации можно расположить в следующий ряд: III>IV>V>II>VI>I (максимальная в полугидроморфном днище пади).

Аккумуляция химических элементов в биомассе по фациям в сопряженном геохимическом ряду представ

ляет собой пеструю картину. Это объясняется различ­ным видовым составом растений, а также их индиви­дуальными особенностями по аккумуляции элементов в каждой фации. Распределение элементов между надзем­ной и подземной частями биомассы не одинаково. В над­земной части биомассы по всем фациям преобладает магний, фосфор, хлор; как в подземной, так и в надзем­ной биомассе могут накапливаться N, Si, Са, Fe, Al, S.

Микроэлементы накапливаются растениями избира­тельно: титан в хамеродосе и тырсе, марганец — в тип­чаке, востреце, вейнике, никель и медь — в пижме, строн­ций — в тырсе, барий — в хамеродосе.

По показателям ежегодного возвращения в почву микроэлементы образуют следующий геохимический ряд: Mn>Ba>Sr>Ti>Cu>№ (с незначительными от­клонениями по фациям). В полугидроморфной фации днища пади возвращается больше марганца, в транс­элювиальной разнотравно-тырсовой — Ва, Ti, Sr, возвра­щение меди и никеля практически одинаковое по всем фациям.