Практические аспекты геохимии ландшафта

Агроценозы сухих степей суббореального пояса за­нимают 22% от их общей площади. Период вегетации па юге Украины 180—190, в Казахстане 150—160 дней. Теплообеспеченность почв высокая. Почвы характеризу­ются низким содержанием подвижных форм фосфора, калия. В условиях орошения эффективность азотных и фосфорных удобрений возрастает, калий дает незна­чительные прибавки урожая. Широко распространено явление вторичного засоления солонцеватых лугово-каштановых почв. Бесполивное земледелие характери­зуется неустойчивостью урожаев.

В ландшафтах сухих степей суббореального пояса в зависимости от состава пород и особенностей миграции элементов создаются условия, при которых возможны биогеохимические эндемии, связанные чаще всего с из­бытком отдельных элементов. Очаг эндемического флю­ороза у г. Щучинска Казахской ССР обусловлен нали­чием в породах Кокчетавского горного массива фторсо-дсржащих минералов (слюды, криолита, флюорита), поэтому среднее содержание фтора в местных гранитах (0,055%) почти в 2 раза выше его кларка. Это отража­ется на повышенном содержании фтора в почвах (0,063%), донных отложениях озер, растениях, водах, продуктах питания. При оптимальной концентрации фто­ра в воде 1 мг/л содержание его в поверхностных почвен-

В ландшафтах сухих степей суооореального пояса выделяется два семейства — северное и южное; остров­ные массивы в Закавказье, Восточной Сибири выделя­ются в самостоятельные семейства.

Основным классом водной миграции в сухих степях суббореального пояса в элювиальных элементарных ландшафтах является кальциево-натриевый класс. Ха­рактеристика этого класса водной миграции дана в об­щей геохимической характеристике ландшафтов сухих степей суббореального пояса.

В супераквалыюм ландшафте формируется кальцие-во-натриево-глеевый (Са — Na — Fe) класс. К выходу сульфидных пород приурочен сернокислый, а сульфат­но-натриевых — содовый глеевый (Na — ОН — Fe).

Кальциево-натриево-глеевый класс водной миграции формируется при глубине залегания грунтовых вод 3— 5 м от поверхности. Водный режим неустойчив с чередо-"^лтгл" т/потт/лппрмрццыу прпипяоя обильного увлажне­

щего розовые лепестки вместо синих. Однако число таких экземпляров невелико и достигает 5% от общего количества. Для всех видов растений, произрастающих в пределах первичного ореола рассеяния, характерно по­вышенное содержание Си, Zn, Pb, Fe, Mg, Ti, Ba, Sr в золе. В данных условиях концентрация рудообразующих элементов в компонентах ландшафта не приводит к об­разованию биогеохимической эндемии (М. Д. Скарлы-гина-Уфимцева, В. Б. Черняхов, Г. А. Березкина, 1976).

5. Геохимия ландшафтов пустынь и тундровых ландшафтов:

Геохимия ландшафтов пустынь

Ландшафты пустынь встречаются в различных поя­сах земного шара и в зависимости от внешних факторов миграции элементов различаются по показателям био­логического круговорота и геохимическим особенностям почв, пород, вод, растений. Территория аридных пустынь занимает около 22% площади суши. Обширные участки ландшафтов пустынь встречаются в Африке, Азии, Авст­ралии, Антарктике и Арктике. Наибольшую площадь пустыни занимают в тропиках (17 млн. км²), в субтропи­ческом и суббореальном поясе ландшафты пустынь за­нимают примерно одинаковые площади (по 7 млн. км²). На обширной территории пустынь проживает только 4% населения. Под орошаемое земледелие можно использо­вать лишь 3% площади пустынь. В группе ландшафтов пустынь выделяются следующие типы: пустыни субтро­пического и тропического пояса, пустыни суббореально­го пояса, пустыни холодного пояса, высокогорные пус­тыни.

Пустыни субтропического и тропического пояса

Гидротермические условия ландшафтов характеризу­ются следующими данными. Средние температуры само­го холодного месяца в тропической пустыне 7—35°, в суб­тропической— 3—19°. Средняя температура самого теп­лого месяца в тропической пустыне колеблется от 35 до 45°, в субтропической пустыне — от 25 до 35°. Макси­мальное количество осадков — 200—250 мм в год, испа­рение — 0—150 мм в год, испаряемость —2000— 2500 мм в год. Господствует выпотной водный режим, с которым связана миграция элементов с грунтовыми

подами вверх по профилю почв и коры выветривания. 11ромачивание почвогрунтов в период выпадения осад­ит незначительное, поэтому миграция элементов вниз по профилю почвы и коры выветривания отсутствует. Основные формы миграции элементов в пустыне — био­генная, атмосферная и механическая эоловая. Резкий контраст температуры в течение суток, недостаток или Отсутствие влаги замедляют геохимические и биохимиче­ские процессы и активизируют физические процессы (растрескивание пород, механическое дробление). Ос­новным фактором, тормозящим прогрессивное развитие ландшафтов пустынь, является острый дефицит влаги.

Кора выветривания в пустынях тропиков и субтропи­ков маломощная, формируется за счет растрескивания пород механическим путем. Изоморфизм, гидролиз, хи­мическая денудация, гипергенный метасоматоз не выра-i.oiibi. В аридном климате пустынь превращение первич­ных минералов во вторичные замедляется. Среди гли­нистых минералов можно встретить гидрослюды, монтмориллонит, реже каолинит. Имеются также разли­чия в химическом составе песков: в древних песках авст­ралийских пустынь устойчивых соединений типа кремне-;ема больше, чем в песках пустынь Средней Азии, а гли­нозема, оксидов кальция и магния меньше. Пески пустынь этнического пояса имеют красный цвет, что обусловле­но высоким содержанием оксидов железа (до 10%), пес-mi пустынь суббореального и отчасти субтропического попсов окрашены в желтый цвет, поскольку содержат меньше оксидов железа.

При дефляции коренных пород происходят изменения п химическом составе песков. Пески из песчаников Ну-опнекой пустыни в сравнении с химическим составом песчаника, из которого они образовались, содержат меньше оксидов кремния и натрия и больше оксидов .inюминия, железа, кальция, магния, калия, серы.

По химическому составу древние коры выветривания делятся на известковые, гипсовые, железистые, кремние­вые, а современные — преимущественно на карбонатные, юридно-натриевые и сульфатно-натриевые.

Почвы ландшафтов тропических и субтропических пустынь представлены неразвитыми песчаными, глини-! и»!ми и щебнистыми образованиями, а также бурыми, серо-бурыми почвами и такырами. Для пустынь харак*

терна комплексность почвенного покрова, обусловлен­ная распространением азональных почвенных образова­ний — солончаков, солонцов. В каменистых пустынях примитивное почвообразование приводит к созданию на­летов или корочек на поверхности камней.

Бурые тропические субаридные почвы Йемена имеют сиаллитный состав минеральной части, слабую карбо-натность профиля за исключением иллювиального гори­зонта, где карбонатность повышенная (Л. Р. Асмаева, 1965). Преобладает иллит, мало галлуазита, вермикули­та. Реакция почв щелочная (рН 8,6—8,9). Гумуса содер­жится 0,5—1,0%. Бурые аридные почвы формируются при меньшем увлажнении и более высоких температу­рах.

Для неразвитых песчаных почв ландшафтов пустынь характерна меньшая засоленность, более грубый грану­лометрический состав породы, реакция слабощелочная. Преобладает биогенная и механическая миграция эле­ментов.

Такыры формируются в понижениях на глинистых породах в тропическом, субтропическом и суббореаль­ном поясах. В верхней части профиля образуется плот­ная глинистая корка мощностью 3—5 см, ниже залегает солевой горизонт, переходящий в засоленную породу. Реакция такыров щелочная. Содержание гумуса около 0,5%, в составе гумуса преобладают фульвокислоты, ко­торые связаны преимущественно с кальцием. Химиче­ские элементы за исключением кальция, железа и нат­рия более или менее, равномерно распределены по про­филю, что говорит о слабой их миграции. В период кратковременного увлажнения поверхность такыров по­крывается водорослями.

Воды в пустынях сильно засолены. Речные воды экстрааридных континентальных пустынь имеют минера­лизацию до 3—9 г/л, грунтовые воды до 200—250, озер и почвенных растворов до 350—450 г/л. В зависимости от истории формирования, а также содержания элемен­тов в породах воды могут быть гидрокарбонатно-каль­циевые, хлоридные, сульфатные и смешанные. В элю­виальных ландшафтах минерализация вод более низкая по сравнению с минерализацией вод в супераквальных ландшафтах.

Содержание ионов в водах рек, используемых на оро­шение, различное (табл. 16) и изменяется по гидрологи-

ческим фазам: в межень концентрация ионов выше, чем в паводок (р. Нил).

Растительность пустынь представлена следующими экологическими типами: ксерофиты, суккуленты, галофи-ты, мезофиты (эфемеры и эфемероиды). Физиологиче­ская форма приспособления растений к недостатку вла­ги при высокой температуре выражается в понижении осмотического давления и повышении интенсивности транспираций у эфемеров, приспособлении к засухо­устойчивости, солеустойчивости.

В клетках растений образуются водоудерживающие соединения, эфирные и жирные масла, дубильные веще­ства, алкалоиды. К моменту установления высокой тем­пературы в клеточном соке растений содержание сахара (преобладают моносахариды) увеличивается, белковых соединений — уменьшается, гидролиз органических сое­динений преобладает над их синтезом.

Аридные условия в сочетании с высокой засолен­ностью почв ландшафтов пустынь определяют особен­ности биологического круговорота: его интенсивность, структуру биомассы, зольность. Сводные данные по по­казателям биологического круговорота приводим по ха­рактерным растительным сообществам субтропических пустынь Сирии.

Биомасса колеблется от 9,4—16 ц/га в лишайниково-мятликовых полынниках до 61—96 ц/га в мятликовых иолынниках и гаммадниках. Указанные растительные сообщества имеют почти одинаковый вес зеленой части (1,3—2,0 ц/га), но в структуре биомассы различия суще-

ственны. На долю зеленой части приходится в мятлико-вых сообществах 2—3% и в лишайниково-мятликовых полынниках — 12—14% от общей биомассы. Многолет­няя надземная часть изменяется от 7 до 24 ц/га, или в пределах 22—59% от всей биомассы. Корневая система лучше развита в мятликовых сообществах (35—73 ц/га, или 57—76% от биомассы) по сравнению с лишайнико-во-мятликовыми полынниками (2,6—7 ц/га, или 27—44% от биомассы). Опад колеблется от 5 до 24 ц/га. В лишай­никово-мятликовых полынниках преобладает либо мно­голетняя надземная часть, либо корневая система при относительно высоком содержании зеленой массы (26— 28%). В мятликовых сообществах относительное содер­жание зеленой части в опаде очень низкое (8—9%).

Количество зольных элементов и азота в биомассе колеблется от 0,79 до 6,84 ц/га, но основная часть их ак­кумулируется корнями (20—64%) и многолетней над­земной частью (34—70%); в зеленой части биомассы со­средоточено всего 2—11%. С опадом возвращается 0,42—1,94 ц/га азота и зольных элементов, что состав­ляет 19—53% от суммы этих элементов в биомассе, из них на азот приходится 1,2—1,76%. Средняя зольность опада повышенная (6,1—7,4%), основная масса золь­ных элементов приходится на многолетние надземные части и наименьшая — на зеленую часть. Органогены в опаде составляют 44—48% от суммы зольных элементов, биогалогены — 2—3%. Содержание химических элемен­тов по органам растений зависит от их видовых особен­ностей. В листьях полыни концентрируется N, К, Mg, Р, Fe, S, Na, С1, в стеблях Si, Са, Al. Содержание указан­ных элементов в корнях полыни меньше, поэтому золь­ность их ниже (2,85%), чем многолетней надземной ча­сти (3,63) и листьев (6,30%), т. е. для растений харак­терен базипеталькый тип распределения элементов. В мятлике в отличие от полыни максимальная зольность в стебле 10, минимальная в листьях 4,4% (концентриру­ются N, К, Р, S, CI, Na). В биомассе субтропической мятликово-полынной пустыни химические элементы об­разуют следующий геохимический ряд: Ca>Si>N>Al, Fe>K, Mg>S, Р, Cl>Na. Такую растительную ассоциа­цию по содержанию зольных элементов и азота в био­массе относят к кремниево-кальциевому типу химизма, с повышенной зольностью и низкой продуктивностью. Интенсивность биологического круговорота высокая,