Лекция 7 Особенности геохимии гумидных и аридных ландшафтов. Особенности геохимии агроландшафтов, техногенных и городских ландшафтов.

Перельман А.И., Касимов Н.С. - Геохимия ландшафта (1999). — 612С.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Ландшафты широколиственных лесов (гумидные ландшафты).

2. Аридные ландшафты --- степи и пустыни.

3. Агроландшафты (агротехногенез).

4. Техногенные ландшафты.

5. Города и городские ландшафты.

1. Ландшафты широколиственных лесов (гумидные ландшафты)

Этот тип ландшафтов широко распространен в умеренном поясе Евразии. В неогене зона широколиственных лесов простиралась от Атлантического океана до Тихого. Четвертичное похолодание привело к ее исчезновению на территории Сибири.

Биомасса в широколиственных лесах немного меньше, чем во влажных тропиках (3000---5000 ц /га), но ежегодная продукция и зеленая ассимилирующая масса меньше в несколько раз, чем во влажных тропиках, существенно ниже и биологическая информация. Все это определяет более низкий уровень самоорганизации, саморегулирования и устойчивости ландшафтов по сравнению с влажными тропиками.

Широколиственные деревья сравнительно богаты зольными элементами, особенно листья. В золе много Са (до 20%), меньше К и Si, еще меньше Mg, Al, P и меньше всего Fe, Mn, Na, Cl. Однако ряд биологического поглощения иной:

Это предопределяет возможность биогенной аккумуляции в почвах S, P, Ca, K, Mg, Mn, а также многих редких элементов, Аx которых больше 1 (B, Ni, Ag, Au, Co, Zn, Cd, Pb и др.). Все же выщелачивание преобладает, и автономный ландшафт с вертикальным и боковым стоком теряет подвижные элементы. Высокое содержание в растениях Са и его энергичное биологическое поглощение определяют кальциевый химизм бика. Са --- один из типоморфных элементов широколиственных лесов. Менее велико значение Н + .

Ежегодный растительный опад в несколько раз меньше, чем во влажных тропиках, и темп его разложения меньше из- за более низких температур, зимнего перерыва. Скорость разложения меньше скорости накопления опада, поэтому для зональных бурых лесных и серых лесных почв характерна лесная подстилка (100---150, местами до 500 ц/га), практически отсутствующая во влажных тропиках. Много накапливается и гумуса (до 10% и более в горизонте Al). Са и другие катионогенные элементы, образующиеся при разложении растительных остатков, нейтрализуют большую часть органических кислот, в связи с чем реакция гумусового горизонта почв слабокислая или даже нейтральная, хотя встречаются и кислые среды с рН = 4--- 5. В поглощающем комплексе часто преобладает Са.

Систематика. Тип широколиственных лесов включает в себя ряд отделов, своеобразие которых определяется климатом (степенью континентальности и др.), историей развития, возрастом, геохимическими реликтами. Ниже рассматриваются четыре отдела: 1) дальневосточный мусонный, 2) кавказский, 3) восточноевропейский и 4) среднеазиатский.

Семейства в отделах подлежат уточнению. Ярко выражены два основных класса --- бескарбонатный (Н + -Са2+) и кальциевый (Са+).

В ландшафтах Н-Са класса верхние горизонты бурых и серых лесных почв выщелочены от карбонатов. В теплое и влажное лето в почве и залегающей под ней коре выветривания энергично протекает разложение первичных силикатов с образованием гидрослюд, монтмориллонита и других глинистых минералов, накапливаются бурые гидроксиды Fe. В результате почва, кора выветривания, склоновые и другие континентальные отложения приобретают бурый цвет и тяжелосуглинистый состав.

Кора выветривания менее мощна и менее выщелочена, чем во влажных тропиках. Здесь не образуются гидроксиды Аl, не столь энергичен вынос Са, Mg и других катионов. В слабой степени из почвы выносится кремнезем.

Формирование химического состава грунтовых и поверхностных вод в основном зависит от разложения органических веществ. Поверхностные и грунтовые воды слабоминерализованы (менее 0,5 г/л), гидрокарбонатно- кальциевые.

В ландшафтах Са- класса коры выветривания и континентальные отложения содержат СаСО3 , в формировании химического состава вод важная роль принадлежит его растворению (помимо бика). Воды здесь также гидрокарбонатно- кальциевые, но более минерализованные, часто жесткие.

Влажный климат благоприятствует энергичному стоку. С наземным стоком выносится около 2,5---3,5 ц/га солей, несколько меньше, чем потребляется растительностью за год (3,5---5,0 ц/га), поэтому, по Глазовской, КВ здесь равен 1,3--- 1,4. Ежегодно в ландшафт с атмосферными осадками поступает около 0,9---1,05 ц/га солей, которые включаются в бик. С ионным стоком ежегодно выносится значительно больше солей, чем поступает с атмосферными осадками. Следовательно, главным источником солей в водах служат бик и выветривание (до 80%).

Хорошие климатические условия, плодородные почвы определили важную роль ландшафтов II и I рода в сельском хозяйстве. Во многих районах леса вырублены и почвы распаханы. Однако " естественный химизм" ландшафта не обеспечивает необходимого уровня развития сельского хозяйства. Дефицитны N, P, K, местами Со, Cu, Zn, Mn, J, Mo, B и др. Избыточных элементов почти нет (за исключением ландшафтов рудных месторождений). В широколиственных лесах эффективны все виды геохимических поисков. При литохимических поисках (металлометрии) в некоторых районах необходим отбор проб с глубины 0,5 м , так как подвижные металлы выносятся из верхних горизонтов почв.

Итак, главная геохимическая особенность ландшафтов широколиственных лесов состоит в ежегодном продуцировании 80---150 ц/га живого вещества и средней скорости его разложения. При разложении органических веществ кислотные продукты распада частично нейтрализуются катионами, реакция почв кислая, слабокислая или близка к нейтральной, кислое выщелачивание выражено слабо, в почве накапливаются биогенным путем многие элементы. В отличие от влажных тропиков бик улучшает условия существования организмов. Энергичная биогенная аккумуляция --- эффективный механизм отрицательной обратной биокосной связи, стабилизирующей состав почв и повышающей их плодородие. Следовательно, прямые водные нисходящие связи в широколиственных лесах слабее, чем во влажных тропиках, а обратные биокосные --- сильнее (роль обратных биокосных связей в устойчивости и самоорганизации ландшафта здесь больше, чем во влажных тропиках, а биотических связей меньше). Все же и в широколиственных лесах прямые водные связи сильнее обратных, т . е . выщелачивание преобладает. Для широколиственных лесов между автономными и подчиненными ландшафтами характерно совершенное геохимическое сопряжение.

Восточноевропейский отдел. В северной половине лесостепной зоны ландшафты этого отдела образуют сплошную полосу от Карпат до Урала. Для них характерны дубовые и буковые (на западе) леса с примесью липы, клена и других лиственных пород. Геоботаники выделяют здесь самостоятельную зону широколиственных лесов. По сравнению с кавказскими, восточноевропейские ландшафты характеризуются более сухим климатом. Количество атмосферных осадков здесь почти равно испаряемости или незначительно превышает ее. В засушливые годы в отдельные месяцы испаряемость превышает количество осадков. Биомасса в дубовых и буковых лесах примерно одинакова, но ежегодная продукция и опад в дубняках меньше, т . е. бик менее интенсивен.

В восточноевропейском отделе доминируют ландшафты переходного (Н ---Са) класса, реже встречаются кальциевые ландшафты (например, в Жигулях, где они сформировались на известняках).

За четвертичный период Среднерусская и другие возвышенности поднялись на 100 м и более, в связи с чем многие супераквальные ландшафты оторвались от грунтовых вод и стали элювиальными. Геохимические реликты супераквальной стадии в виде оглеенных и ожелезненных горизонтов встречаются здесь на плоских водоразделах на глубине нескольких метров.

Автономные ландшафты, как правило, формируются на лессовидных суглинках или глинах. Ниже серой лесной почвы располагается выщелоченная от карбонатов верхняя часть коры выветривания (неолювий, горизонт С). Она имеет нейтральную реакцию, поглощающий комплекс насыщен Са и Mg. Выщелачивание карбонатов затронуло лишь часть неоэлювия, вскипание от НСl обычно наблюдается на глубине 150---200 см. Следовательно, кора выветривания (неоэлювий) состоит из двух горизонтов: верхнего бескарбонатного и нижнего --- карбонатного.

Ландшафты восточноевропейского отдела давно уже интенсивно используются в земледелии, и обнаружить естественные ландшафты практически невозможно (речь может идти только о слабой измененности).

Как и в других широколиственных лесах, в биологический круговорот активно вовлечены катионогенные элементы, подвижные в слабокислой среде. Они накапливаются в растениях, особенно древесными породами (кленом, липой, дубом). Травы интенсивнее поглощают анионогенные элементы --- Cr и V (Ах = 1,5---2,0).

Биогенной аккумуляции большинства элементов в верхних горизонтах почв препятствует высокая подвижность глинистого вещества и гумуса в слабокислой среде, ведущая к отчетливой элювиально- иллювиальной дифференциации илистых частиц и полуторных оксидов с осаждением Fe, Cu, Co, Ni (R = 1,3---2,0) на сорбционном геохимическом барьере G2 в иллювиальном горизонте. Биоаккумулятивное распределение имеет только Mn, содержание которого в гумусовых и дерновых горизонтах светло- серых почв в 3---7 раз выше, чем в почвообразующих покровных суглинках.

В лесостепных ландшафтах интенсивный биологический круговорот и разнообразная (катионофильная и анионофильная) биогеохимическая специализация растений нередко ведут к возникновению биогеохимической конвергенции гумусовых горизонтов сопряженных почв, сформированных на породах с различными уровнями содержания элементов. Так, в горизонте С серых лесных и дерновых лесных почв содержание подвижных форм металлов (вытяжка 1N HCl) изменяется в катене относительно автономного ландшафта почти на порядок. В гумусовых горизонтах почв этой катены перераспределение металлов хотя и связано с уровнями их содержания в почвообразующих породах, но колеблется значительно меньше --- всего лишь в 1,5---2 раза.

Геохимия супераквальных ландшафтов также зависит от геологического строения. В районах распространения лессовидных суглинков и других пород, богатых СаСО3 , супераквальные болотные и луговые ландшафты богаты Са, вынесенным из автономного ландшафта, луговые темноцветные почвы имеют нейтральную реакцию, в них часто развито карбонатное оглеение (Са-Fe класс), местами накапливаются вивианит и другие фосфаты. Нейтральная глеевая среда подчиненных ландшафтов мало благоприятна для миграции Fe, но Mn мигрирует, образуя самостоятельные коллоидные минералы --- вады и псиломеланы. Однако и Fe обнаруживает некоторую подвижность, образуя конкреции гидрогетита на барьере А7.