ГЕОХИМИЯ ТУНДРОВЫХ ЛАНДШАФТОВ

В группе тундровых ландшафтов выделяются тундровый тип ландшафта, а также тип верховых болот. Последний тип относится к азональным ландшафтам и рассматривается вместе с ними.

Тундровые ландшафты характерны для субарктического пояса. Они приурочены преимущественно к побережью Северного Ледовитого океана. В южном полушарии они встречаются на некоторых островах вдоль берегов Антарктиды.

В тундровых ландшафтах имеется сходство по одним показателям с северной тайгой, по другим — со степями и пустынями. Как в тундре, так и в ландшафтах аридного климата гидротермические показатели неблагоприятны для роста и развития растений: в тундре лимитирующим показателем является низкая температура, в аридных ландшафтах — низкое количество осадков. Гидротермические условия тундры и северной тайги сходны, что сближает эти ландшафты по массе подстилки, величине опада, низкому приросту, характерным водным мигрантам и отношению 1g П : lg Б. Однако геохимия тундровых ландшафтов имеет свои особенности.

Гидротермические условия. В зависимости от геоірафического положения для тундровых ландшафтов характерны различные среднемесячные температуры зимних месяцев (от -5 до -35 °С). Средние температуры самого теплого месяца изменяются мало по материкам (от +5 — +13°С). Количество выпадающих осадков составляет обычно 200-300 мм в год, в отдельных районах -до 750 мм. Испаряемость в тундре близка к испарению (100-200 мм в год), что несколько ниже, чем количество выпадающих осадков, поэтому формируется промывной водный режим. Низкие температуры тормозят геохимические и биохимические процессы по преобразованию природных соединений.

Кора выветривания, воды и почвы. В тундровых ландшафтах почвенный профиль практически совмещен с корой выветривания. Химическую основу коры выветривания образуют кремний и алюминий. Такую кору выветривания относят к грубообломочной сиаллитной. Глинистые минералы представлены небольшим количеством гидрослюды, монтмориллонита, иллита, хлорита. Подвижные химические элементы мигрируют в пределах профиля почвы и аккумулируются биогенным путем.

Почвенно-грунтовые и речные воды имеют низкую минерализацию и относятся к ультрапресным. Сумма ионов в водах р. Надым, впадающей в Обскую губу, в межень (апрель) составила 61 (максимальная концентрация), в половодье (июнь, июль) — 14-15 мг/дм3. По сравнению с ландшафтами бореального пояса в водах тундры содержится меньше свободных ионов водорода (pH 6,7). Химический состав воды гидрокарбонатный, местами гидрокарбонат-но-кальциевый, гидрокарбонатно-кальциево-магниевый. В воде повышено содержание Si и Fe. Цветность воды высокая, что говорит об активной миірации органических соединений. Общая жесткость воды низкая.

Господствующими почвами в мохово-лишайниковой тундре являются тундрово-глеевые, в кустарничковой тундре и лесотундре — тундровые глеевые оподзоленные почвы. В профиле почв совмещаются две геохимические обстановки: в перегнойном горизонте окислительная, в иллювиальном глеевом — восстановительная глеевая. В местах господствующей восстановительной глеевой обстановки распространены болотные почвы.

В тундровых глеевых почвах из-за низких температур и незначительного количества микроорганизмов накапливаются полуразложившиеся растительные остатки и грубый гумус, содержание которого может достигать 10%. На долю нсспсцифичсского органического вещества приходится 30-40%. Состав гумуса фульватный (Сг : Сф = 0,1-0,6). Агрессивные фульвокислоты разрушают минеральную часть почвы и передвигаются с подвижными элементами вглубь по маломощному профилю. Фракций гумусовых кислот, связанных с кальцием и полуторными окислами, очень мало или они отсутствуют. Гуминовые кислоты мало конденсированы и приближаются по строению к фульвокислотам. Реакция почвы колеблется от сильнокислой до слабокислой. При слабо выраженном вертикальном промывании (надтиксотропное элювиирование) происходит преимущественно развитие бокового стока. По сравнению с породой почвы обедняются полуторными оксидами и основаниями, но обогащаются кремнеземом. Основных элементов питания и микроэлементов в подвижной форме недостаточно для растений.

В кустарничковой тундре и лесотундре процесс разрушения минеральной части почвы и вынос соединений по профилю протекают более активно, чем в типичной тундре. Реакция почвы более кислая.

Растительность тундры насчитывает около 500 видов. Фитомасса колеблется от 5 в арктической до 28 т/га в кустарничковой тундре. Структура фитомассы зависит от господствующих видов в растительных сообществах. Преобладает корневая система, которая составляет 70-80% фитомассы, на зеленую часть приходится 10-20%. Прирост в кустарничковой тундре в 2 раза больший, чем в арктической. Основная его часть приходится на корневую систему и минимальная (1 2%) на многолетнюю надземную часть. Абсолютная величина прироста в 5-11 раз меньше фитомассы. Отношение 1g П : 1g Б для кустарничковой тундры 0,56. Это самый низкий показатель по сравнению с рассматриваемыми типами ландшафтов.

В арктической тундре опад самый низкий (0,95 т/га), в кустарничковой — в 2,5 раза выше (2,27 т/га). Эта величина составляет всего лишь 8-19% фитомассы. Основная часть опада приходится на корневые остатки (59-72%) и только 1% составляет многолетняя надземная часть. Истинный прирост очень низкий (0,05-0,11 т/га). Из-за медленного разложения остатков накапливается большая масса подстилки (3,5-83 т/га), поэтому интенсивность биологического круговорота замедленная (20-50).

В кустарничковой тундре зольность растений выше. Растительность арктической тундры представлена преимущественно лишайниками, которые имеют низкую зольность. На зеленую часть прироста приходится до 50% от общего количества азота и зольных элементов в фитомассе. Среднее содержание азота в опаде растений арктической тундры 0,9-2,1 %, т. е. больше, чем в кустарничковой. С зеленой частью возвращается в опад до 60% зольных элементов. Зольность опада низкая (1,8-2,5%), биогалогены составляют 4-5, органогены 58-65%. Содержание химических элементов в подстилке арктической тундры в 2 раза, а в кустарничковой — примерно в 4,5 раза больше, чем их содержание в фитомассе. В приросте и опаде растений тундры зольные элементы и азот образуют геохимические ряды:

• в арктической тундре N > Са > К > Mg, Si > Р. Al. Fe > Cl, S, Mn > Na;

• в кустарничковой тундре N > К > Са > Si > Mg, Р > Al, Fe > Мп, S, Na.

Таким образом, для ландшафтов тундры характерен азотный тип химизма растений с низкой зольностью и малой продуктивностью. Биологический круговорот застойный.

Практические аспекты геохимии ландшафта. Тундровые ландшафты используются как пастбища. Естественная растительность содержит мало белковых соединений и зольных элементов. Поэтому олени, особенно в зимневесенний период, получают недостаточно полноценных кормов. Летом при вегетации разнотравья, ягод, грибов корм содержит много витаминов. Перелетные птицы ускоряют биологический круговорот химических элементов. Помет птиц служит дополнительным источником органического вещества в почве и элементов питания для растений.

В условиях открытого грунта в лесотундре и южной тундре возможно выращивание агроценозов особой агротехникой на песчаных и супесчаных породах. Имеется опыт выращивания скороспелых сортов овощей и картофеля. Для этого необходимо проводить утепление почвы путем закладки торфянонавозной прослойки ниже глубины образования корней в дозе 50-80 т/га. Учитывая короткий период вегетации и недостаток элементов питания, необходимо вносить в почву все основные минеральные макро- и микроудобрения, предохранять ее от эрозии, которая здесь больше ощутима, чем в тайге или степях.

В тундре биогеохимические эндемии не выявлены вследствие слабой изученности ландшафтов. С пищей недостаточно поступает витамина С, что приводит к заболеванию цингой. Травоядные животные испытывают недостаток белковой пищи.

В горной тундре перспективны все геохимические методы поисков полезных ископаемых.

Систематика ландшафтов. В типе тундровых ландшафтов выделяется четыре семейства: северной, или арктической тундры; средней, или моховолишайниковой; южной, или кустарниковой; горной тундры.

Господствующим классом водной миграции равнинной тундры является кислый глеевый (Н, Fe) класс, анализ которого приведен в общей геохимической характеристике тундровых ландшафтов. Для горной тундры характерен кислый (Н) класс водной миграции. Редко встречаются в тундре карбонатный (Са) класс, кислый карбонатный (Н, Са), кислый сернокислый (Н, SO4) в горной тундре, соленосный сульфидный (Na, Cl, SO4) класс водной миграции.

Кислый (Н) класс водной миграции. Характеристику класса приводим на основании данных по ландшафтам горной тундры Хибин у озера Малый Вудьяр (II. Л. Чепурко, 1975). Кора выветривания сверху представлена валунно-галечно-гравелистым материалом с примесью песчаного мелкозема. Почвы торфянисто-гумусово-иллювиальныс с мощностью профиля 20^15 см, местами оподзолены. Кислотность высокая (pH 4,8-5,3), на глубине 7-30 см — близкая к нейтральной. В торфянисто-подзолистом горизонте содержание гумуса 14%. Водорастворимых веществ мало. Наиболее высокая растворимость соединений серы, меньше в растворе Mg, Са, Na, К.

Общая фитомасса вереско-цетрарисвой тундры около 13 т/га, на зеленую часть приходится 9%, многолетнюю надземную часть — 29, корни — 62%. Го-довой прирост составляет 1,16 т/га (9%), из них надземная часть 47% и корни 53%. В опаде (1,05 т/га) примерно 25% приходится на зеленую часть, столько же на многолетнюю надземную часть и 50% на корни. Истинный прирост небольшой (0.1 т/га).

Сильное биологическое накопление в растениях характерно для серы и фосфора (Аг > 10); средний захват (Ах =19) — для Са, Мп, К, Mg, Al; слабый биологический захват (Ад = 0,2-0,9) — Na, Fe, Si, Ті.

Существует положительная зависимость между концентрацией рассеянных элементов в зольной части растений и содержанием их в почвообразующей породе.

В растениях избирательно накапливаются (At > 1) Ni. Си, Zn, Мп. Ba, Sr; слабее захватываются растениями (Ах > 1) Ті, Со, Ga. Be, Nb, Zr [571.

Карбонатный и кислый карбонатный класс водной миграции формируется в местах распространения карбонатных пород. Реакция почв и вод близкая к нейтральной. Растительность имеет лучшие показатели биологического круговорота. Увеличивается емкость и скорость бика за счет количества видов разнотравья. По мере накопления кислых продуктов, растворения и выноса карбонатов реакция становится кислой.

Кислый сернокислый класс (Н, SO4) водной миграции приурочен к неглубокому залеганию сульфидных руд в горных районах. Окисление пород происходит медленно при низкой температуре, поэтому содержание металлов в водах низкое. Реакция среды кислая или сильнокислая. Растения на породах накапливают металлы, связанные с сульфидами. Показатели биологического круговорота аналогичные показателям их в кислом классе. На Кольском полуострове в местах медпо-никелевой геохимической аномалии содержание никеля и меди в злаках возрастает в 10 раз. Цирконий и ниобий слабо захватываются растениями независимо от их содержания в породе.

Соленосно-сульфидный класс водной миграции встречается на морском побережье в зоне затопления морской водой низких участков. Такие ландшафты относятся к тундровым солончакам. В отличие от солончаков аридных районов здесь избыток влаги и достаточное количество элементов питания. Произрастают луговые травы и даже солерос. Реакция нейтральная. Показатели бика высокие.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >