Массы химических элементов, захватываемые в биологический

круговорот в экстрааридных ландшафтах Заалтайской Гоби, г/(км² ×год)

 

Растительное сообщество	Химический элемент
Na	Mg	Sr	Fe	Mn	Zn	Cu	N1	V	Cr
Экстрааридные пустыни
Ильиниевое на мезоплакоре	3960/ 1580	770/ 20	8/ 0,1	110/ 1	7/ 0,3	4/ 0,2	1/ 0,1	2/ 0,1	1/0,1	3/ 0,1
Саксаулильиниевое в сайре	28150/ 13040	8650/ 620	107/ 3	2200/ 119	205/ 54	91/7	16/0,3	14/ 0,2	0,35/ 0,1	36/ 0,1
Саксаулэфедровое в сайре	91200/ 101 600	36 000/ 2000	347/ 9	7130/ 387	665/ 152	294/	50/ 0,8	0,44/ 0,7	144/ 0,1	116/ 0,1
Остепненные пустыни
Баглуровое с злаками на мезоплакоре	271800/ 113250	60300/ 760	1739/ 11	26440/ 32	1228/ 77	658/ 16	298/ 0,1	170/ 0,1	97/ 0,1	254/ 0,1

 

Примечание. В числителе — массы, связанные в растительных тканях; в знаменателе — массы водорастворимых форм.

 

Большая часть тяжелых металлов в автономных экогеосистемах захватывается растительностью в количестве 1 — 4 г/км² в год, масса железа близка к 100 г/км². Масса натрия не превышает 4000 г/км², магния — 1000 г/км². В геохимически подчиненных элементарных экосистемах сайров, которые за счет перераспределения атмосферных осадков получают дополнительное количество влаги и химических элементов, биологический круговорот возрастает. В этом случае захватываемые массы металлов измеряются десятками граммов на 1 км² в год, а массы натрия и магния — единицами килограммов на 1 км² в год. На периферии зоны пустынь при общем возрастании масс, захватываемых в биологический круговорот, происходит изменение в соотношении захватываемых элементов по причине иной геохимической специализации растений-цено-зообразователей. Поэтому массы одних элементов (магния, ванадия, хрома) слабо увеличиваются по сравнению с кругооборотом в экстрааридных пустынях, в то время как массы других (стронция, цинка, меди) возрастают в несколько раз.

Как следует из полученных данных, массы тяжелых металлов, выделяемые зелеными органами растений в водорастворимой форме, весьма невелики и в автономных ландшафтах крайне засушливых пустынь измеряются десятыми долями грамма на 1 км² в год. В условиях геохимически подчиненного режима сайров массы водорастворимых соединений железа и марганца достигают 100 — 300 г/км², цинка — более 20 г/км², стронция — единицы граммов на 1 км², других металлов — десятые доли грамма на 1 км² в год. Избыточные массы натрия, выделяемые сообществами автономных ландшафтов экстрааридных пустынь, не превышают 1 — 2 кг/км² в год. В геохимически подчиненных элементарных ландшафтах сайров выделяемые массы более значительны, до 100 кг/км² и более, причем иногда превышают содержание натрия, связанного в годовом приросте фитомассы.

Биогеохимические особенности

Почв аридных ландшафтов

 

Почвы аридных ландшафтов с относительно высоким атмосферным увлажнением, соответствующим луговым и слабозасушливым разнотравно-ковыльным степям, характеризуются высокой биогенностъю. Огромное количество беспозвоночных быстро измельчает и перерабатывает растительные остатки и перемешивает их с минеральным веществом почвы. Распределение органического детрита в почве не затруднено, так как значительная часть продуктов отмирания травянистой растительности остается в почве, а не накапливается на ее поверхности, как это имеет место в лесах.

В почвах аридных ландшафтов существенно меняется соотношение групп микроорганизмов. Грибы, играющие в лесных ландшафтах ведущую роль в преобразовании растительных остатков, в почвах степей уступают место бактериям. Микробиологическая и биохимическая трансформация органического вещества в почвах степей происходит с образованием преимущественно труднорастворимых и поэтому слабоподвижных гуминовых кислот. Гуминовые кислоты создают комплексные соединения с катионами, препятствуя их удалению из почвы. Затрудненность миграции усугубляется непромывным водным режимом степных почв и их насыщенностью ионами кальция. Все это обусловливает прочную скоагулиро-ванностъ не только сгустков и пленок гуминовых кислот, но также высокодисперсных минеральных частиц, которые образуют прочные органоминеральные микроагрегаты (педы). Благодаря многочисленным и разнообразным биологическим и физико-химическим факторам биокосная система степных почв способствует не мобилизации и выносу, а связыванию и аккумуляции тяжелых металлов и других элементов с переменной валентностью в верхнем гумусовом горизонте профиля. Концентрация химических элементов в почве слабо и постепенно уменьшается сверху вниз одновременно с уменьшением численности бактерий и содержания гумуса.

Большая часть рассеянных элементов в степных почвах связана с высокодисперсными минеральными частицами, меньшая — с органическим веществом; содержание обменных и водорастворимых форм менее 1 % от общего содержания элемента в почве. Особые формы рассеянных элементов, существующие только в почвах аридных ландшафтов, связаны с карбонатными, гипсовыми, хлоридно-сулъфатными водорастворимыми новообразованиями.

В табл. 13.6 показано, как меняется по профилю черноземов и темно-каштановых почв не только общая концентрация кобальта, но и концентрация его главных форм. Изученные почвы расположены на заповедных участках степной зоны Восточно-Европейской равнины и никогда не подвергались земледельческому использованию. Мощный чернозем взят на территории Центрально-Черноземного заповедника «Стрелецкая степь», темно-каштановая почва — на территории заповедника «Аскания-Нова».

Таблица 13.6

Распределение кобальта и его главных форм по профилю степных почв (по данным Н.Г.Зырина и А.А.Титовой, 1979)

 

Генетический горизонт	Валовое	Формы (% от валового содержания), связанные
содержание, мг/кг	с гумусом	с глинистым веществом	с карбонатами
А	9,2	11,3	30,4	25,7	43,5	49,5	—	—
В	9,4	10,4	22,2	14,4	48,0	43,3	—	11,5
С	8,5	9,4	4,7	5,3	61,2	60,7	10,9	6,4

Условные обозначения: 1 — типичный мощный тяжелосуглинистый чернозем на лессовидном суглинке; 2 — темно-каштановая тяжелосуглинистая почва на лессовидном суглинке.

 

По мере усиления засушливости биогеохимические процессы в почве подавляются дефицитом воды. По данным Ю. И.Чернова, сырая биомасса почвенных беспозвоночных в луговых степях и лесостепи равна 70 т/км², в полупустыне — 0,6 т/км², в каменистой пустыне — 0,2 — 0,4 т/км². Содержание гумуса в почвах сухих степей понижается до 2 — 4%, а в серо-бурых почвах пустынь, как правило, не превышает 1 %.

Общий уровень концентрации рассеянных элементов в почвах степей и пустынь обусловлен их содержанием в почвообразующих породах. Наряду с этим в пустынных почвах возрастает относительное значение водорастворимых форм. Подобно тому как с усилением бореальности лесных ландшафтов в почвах увеличивается количество элементов, содержащихся в слаборазложенном органическом веществе, так с нарастанием аридности в почвах сухих степей и пустынь увеличивается содержание легкорастворимых форм элементов.

Изучение общего содержания и концентрации растворимых форм рассеянных элементов по профилю почв пустынь Средней Азии показало, что в верхнем горизонте увеличивается концентрация водорастворимых форм всех элементов. В нижней части профиля (горизонт В гипсовый) повышается концентрация только стронция.

Основными факторами аккумуляции водорастворимых форм элементов в поверхностном горизонте почв пустынь являются испарительная концентрация и транспирация растений. Кроме того, повышенная щелочность почв засушливых ландшафтов способствует мобилизации тонких минеральных и органических суспензий. Этим объясняется присутствие в водных экстракциях из пустынных почв циркония, титана, галлия, иттрия и близких им элементов.

Распределение химических элементов по профилю почв экстрааридных ландшафтов пустыни Гоби аналогично тому, что имеет место в пустынях Средней Азии и плато Устюрт. Валовое содержание элементов по профилю почв пустыни Гоби меняется очень слабо. Экстракцией 10 %-й НС1 извлекается 5—10% всего количества металлов. Исключение составляют железо и марганец, которые извлекаются в большем количестве. Стронций извлекается в количестве 20 —25 %, по-видимому, в результате частичного растворения гипсовых и карбонатных новообразований. В самом верхнем горизонте профиля (пористой корке) концентрация металлов, извлекаемых 10%-й НС1, максимальная. Содержание стронция, наоборот, увеличивается в нижней части профиля, в гипсовом горизонте, как это имеет место в почвах пустынь Средней Азии.