ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 132
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
химических элементов в земной коре
Особенности распределения химических
2.3. Биологический круговорот химических
2.4. Природные вариации концентраций
химических элементов в организмах
БИОГЕОХИМИЯ ГАЗОВОЙ ОБОЛОЧКИ ЗЕМЛИ
3.1. Биогеохимическая эволюция состава
организмов в массообмене газов
3.2. Геохимия и биогеохимия аэрозолей
3.3. Значение атмосферного массопереноса
водорастворимых форм химических
4.1. Состав Мирового океана — результат
4.3. Трансформация геохимического состава
природных растворов на контакте речных и
5.1. Планетарное значение педосферы
5.2. Органическое вещество педосферы
5.3. Роль почвы в регулировании
углерод-кислородного массообмена
5.4. Биогеохимическая трансформация
минерального вещества педосферы
5.5. Проблема возникновения почв и
эволюция почвообразования в истории
5.6. Распределение рассеянных элементов
биогеохимических циклов тяжелых
ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
7.2. Влияние живого вещества на
геохимию кислорода и водорода в биосфере
7.5. Общие черты циклов и распределения
В БИОСФЕРУ В РЕЗУЛЬТАТЕ МОБИЛИЗАЦИИ ИЗ ЗЕМНОЙ КОРЫ
8.5. Общие черты циклов и распределения
9.3. Общие черты циклов и распределения
масс тяжелых металлов в биосфере
10.1. Биогеохимическая зональность
10.2. Геохимическая неоднородность
10.3. Элементарный ландшафт (элементарная
хорологическая единица биосферы Мировой
11.1. Биогеохимия арктических ландшафтов
12.1. Биологический круговорот элементов
12.3. Водная миграция элементов в зоне
бореальных и суббореальных лесов
13.1. Биологический круговорот элементов
в аридных растительных сообществах
13.2. Особенности биологического
круговорота в экстрааридных пустынях
13.3. Биогеохимические особенности
13.4. Взаимосвязь биогеохимических
процессов с водной и атмосферной
миграцией элементов в аридных условиях
БИОГЕОХИМИЯ ТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА
14.1. Биологический круговорот химических
элементов в распространенных тропических
14.2. Биогеохимические особенности
15.2. Поступление тяжелых металлов
в экогеосистемы островов из атмосферы
биогеохимических циклов хозяйственной
деятельностью человеческого общества
16.2. Локальные (импактные) антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов
Глава 14
БИОГЕОХИМИЯ ТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА
Тропические ландшафты занимают огромную территорию. Их суммарная площадь (исключая каменистые и развеиваемые песчаные пустыни, в которых проявления жизни сильно угнетены) — около 40 млн км2. Это составляет более половины внегорной части всей суши. Тропические экогеосистемы в наибольшей мере обеспечены солнечной энергией. Пояс, расположенный между 30° с.ш. и 30° ю.ш., получает более половины всей энергии Солнца, поступающей на Землю. Благодаря этому биогеохимические циклы массообмена химических элементов при достаточном обеспечении водой протекают здесь наиболее активно. Вместе с тем специфика биогеохимических процессов в тропиках определена не только современными природными условиями, но и всем ходом развития этой территории. Глубокие изменения палеогеографических условий, охватившие на протяжении последних 1,5 — 2 млн лет внетропическую часть Земли, в острой форме не затронули тропическую сушу. Это также способствовало формированию определенных особенностей биогеохимии тропического пояса.
14.1. Биологический круговорот химических
элементов в распространенных тропических
растительных сообществах
Биоклиматические условия тропической территории весьма разнообразны. Представление о тропиках как о сплошной полосе джунглей не отвечает действительности. Меняющиеся соотношения атмосферных осадков и эвапотранспирации, длительности сухих и дождливых сезонов создают широкую гамму экосистем с разной степенью атмосферного увлажнения — от крайне засушливых, или пустынных ландшафтов до постоянно влажных тропических лесов. При наличии сезона, на протяжении которого испаряемость превышает количество осадков, существуют разреженные светлые высокотравные леса, которые при продолжительном сухом сезоне сбрасывают листву. Для более засушливых условий типичны редкостойные группы деревьев, чередующиеся с открытыми пространствами, покрытыми травянистой растительностью. С усилением аридности деревья сменяются зарослями колючих кустарников, а пышный покров высоких злаков — низкотравной растительностью с незначительной степенью покрытия почвы.
Соотношения площадей разной степени атмосферного увлажнения на континентах неодинаковы. Засушливые области занимают подавляющую часть Австралии
, значительную часть Индии, но менее распространены в Южной Америке. В экваториальной полосе Африки, ограниченной 6° с.ш. и 6° ю.ш., площади разной степени атмосферного увлажнения распределяются следующим образом:
Годовое количество осадков, мм Площадь, % от всей территории
Более 1800 ..........................................................22
1000-1800..........................................................48
600-1000............................................................12
200-600 .............................................................16
200...................................................................... 2
Из приведенных данных следует, что влажные леса занимают всего около 1/5 экваториальной полосы Африки, а большая ее часть занята комбинацией светлых лесов и высокотравных саванн. На остальной территории распространены более или менее засушливые ландшафты, вплоть до почти пустынных, где выпадает менее 200 мм осадков в год.
Согласно данным Б.Г.Розанова (1977), зона распространения всех видов тропических лесов занимает 20 448 тыс. км2, или 13,33 % Мировой суши, зона саванн — 14259 тыс. км2 (9,56%), области тропических пустынь — 4506 тыс. км2, или 3,02 %. При этом не учитывались площади развеиваемых песков, безжизненных каменистых пустынь, солончаков.
Биологический круговорот элементов в тропических лесах. Постоянно влажные тропические леса — самая мощная растительная формация. Обилие тепла и влаги обусловливает самую большую биомассу среди биоценозов Мировой суши — в среднем 50 000 т/км2 сухого вещества, а в отдельных случаях до 170 000 т/км2. Фактором, лимитирующим рост биомассы, является необходимая для фотосинтеза световая энергия. С целью ее максимального использования под покровом деревьев высотой 30 — 40 м расположено еще несколько ярусов деревьев, приспособленных к рассеянному свету. Значительная часть отмирающих и опадающих листьев высоких деревьев перехватывается многочисленными эпифитами. По этой причине химические элементы, содержащиеся в листьях, вновь захватываются в биологический круговорот, не достигая почвы. Во влажных тропических лесах вегетация продолжается весь год. Годовая продукция в среднем равна 2500 т/км2.
Биогеохимическая специфика влажных тропических лесов заключается в том, что почти все количество химических элементов, необходимое для питания огромной массы растительности, содержится в самих растениях. Биогеохимический цикл массообмена сильно замкнут. Если вырубить дождевой тропический лес, то вместе с гибелью деревьев нарушится вся тысячелетиями создаваемая система биологического круговорота и под сведенным лесом останутся бесплодные земли.
Биогеохимическая ситуация в светлых сезонно увлажняемых листопадных тропических лесах и саваннах близка к таковой в лиственных лесах умеренного климата, но периоды подавления биогеохимических процессов обусловлены не понижением температуры, а отсутствием дождей и сезонным дефицитом влаги. Биомасса сухих саванн около 200 — 600 т/км2, масса годового спада составляет примерно 1/3 — 1/4 этого количества. Количество опада (менее 150 — 200 т/км2) отвечает условиям тропических пустынь. Биомасса листопадных тропических лесов разной степени увлажнения и высокотравных парковых саванн занимает промежуточное положение между постоянно влажными лесами и сухими саваннами.
Согласно данным Л.Е. Родина и Н.И.Базилевич (1965) распределение и динамика масс в растительности постоянно влажного тропического леса характеризуется следующими показателями (т/км2):
Биомасса:...............................................................................52000
азот........................................................................................294
зольные элементы................................................................814
Годовая продукция: ...............................................................3250
захват азота............................................................................43
захват зольных элементов................................................... 160
Опад:........................................................................................2500
азот........................................................................................26
зольные элементы................................................................128
Средняя зольность опада, %...................................................4,8
Концентрация химических элементов в древесине стволов и ветвей тропических деревьев, как правило, более низкая, чем в листьях, которые образуют основную массу опада. Концентрация азота в древесине редко достигает 0,5 % массы сухого вещества, а в листьях — около 2 %. В листьях обычно в несколько раз выше, чем в древесине, концентрация кальция, калия, магния, натрия, кремния, фосфора (табл. 14.1). Содержание элементов в листьях деревьев и травянистой растительности, обильно представленной в светлых листопадных лесах, слабо различается. Концентрация большей части рассеянных элементов в листьях деревьев и травах также более высокая, чем в древесине, хотя бария и особенно стронция больше в древесине.
Таблица 14.1
Концентрация зольных элементов в экваториальной растительности
Восточной Африки, % сухой массы (по В.В.Добровольскому, 1975)
Номер образ- ца | Химический элемент | «Чистая зола» | При- месь минеральных частиц | |||||||||
Si | А1 | Fe | Mn | Ti | Ca | Mg | Na | P | S | |||
52 | 2,27 | 0,41 | 0,40 | 0,008 | 0,006 | 0,24 | 0,12 | 0,03 | 0,06 | 0,01 | 7,29 | 3,21 |
76 | 0,05 | 0,01 | 0,02 | 0,001 | 0,001 | 0,29 | 0,02 | 0,01 | 0,02 | 0,04 | 0,79 | 0,40 |
42 | 1,06 | 1,87 | 1,48 | 0,05 | 0,07 | 0,45 | 0,27 | 0,22 | 0,06 | 0,04 | 9,07 | 11,33 |
210 | 0,69 | 0,01 | 0,08 | 0,02 | 0,001 | 0,08 | 0,08 | 0,05 | 0,08 | 0,06 | 6,32 | 0,68 |
Примечание. Образцы: 52 — разреженный травянистый покров низкотравной саванны с преобладанием представителей родов Sporobolus, Cynodon, Kyllinga, Северо-Западная Танзания; 76 — ствол Podocarpus, дождевой лес южного склона Килиманджаро, Танзания; 42 — лесная подстилка дождевого леса южного склона Килиманджаро, Танзания; 210 — стебли папируса (Cyperuspapyrus), пойма Белого Нила вблизи истока из озера Альберта, Уганда.
На основании имеющихся данных среднее значение суммы зольных элементов в биомассе постоянно влажного тропического леса принято равным 800 т/км2, масса этих элементов, вовлекаемая в биологический круговорот, соответствует 150 т/км2 в год. Для светлых лесов средние значения составляют соответственно 200 и 50.
Исходя из этих цифр определены ориентировочные значения масс рассеянных элементов, ежегодно вовлекаемых в биологический круговорот (табл. 14.2).
Таблица 14.2
Массы рассеянных элементов, вовлекаемые в биологический круговорот в тропических лесах, кг/(км2 • год)
-
Химический элемент
Постоянно влажные тропические леса
Сезонно увлажняемые тропические леса и парковые саванны
Fe
600,0
200,0
Mn
615,0
205,0
Sr
105,0
35,0
Ti
97,0
32,0
Zn
90,0
30,0
Ba
67,0
22,0
Cu
24,0
8,0
Zr
22,0
7,5
Ni
6,0
2,0
Cr
5,2
1,7
V
4,5
1,5
Pb
3,7
1,2
Co
1,5
0,5
Mo
1,5
0,5
Sn
0,75
0,25
Ga
0,15
0,05
Cd
0,11
0,035
Средняя зольность, %
4,6
4,0-5,0
Захват суммы зольных элементов, т/(км2 • год)
150
50
Уровни концентрации рассеянных элементов в почвообразую-щем субстрате разных районов тропической суши неодинаковы. Это отражается на содержании элементов в растениях. Например, в Восточной Африке в злаковых травах, собранных на площади распространения кристаллических пород докембрийского фундамента, концентрация меди равна 7110-4 %, в аналогичных травах на площади распространения вулканических лав — 12010-4 %. Концентрация цинка меняется от 12010-4 до 45010-4 %, титана — от 20010-4 до 180010-4 % соответственно.
В табл. 14.3 показано содержание рассеянных элементов в золе трав и ветвей деревьев (акаций) из саванн Восточной Африки. Тяжелые металлы сильнее аккумулируются в травах, барий и стронций — в деревьях. Концентрация последнего возрастает с усилением засушливости. В аридных районах Южной Танзании обнаружена концентрация стронция в золе ветвей баобаба около 4500 мкг/г, в ветвях акаций в 3 раза больше.
Таблица 14.3
Интенсивность биологического поглощения и концентрация
рассеянных элементов в золе трав и деревьев саванн Восточной Африки (по В.В.Добровольскому, 1973)
-
Химический элемент
Концентрация, мкг/г
Коэффициент биологического поглощения
травы
Ветки
акации
травы
ветви
акации
Ti
1140
230
од
0,03
Мn
1880
943
1,9
0,9
V
59
45
0,3
0,2
Сг
28
12
0,2
0,08
Ni
39
144
0,6
2,0
Со
20
12
0,6
0,4
Сu
85
39
1,5
0,7
Рb
34
21
1,5
0,9
Zn
118
79
1,2
0,8
Mo
57
6
7,1
0,8
Nb
59
18
0,9
0,3
Zr
165
92
0,5
0,3
Ga
36
4
1,6
0,2
Sr
450
3340
3,5
25,7
Ba
440
360
3,0
4,3