ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 160
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
Надземная часть саванновых трав обладает высокой зольностью — от 6 до 10%, отчасти обусловленной примесью мелких частиц минеральной пыли, обнаруживаемой под микроскопом, а иногда и невооруженным глазом. Количество минеральной пыли составляет 2 — 3% от массы абсолютно сухого вещества надземной части трав. Примесь минеральной пыли сказывается на повышенной концентрации галлия, слабо поглощаемого растениями, но содержащегося в высокодисперсном глинистом материале, энергично переносимом ветром. Но даже после исключения нерастворимой силикатной пыли сумма зольных элементов в саванновых злаках в 2 раза больше, чем в злаках высокогорных лугов.
Наиболее активно в тропических биоценозах вовлекаются в биологический круговорот стронций, барий, марганец, цинк, медь молибден, никель независимо от их содержания в почвах и почвообразующих породах. Величина К5этих элементов, как правило, больше единицы. Слабо вовлекаются в биологическую миграцию бериллий, цирконий, титан, ванадий. Эти общие черты неодинаково проявляются в разных ландшафтах. Интенсивность поглощения марганца и цинка травянистой растительностью горно-луговых ландшафтов Килиманджаро, располагающихся выше 3 тыс. м над уровнем моря, больше, чем поглощение травянистой растительностью светлых лесов и саванн плато Танганьики. В свою очередь, травянистая растительность саванн более интенсивно поглощает медь, никель и особенно молибден, К5которого превышает 7. Относительно высокая величина К5галлия, ниобия и некоторых других элементов в саванновых травах, возможно, связана с постоянным налетом тонкой силикатной пыли. Деревья горного постоянно влажного, «туманного леса» Килиманджаро более интенсивно поглощают тяжелые металлы (марганец, цинк, медь, свинец) по сравнению с деревьями сухих лесов плато Танганьики, где наиболее активно аккумулируется стронций.
Биологический круговорот элементов в тропических сухих лесах и саваннах. Немецкий геоботаник Г.Вальтер (1968) справедливо обратил внимание на неопределенность термина «саванна». Этим термином обозначают многочисленные варианты растительности тропического пояса, состоящей из самых разнообразных сочетаний деревьев, кустарников и трав. К саваннам относят небольшие светлые леса, чередующиеся с открытыми пространствами, покрытыми травянистой растительностью. Такие ландшафты существуют в условиях смены периода хорошего атмосферного увлажнения и сухого периода, не превышающего 4 мес. Вместе с тем к саваннам относят сильно засушливые территории с сухим периодом, продолжающимся 7—10 мес. В таких условиях не только деревья, но и многие травы не могут существовать, растительность представлена преимущественно зарослями колючих кустарников, находящихся большую часть года без листьев для уменьшения транспи-рации. По существу термином «саванна» обозначают тропические и субтропические лесостепи, существующие в широком интервале атмосферного увлажнения — от 200 — 300 до 1000 мм/год и более.
Количественное определение биомассы продукции и опада растительности саванн связано со значительными методическими трудностями. Поэтому большой интерес представляют результаты детального изучения биогеохимии засушливой саванны на западе Индии (Родин Л.Е. и др., 1977).
Изученная область известна под названием пустыни Тар и представляет собой низменную аллювиальную равнину, образованную рекой Инд. Количество осадков в пределах области меняется от 200 до 600 мм/год. Растительность представлена редкостоящими деревьями (виды Acacia, Prosopisspicigera, Salvadorapersica), кустарниками и злаковыми травами. На песчаных отложениях деревья отсутствуют и ландшафт приобретает облик пустыни. Опус-тыненность территории является результатом влияния человека. В 326 г. до н.э., когда армия Александра Македонского подошла к Инду, здесь существовали садовые леса, от которых в настоящее время не осталось и следа.
Структура массы растительности сухой саванны показана в табл. 14.4. Из приведенных данных следует, что биомассу растительности саванны, равную 2680 т/км2, составляют преимущественно деревья. Деревьям принадлежит 60 % всей корневой массы и 98 % надземной массы растительного сообщества саванны.
В то же время основную часть ежегодной продукции сообщества обеспечивают травы. В общей массе продукции сообщества на долю трав приходится 76 % прироста зеленых органов растений и 83 % прироста корней. Следовательно, главное значение в вовлечении масс химических элементов в биологический круговорот в экогеосистемах тропической лесостепи (саванны) имеет травянистая растительность.
Таблица 14 4
Структура массы растительного сообщества сухой
саванны Раджпутана
| Биомасса | Продукция | ||
т/км2 | % | т/(км2 год) | % | |
Зеленые части растений | 290 | 11 | 290 | 42 |
Многолетние надземные части растений | 1060 | 47 | 40 | 2 |
Корни | 1130 | 42 | 353 | 56 |
Всего | 2480 | 100 | 683 | 100 |
Распределение масс химических элементов в биологическом круговороте представлено в табл. 14.5
Таблица 14 5
Распределение масс химических элементов в биологическом
круговороте в засушливой саванне Раджпутана
Химический элемент | В биомассе, кг/км2 | В ежегодной продукции | |||||
зеленая часть | корни | вся продукция | |||||
кг/км2 | % | кг/км2 | % | кг/км2 | % | ||
N | 17934 | 4286 | 59 | 2614 | 36 | 7208 | 100 |
Si | 5381 | 2214 | 52 | 2021 | 48 | 4248 | 100 |
Са | 25625 | 3422 | 57 | 1928 | 32 | 5978 | 100 |
К | 11 121 | 3157 | 61 | 1868 | 36 | 5204 | 100 |
Mg | 4869 | 680 | 51 | 540 | 41 | 1330 | 100 |
Р | 1219 | 357 | 56 | 268 | 42 | 642 | 100 |
S | 1760 | 886 | 72 | 318 | 26 | 1239 | 100 |
А1 | 1937 | 246 | 52 | 180 | 38 | 469 | 100 |
Fe | 1137 | 164 | 53 | 121 | 39 | 311 | 100 |
Мn | 284 | 101 | 48 | 107 | 51 | 209 | 100 |
Na | 952 | 279 | 58 | 195 | 40 | 482 | 100 |
С1 | 1496 | 516 | 54 | 427 | 45 | 951 | 100 |
Всего (без N) | 55781 | 12022 | 57 | 7973 | 38 | 21 063 | 100 |
В зеленой части растительности саванн сосредоточено более половины всей массы зольных элементов и азота, вовлекаемых в биологический круговорот, в корнях — около 40 %. В стволы и ветви поступает не более 5 %. В зеленых органах растений наиболее активно аккумулируются азот, калий и сера, составляющие около 60 % и более от всей массы каждого из этих элементов в годовой продукции, а также фосфор, кальций и натрий (57 — 58 %). В корнях отмечена наибольшая относительная аккумуляция марганца и кремния, массы которых распределяются примерно поровну в приросте зеленых органов и корней. В абсолютном выражении в наибольшем количестве в биологический круговорот вовлекаются кальций, калий, кремний, массы которых составляют 4 — 6 т/км2 в год. Массы металлов (железа и марганца), захватываемые в биологический круговорот, не превышают 200 — 300 кг/км2 в год.
Одной из особенностей тропиков являются ландшафты сезонных болот Избыток воды в дождливые сезоны, возникающий в депрессиях рельефа и обширных понижениях, затрудняет существование деревьев, но благоприятствует развитию высокотравных злаков. Ландшафты злаковников, состоящих в Африке из представителей родов Pennisetum, Hypparrhenia, Themeda, Sorghastmmnjip., получили название грэсслендов. В злаках этих сообществ активно накапливаются марганец, медь, цинк, стронций и молибден. Величина К5первых четырех элементов составляет несколько единиц, молибдена — более 10.
Растения пресных вод слабо аккумулируют рассеянные элементы. В частности, в золе папируса, растущего по берегам Белого Нила, систематически обнаруживаются 100n10-4 % титана и марганца, 10n10-4 % цинка, бария, ниобия, n10-4 % меди.
14.2. Биогеохимические особенности
тропических почв
Характерной чертой тропических экогеосистем является высокая интенсивность почвенно-биологических процессов. В дождевых лесах Африки на поверхность почвы в течение года поступает около 1200— 1500 т/га сухой массы растительных остатков. Несмотря на столь значительный спад, большая его часть быстро разрушается благодаря деятельности беспозвоночных и микроорганизмов, населяющих почву. Сплошной лесной подстилки нет, тонкий слой мертвых листьев перемежается с участками оголенной земли. Поступающие с спадом элементы захватываются сложной корневой системой многоярусного дождевого леса и вновь вовлекаются в биологический круговорот.
Рыхлые покровные отложения тропической суши — минеральный субстрат современных почв — в значительной мере состоят из сильно выщелоченных продуктов древнего выветривания, содержащих ограниченное количество форм элементов, доступных для растений. Основным источником таких форм являются разлагающиеся растительные остатки. В связи с необходимостью захватывать элементы минерального питания из продуктов разрушения опада корневая система деревьев тропического дождевого леса расположена в приповерхностной части почвы (до 50 — 70 см). В лесах Амазонии корни деревьев находятся еще ближе к поверхности — на глубине 10-—20 см (Вальтер Г., 1968).
В результате микробиологических процессов трансформация органического вещества опада в почвах дождевого леса сопровождается образованием легкорастворимых фульвокислот. Их в 5 — 6 раз больше, чем гуминовых кислот. В том случае, когда почвы образованы на хорошо промываемых продуктах выветривания кварц-содержащих кристаллических пород, рН гумусового горизонта составляет около 5. Верхняя часть профиля таких почв сильно выщелочена. Если же дождевой лес находится в вулканическом регионе и почвы формируются на продуктах выветривания молодых вулканических пород, богатых щелочами и кальцием, то значительная часть гумусовых кислот нейтрализуется и конденсируется в более крупные и менее растворимые соединения. В результате в верхней части профиля почв происходит накопление гумуса до 6 % и более, значение рН приближается к 6, фульвокислоты преобладают над гуминовыми.