Имя материала: Основы биогеохимии

Автор: В.В.ДОБРОВОЛЬСКИЙ

13.2. особенности  биологического круговорота в экстрааридных пустынях

 

Значительный научный, а в недалеком будущем, возможно, и практический интерес представляют биогеохимические процессы, происходящие в наименее благоприятных для жизни условиях экстрааридных пустынь. Такие пустыни занимают огромное пространство в центре суперконтинента Евразии. Одной из наиболее суровых пустынь Центральной Азии является Гоби. В ее западной части обычно выпадает атмосферных осадков от 20 до 50 мм/год при испаряемости 1250 мм/год Поверхность пологих предгорных склонов (бэлей) и межгорных равнин покрыта плотным каменистым панцирем. Панцирь, образованный щебнем метаморфических и вулканических горных пород с блестящей черной глазурью «пустынного загара», способствует ощущению полной безжизненности местности. Примерно раз в 7—10 лет до Гоби доходят несущие влагу воздушные массы и здесь выпадают обильные дожди. Их результатом являются многочисленные мелкие ложбины (сайры), рассекающие поверхность гамады (каменистой пустыни) на отдельные вытянутые участки.

Большая часть пустыни Гоби покрыта редкой растительностью, состоящей из кустарников и полукустарничков. Среди кустарников преобладает черный саксаул (Haloxylon ammodendrori), эфедра Пржевальского (Ephedra Przewalskii), парнолистник (Zygophyllum xanthoxylon), реамюрия (Reamuria soongorica); среди полукустарничков — баглур (Anabasis brevifoha), симпегма (Sympegma regeln). На периферии пустынной зоны появляются злаки (Stipaglareosa), луки  (Allium mongolicum) и др. На крайнем юге, в области распространения экстрааридных ландшафтов участки каменистой пустыни полностью лишены растительности или несут очень редкие экземпляры ильинии (lljinia regelii) — 1,3 экземпляра на 100 м2 (Казанцева Т. И., 1986). В мелких сайрах, расчленяющих поверхность гама-ды, растут отдельные экземпляры саксаула и эфедры.

Установлено, что в промытых бидистиллированной водой растениях экстрааридных ландшафтов концентрация щелочных, ще-лочно-земельных элементов и железа измеряется десятыми и сотыми долями процента; марганца, цинка, стронция и частично хрома — значениями 10×п мкг/r; меди, никеля и ванадия — п мкг/г; свинца и кобальта — как правило, менее 1 мкг/г сухой массы растений. Необходимо учитывать, что элементы распределяются по органам растений неодинаково. Концентрация натрия в зеленых органах значительно выше, чем в стволах кустарников и стеблях полукустарничков, в которых выше концентрация кальция. Распределение стронция, железа и марганца аналогично кальцию: большие значения приурочены к стволам и стеблям. Распределение других тяжелых металлов сложнее. Более высокие концентрации цинка установлены в стеблях ильинии и стволе саксаула, но в эфедре концентрация этого металла выше в листьях. Максимальные концентрации меди обнаружены в листьях кустарников (эфедры и саксаула), но в ильинии большие значения относят к стеблям.

Интенсивность вовлечения химических элементов из почвы в биологический круговорот показана на рис. 13.2. Наибольшие значения К6, рассчитанные для ежегодно нарастающей зеленой массы растений пустынь Заалтайской Гоби, обнаружены для цинка (до 20 — 40) и натрия (до 15); для стронция, хрома, меди, никеля и ванадия К6 равен от 1 до 10; для железа и марганца К5 < 1.

При сопоставлении значения К5 продукции растительности всей суши (см. табл. 2.4) и изученных растений видно, что главные ценозообразователи экстрааридных пустынь Заалтайской Гоби (саксаул и ильиния) отличаются большей интенсивностью поглощения натрия и отчасти магния и стронция. Это обусловлено крайне засушливыми условиями, усиленной транспирационной деятельностью растений и высокой концентрацией солей в почвах. Обращает внимание, что величина kq некоторых тяжелых металлов превышает средние значения их К5 для продукции растительности суши. Возможно, что это связано с присутствием в почвах экстрааридных ландшафтов легкомобилизуемых форм металлов, в первую очередь тех, содержание которых в почвообразующем субстрате гобийских пустынь превышает кларк гранитного слоя литосферы. К таким металлам относятся цинк, медь, хром и ванадий.

 

Рис. 13.2. Интенсивность биологического поглощения химических

элементов растениями-ценозообразователями экстрааридных

пустынь Гоби:

1 — саксаул, 2 — ильиния, 3 — эфедра Пржевальского, 4 — баглур

 

Палеогеографическая эволюция Южной Монголии на протяжении кайнозоя характеризовалась прогрессивно нарастающим иссушением. Этот процесс в Гоби, как и в других пустынях Центральной Азии, с одной стороны, как предполагал Н.И.Вавилов, подавлял видообразование, а с другой — способствовал сохранению видов и форм, хорошо приспособленных к аридным ланд-шафтно-геохимическим условиям. Поэтому наряду с общими чертами биогеохимии, свойственными растительности гобийских пустынь, отдельные растения обнаруживают специфические особенности. Например, в стеблях полукустарничков обнаружено наиболее высокое среди изученных растений содержание железа, а в их зеленых органах — натрия. При этом для баглура (Anabasis brevifolia) характерна высокая концентрация стронция. Последняя, возможно, является систематическим признаком, так как эффект избирательной аккумуляции стронция был ранее отмечен нами в пустыне Устюрт для биюргуна (Anabasis salsa).

Специфическими особенностями состава обладают кустарники. Как представители древнеаридной флоры, некоторые из них выработали механизмы, нейтрализующие высокое содержание солей в окружающей среде. Например, в эфедре Пржевальского, растущей в сайрах среди лишенных растительности каменистых пустынь, обнаружено неожиданно низкое содержание главного солеобразующего элемента — натрия и в то же время очень высокое — стронция. В парнолистнике и кориоптерисе отмечены максимальные среди пустынных растений концентрации цинка. Эти и другие факты, свидетельствующие о геохимической специализации флоры Заалтайской Гоби в связи с историей ее формирования и специфическими существующими условиями, нуждаются в дальнейшем пристальном изучении.

Весьма важное геохимическое значение в условиях экстрааридных пустынь приобретает выделение растениями водорастворимых солей при транспирации. Солевые выделения развеиваются ветром, оказывая существенное влияние на состав аэрозолей, или смываются атмосферными осадками, образуя особый поток химических элементов в их биогеохимических циклах.

В зеленых органах растений экстрааридных пустынь Заалтайской Гоби обнаружены следующие количества водорастворимых форм (мкг/г сухого вещества растений): натрия и калия — десятки тысяч в саксауле и тысячи в ильинии; кальция и магния — на один-два порядка меньше; железа — от нескольких единиц в ильинии до 100 и более в эфедре; марганца — от 3 до 19; стронция и цинка — 1 — 2; меди и никеля — десятые доли. Кобальт, хром и свинец отмечены во всех пробах в виде следов; ванадий не обнаружен.

Количества водорастворимых соединений натрия и калия имеют тот же порядок, что и их соединения, прочно связанные в тканях растений. В смывах с зеленых побегов саксаула натрия оказалось больше, чем в веществе растений после промывания, хотя в смывы переходит лишь небольшая часть магния. В отличие от саксаула зеленые побеги эфедры Пржевальского выделяют очень немного водорастворимых соединений натрия, но значительное количество магнезиальных солей. Это свидетельствует о различных механизмах, действующих по отношению к избыточному количеству разных химических элементов в этих кустарниках, наиболее приспособленных к условиям экстрааридных пустынь Заалтайской Гоби.

Содержание водорастворимых форм тяжелых металлов и стронция, которые уходят в смывы, в среднем составляет 5 — 10\% от общего количества этих элементов. Прямой пропорциональности между содержанием водорастворимых и прочносвязанных форм элементов не обнаружено, но определенная связь между этими формами существует. Так, повышенная концентрация стронция в зеленых органах эфедры Пржевальского, железа и марганца в саксауле соответственно отражаются на количестве их растворимых форм.

Результаты анализов свидетельствуют, что с уменьшением степени засушливости состав водорастворимых соединений закономерно меняется. Прежде всего это отражается на уменьшении содержания натрия в водных смывах с растений в направлении от экстрааридных ландшафтов к периферии пустыни. В смывах с надземной части растений, типичных для степей (ковыле и полы-нях), концентрация натрия в сотни раз меньше, чем в смывах с зеленых органов растений крайне засушливых пустынь (саксаула, ильинии, баглуре). Можно предположить, что интенсивное выделение зелеными органами растений водорастворимых соединений служит процессом, нейтрализующим отрицательное влияние высокой концентрации в почвенных растворах экстрааридных пустынь не только солей, но и рассеянных металлов.

Полученные результаты позволяют в первом приближении оценить массы химических элементов, вовлекаемые в биологический круговорот в экстрааридных экогеосистемах пустыни Гоби. По данным Т.И.Казанцевой (1986), продукция надземной биомассы ильиниевого сообщества на гамаде равна 220 кг/км2 сухого вещества, продукция саксаулово-ильиниевого сообщества, расположенного в мелких ложбинах — сайрах, расчленяющих гамаду, — 247 кг/км2. Продукция сообщества ксерофитных кустарников — саксаула и эфедры Пржевальского, приуроченных к относительно крупным сайрам, — около 800 кг/км2. Данные о захвате масс элементов в биологический круговорот приведены в табл. 13.5 (для сравнения приведены данные о менее аридном сообществе, расположенном на периферии пустыни и образованным баглуром и ковыльком).

Таблица 13.5

       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/

22

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.

 

Страница: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 |