Глава 7. ЛЕСНЫЕ ЛАНДШАФТЫ. Таежные ландшафты

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

Книги Докучаева

Происхождение жизни

Вернадский. Биосфера

Биология

Эволюция биосферы

Геоботаника

 Биографии геологов, почвоведов

Эволюция

Этот наиболее распространенный тип ландшафтов образует единую таежную зону от западных до восточных границ в России и Канаде.

Биологический круговорот

По Н.И. Базилевич, биомасса в тайге не намного уступает влажным тропикам и широколиственным лесам. В южной тайге Б превышает 3000 ц/га и только в северной понижается до 500—1000 ц/га. Более половины биомассы представлено древесиной, состоящей из клетчатки (около 50%), лигнина (20—30%), гемицеллюлозы (более 10%), в меньшей степени из смол, дубильных веществ, других органических соединений. Специфичны фитонциды, создающие аромат хвойного леса.

Число видов высших растений приблизительно вдвое меньше, чем в широколиственных лесах (около 1000 для крупных флористических районов). Зеленая часть обычно не менее 3% от биомассы (часто 5—7). По этому показателю тайга ближе к влажным тропикам (8%), чем к широколиственным лесам (1%).

Ежегодная продукция П в южной тайге почти такая же, как в широколиственных лесах (85 ц/га против 90 в дубравах), в северной тайге — вдвое меньше (40—60 ц/га). Однако по величине К — соотношению логарифмов П и Б северная и южная тайга близки (0,53—0,55) и отличаются от широколиственных лесов (0,58—0,60). Растительный опад в южной тайге меньше, чем в дубравах (55 ц/га против 65), еще меньше он в северной тайге — 35 ц/га. Ряды биологического поглощения для ельников европейской России почти такие же, как и для широколиственных лесов:

Как и в широколиственных лесах, подобный характер рядов определяет возможность биогенного накопления в почвах S, Р, Мп, К, Са, Mg, многих редких элементов.

Для тайги характерна низкая зольность прироста: в северной тайге ниже 1,5%, в средней и южной — 1,6—2,5% (в широколиственных лесах 2,6—3,5%). Таким образом, хвойные деревья беднее золой, чем лиственные. Особенно важны различия зольности хвои и листьев, так как хвоя играет ведущую роль в опаде деревьев (более 50%). Зольность хвои — 2—3,5%, листьев широколиственных пород — 5—8%. Еще важнее различия в качественном составе золы: в хвое большую роль играет Si02 и меньшую Са. Клеточный сок хвои ели, сосны и лиственницы содержит свободные органические кислоты, его рН 4,5—6,5; рН таежных трав также нередко кислый (кислица и другие травы). Следовательно, уже в растениях создается характерная геохимическая особенность таежного ландшафта — кислая среда.

Зоомасса в тайге очень мала — п ц/га и в южной тайге составляет лишь 0,01% Б. Характерно изменение величины зоомассы по сезонам и в разные годы, в связи с сезонностью размножения, кочевками, зимним оцепенением. Зимой активная часть населения составляет 0,1 летнего обилия. В отдельные годы из-за неурожая семян резко сокращается число семяноедов (например, белок) и наоборот. Возможны и массовые миграции.

С опадом в тайге ежегодно возвращается значительно меньше водных мигрантов, чем в широколиственных лесах. Если в дубравах этот показатель близок к 200 кг/га, в бучинах — 270, то в ельниках южной тайги — 85, в северной тайге — 52 кг/га. По Базилевич, для тайги характерен азотный тип химизма бика (N>Ca), в то время как в широколиственных лесах — кальциевый (Ca>N). В холодной тайге разложение органических веществ протекает медленнее, чем в широколиственных лесах, микроорганизмы работают не столь энергично, время их деятельности в году короче, некоторые группы бактерий отсутствуют. Масса подстилки более чем в 10 раз превышает опад зеленой части. Этим тайга резко отличается от других типов лесных ландшафтов (в ц/га)

В растительном опаде елового леса эквиваленты кислотных органических соединений в десятки раз превышают эквиваленты катионов золы и N, дающих основания. Низкое содержание сильных оснований (Са, Mg, Na, К) в золе при отсутствии их подвижных форм в горных породах обуславливает кислый характер почвенных растворов: часть органических кислот существует в свободной форме, обеспечивая кислую реакцию лесной подстилки и верхних горизонтов почвы (рН 3,5—4,5).

В.В. Пономарева выделила три направления в разложении растительных остатков: минерализация (образование С02 и других полностью окисленных соединений), собственно гумификация и образование водорастворимых органических соединений. В тайге минерализация и гумификация ослаблены (в отличие от степей), энергично идет образование фульвокислот (отношение гуминовые кислоты/фульвокислоты = 0,6—0,8). Нейтрализация фульвокислот происходит, главным образом, за счет Fe и А1 почвенных минералов. Так, в почвах возникают фульваты Fe и А1, создается возможность кислого выщелачивания, которая реализуется на всех бескарбонатных породах, где формируются ландшафты кислого (Н) и кислого глеевого (H-Fe) классов. По Д.С. Орлову, запасы гумуса в дерново-подзолистых почвах южной тайги приблизительно вдвое меньше, чем в широколиственных лесах (70—100 и 100—270 т/га в полуметровом слое). Часть органических веществ входит в состав глинистых минералов.

Итак, главное геохимическое отличие бика тайги от бика широколиственных лесов состоит в специфическом консервативном соотношении Б и П, в меньшей скорости разложения органических веществ, меньшем количестве водных мигрантов, вовлекаемых в бик и поступающих с опадом, более кислом характере продуктов разложения, меньшей роли биокосной отрицательной обратной связи. По ряду особенностей бика таежные ландшафты ближе к влажным тропикам, чем к широколиственным лесам (табл. 7.2).

Хвойные леса появились на Земле в середине пермского периода около 250 миллионов лет назад.

По Н.М. Страхову, это была хвойно-гингковая тайга. Ее бик благоприятствовал кислой миграции и сильному выщелачиванию почв. В современной кайнофитной тайге сохранились многие черты этой мезофитной влажной тропической тайги. Интенсивность кислого выщелачивания в обоих случаях близка, различие заключается в емкости процесса. Если во влажном и теплом климате мезофита кислое выщелачивание распространялось на всю почву и кору выветривания, то в холодном климате современной тайги эти процессы охватывают лишь верхние десятки сантиметров почвенного профиля — горизонты А1 и А2 (обычно менее 0,5 м, а в северной тайге местами даже менее 0,1 м).

В мезофитной тайге в условиях минерального голодания эволюция, вероятно, замедлялась, что определяло консервативность ее и устойчивость. И только через 100 млн. лет в середине мелового периода появились покрытосеменные, листва которых более богата Са, что помогало деревьям бороться с кислым выщелачиванием в почвах. Однако это было только в умеренном поясе, где сформировались ландшафты широколиственных лесов Н—Са-классов (а не Н+, как в тайге).

В кайнофитных влажных тропиках продолжалось кислое выщелачивание почв. Именно поэтому в геохимическом отношении по ряду показателей бика и водной миграции современная тайга ближе к современным и мезофитным влажным тропикам, чем к широколиственным лесам.

Атмосферная миграция

По М.А. Глазовской, тайга ежегодно получает с атмосферными осадками 0,5—0,25 ц/га солей (0,2—0,25 атмогенных, 0,3—0,5 — терригенных), что составляет лишь 1/4 их количества, потребляемого растительным покровом (КА=0,25). Ионный сток, напротив, примерно в 2 раза больше (КВ=0,4—0,5). Однако в некоторых таежных ландшафтах, особенно в горной тайге Сибири, минерализация и состав атмосферных осадков близки к трещинным водам коры выветривания. В этих ландшафтах роль атмосферных осадков в поступлении подвижных элементов весьма значительна (особенно для элементов "циклических солей" — Na, С1 и др.).

Систематика

В зависимости от степени континентальности, истории геологического развития и проявления многолетней мерзлоты таежный тип на территории Евразии может быть разделен на несколько отделов:

1.         Приокеаническая (атлантическая) тайга (Прибалтика, запад Белоруссии, Скандинавия)

2.         Умеренноконтинентальная тайга (европейская Россия)

3.         Континентальная сибирская тайга (без многолетней мерзлоты)

4.         Континентальная и резкоконтинентальная сибирская мерзлотная тайга

5.         Приокеаническая (тихоокеанская) мерзлотная тайга (побережье Охотского моря и др.)

6.         Приокеаническая (тихоокеанская) тайга без мерзлоты (Сахалин, Камчатка, Курилы, Приморье).

В каждом отделе выделяются три основных семейства — северной, средней и южной тайги, различающиеся по величине П. Наиболее изучена южная тайга. Переходным к типу широколиственных лесов является семейство европейских хвойно-широколиственных лесов, образующее особую подзону. Геохимически эти ландшафты ближе к тайге, чем к широколиственным лесам.

Во всех семействах преобладают кислые (Н+) и кислые глеевые (H+-Fe2+) классы ландшафтов, причем соотношения между ними закономерно изменяются от южной тайги к северной.

Умеренноконтинентальная тайга

Данный отдел таежного типа распространен в европейской России и на Урале.

Южнотаежное семейство

Это самая теплая тайга, простирающаяся широкой полосой по южной окраине таежной зоны. Наиболее распространены здесь ландшафты кислого класса.

Кислая южная тайга (Н-класс).

Автономные ландшафты формируются на бескарбонатных породах в условиях сравнительно хорошего дренажа (II и III роды), исключающего заболачивание. Бик обусловливает энергичное кислое выщелачивание и слабое биологическое поглощение. В результате автономный ландшафт в целом обедняется подвижными элементами, бик не замкнут. Оба процесса находят яркое отражение в профиле дерново-подзолистых почв (7.7). В горизонте А1 биогенным путем аккумулируются гумус К, Са, Р и другие элементы, особенно Мп (7.8). Эти же элементы, а также Fe, Al и SiO, выносятся с просачивающимися атмосферными осадками. Ниже залегает подзолистый горизонт А2, в котором в результате кислотного гидролиза, периодического оглеения и лессиважа происходит разложение минералов и вынос подвижных соединений Fe и А1 в форме хелатов. В нем относительно накапливается кремнекислота, местами каолинит, гидрослюды. Следовательно, как и во влажных тропиках, в тайге происходит энергичное разложение верхнего горизонта литосферы и выщелачивание подвижных элементов. Однако мощность измененного слоя неизмеримо меньше. Мигрирующие минеральные и органические соединения частично закрепляются в иллювиальном горизонте В, рН которого выше, чем в А1 и А2.

Здесь в результате взаимодействия коллоидной кремнекислоты и полуторных окислов синтезируются глинистые минералы, суспензии которых ("плазма") передвигаются и откладываются в форме тонких пленок (кутан) по трещинам, порам, ходам корней. Эти образования изучались В.О. Таргульяном, В.В. Добровольским и другими почвоведами. Таким образом, в дерново-подзолистых почвах имеет место щелочно-кислотная зональность: кислый горизонт (Al + А2) сменяется менее кислым или даже нейтральным В. В этих почвах развивается и окислительно-восстановительная зональность. Многие почвоведы считают, что для образования дерново-подзолистых почв необходим анаэробиозис, обусловленный переувлажнением (Н.П. Ремезов, С.П. Ярков, Ф.Р. Зайдельман, И.С. Кауричев).

Такое поверхностное временное заболачивание наблюдается, например, весной и осенью с минимумом Eh в гумусовом горизонте, ниже он повышается. Наиболее восстановительные условия возникают не в глубоких горизонтах (В), а на поверхности, под подстилкой, где энергично разлагаются растительные остатки, т.е. в А1 и А2. От болот это оглеение отличается более кислой средой (в болотных глеевых горизонтах рН часто близок к нейтральному), промывным режимом. Иными словами, оподзоливание — это кислое инфильтрационное глеевое выщелачивание, а в болотах развито диффузионное слабокислое или нейтральное глеевое выщелачивание. Восстановительная глеевая среда, периодически возникающая в горизонтах А1 и А2, книзу сменяется окислительной (горизонт В имеет бурую окраску). Вероятно существование окислительного (кислородного) барьера А6 на границе горизонта В. При хорошем дренаже в тайге встречаются и кислые неоподзоленные почвы (например, на Урале). Следовательно, в дерново-подзолистых почвах предполагается следующая окислительно-восстановительная зональность:

Al, А2 — периодически кислая глеевая обстановка;

А2/В1 — слабоокислительная обстановка, осаждение Fe3+ (Мп2+ подвижен); это кислородный барьер для Fe;

В1,В2 — окислительная обстановка, осаждение и Fe3+, и Мп2+.

Возможны и иные соотношения (осаждение Fe и Мп на одном барьере и т.д.).

Кислые окислительные фульватные воды также могут транспортировать Fe, в связи с чем оподзоливание происходит и в окислительной среде, а также при сочетании обоих процессов.

Дерново-подзолистые почвы бедны элементами питания растений, многие из них находятся в слабоподвижной форме. Так, в почвах мало доступных N, Р и К. Эти почвы обеднены также В, J, Br, V, Cr, Ni, Со, Zn, Си п другими редкими и рассеянными элементами, которые из них интенсивно выщелачиваются. Как и во влажных тропиках значительная часть элементов сосредоточена в растениях. Кислая среда определяет не только выщелачивание металлов, но и способствует поступлению их подвижных форм в растениях. Поэтому не случайно многие таежные деревья (ель, сосна, береза) являются концентраторами Mn, Zn, Pb, Sr, Ва — активных водных мигрантов таежного ландшафта.

К содержанию книги: А.И. Перельман, Н.С. Касимов - Геохимия ландшафтов