Название: Основы биогеохимии - Добровольский В.В.

Жанр: Химия

Рейтинг:

Просмотров: 1649

Определение коэффициентов биологического поглощения Кь показало, что независимо от состава коренных кристаллических пород и мощности рыхлых отложений интенсивность поглощения каждого элемента устойчиво выдерживается. Интенсивно поглощаются цинк, марганец, медь, свинец, значения К5 которых от 2 — 3 до 20 — 30. Слабо поглощаются никель и кобальт, К6 которых близок к единице. Очень слабо поглощаются титан, ванадий, Къ которых меньше единицы.

Интенсивность вовлечения рассеянных элементов в биологический круговорот не зависит от их концентрации в горных породах. На рис. 12.1 изображены графики К§ для хвои и коры ели, кустарничков, гипновых мхов. Конфигурация графиков однотипна, независимо от того, на породах какого состава — диабазах или гнейсах — располагаются лесные фитоценозы. В то же время разные растения поглощают одни и те же элементы с неодинаковой интенсивностью. В частности, мхи лучше аккумулируют слабо поглощаемые элементы (титан, цирконий, ванадий), чем деревья и кустарнички.

Рис. 12.1. Интенсивность биологического поглощения металлов

растительностью еловых лесов Карелии, растущих на выступах

диабазов(I) и гнейсов (II):

/ — кора ели, 2 — хвоя ели, 3 — гипновые мхи, 4 — листья и тонкие ветви черники

Масса опада елового леса возраста 150 лет равна 400 — 550 т/км2. Если бы все вещество опада сохранялось, то за 100 лет могло бы накопиться около 50 000 т/км2 растительных остатков. Но масса лесной подстилки изученных лесов составляет всего (2 — 3)×103т/км2, т.е. всего несколько процентов от количества отмершего органического вещества, которое поступило на поверхность почвы на протяжении 100 лет. В лесной подстилке содержатся значительные массы тяжелых металлов: цинка, свинца и меди — тысячи килограммов на 1 км2, никеля — сотни килограммов, кобальта и олова — десятки килограммов. Под воздействием микробиологических процессов происходит деструкция отмершего органического вещества и мобилизация рассеянных элементов, значительная часть которых вновь вовлекается в биологический круговорот.

На территории Карелии широко распространены болота. Биогеохимия лесных и болотных фитоценозов сильно различается. Сухая биомасса болот изученного региона без учета единичных деревьев составляет 700— 1100 т/км2. Это почти в 10 раз меньше биомассы лесов.

Прирост болотной растительности около 350 т/км2, что в 2 раза меньше, чем в лесах. Разрушение отмершего растительного материала происходит значительно медленнее, чем в лесах. Масса торфа, накопленная за 100 лет, составляет не менее 20 % органического вещества, образованного в болотных ландшафтах. Это почти в 10 раз больше, чем процент мертвого органического вещества, сохраняющегося в лесах.

При разложении органического вещества железо, тяжелые металлы и некоторые другие рассеянные элементы накапливаются в слабопроточных водах и их концентрация в растениях повышается. По этой причине, несмотря на меньшую величину опада по сравнению с лесами, в болотных фитоценозах в биологический круговорот вовлекаются равные, а в некоторых случаях даже большие массы рассеянных элементов. На площади в 1 км2 растительность болот ежегодно захватывает цинк, барий, свинец и титан в количестве нескольких килограммов; медь, цирконий, хром, никель и ванадий — сотни граммов; кобальт — десятки граммов.

Болотные и лесные ландшафты связаны взаимопереходами в виде зарастающих деревьями засыхающих болот и заболачиваемых лесов. Нарастание заболоченности проявляется в уменьшении биомассы фитоценоза, усилении роли моховой растительности в биологическом круговороте и увеличении концентрации железа и некоторых тяжелых металлов.

Биологический круговорот в широколиственных лесах южной периферии лесной зоны. В направлении на юг от северной границы бореальных лесов происходит постепенное уменьшение гумидно-сти природных условий и сокращение холодного зимнего сезона, затрудняющего биогеохимические процессы. Соответственно изменяется флористический состав лесных фитоценозов и геохимическая специализация растений-доминантов. Хвойные леса сменяются смешанными, а затем лиственными. Место кустарничков и мхов занимает травянистая растительность, значение которой возрастает с севера на юг. По мере усиления активности биогеохимических процессов увеличивается биомасса, годовая продукция и опад, но в то же время уменьшается масса мертвого органического вещества. Одновременно происходят изменения в химическом составе растений и в соотношении масс химических элементов, мигрирующих в системе биологического круговорота.

В районах со сбалансированным соотношением количества атмосферных осадков и эвапотранспирации с коэффициентами увлажнения 0,75—1,20 (см. разд. 10.1) располагаются широколиственные леса. Южную периферию обширной зоны бореальных и субборе-альных лесов Евразии образуют дубовые леса. Они обладают наибольшей биомассой и годовой продукцией среди лесных сообществ рассматриваемой зоны. В то же время масса мертвого органического вещества, находящегося на поверхности почвы, уменьшается по сравнению с хвойными лесами в 2 — 3 раза. При заболачивании процессы деструкции растительных остатков замедляются и масса подстилки возрастает.