Геохимические типы природных ландшафтов и их основные характеристики

В целинных степях практически вся продукция поступает в почву и используется для накопления запасов мертвого органического вещества.

По уровню самоорганизации и устойчивости степные ландшафты уступают лесным, хотя интенсивность бика местами и больше. Поэтому при техногенезе в степях легче нарушается и труднее восстанавливается стационарное состояние. Степи в этом отношении занимают промежуточное положение между лесными и тундровыми ландшафтами. Содержание золы в степных растениях выше, чем в лесных, и нередко достигает 10 %. Целинные степи обладают наиболее закрытым круговоротом среди всех типов наземных ландшафтов.

Степные ландшафты подразделяются на черноземные, сухие и субтропические типы степей. Характерная особенность бика степей – скорость. Ежегодно в бик вовлекаются сотни килограммов водных мигрантов (на га), т.е. значительно больше, чем в тайге. В отличие от лесных ландшафтов почвы степей в 2-5 раз богаче органическим веществом.

2.1.1 Черноземные степи включает три основных отдела: умеренно континентальные степи (европейские); континентальные степи (западносибирские); резко континентальные степи (восточносибирские). В процессе почвообразования во всех черноземах и лугово-черноземных почвах региона относительно почвообразующих пород наблюдаются явное накопление Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Be, B, I, Mo, а также макроэлементов – S, P, и – интенсивный вынос Sr и его осаждение в карбонатных горизонтах.

2.1.2 Тип сухих степей является переходным между черноземными степями и пустынями. В растительном покрове сухих степей преобладают полынно-злаковые ассоциации. На территории России распространены 2 отдела сухих степей – континентальные (европейско-западносибирско-казахстанские) и резкоконтинентальные сухие степи (средне- и восточносибирские) с длительным промерзанием почв, а местами и с островной многолетней мерзлотой.

2.1.3 Субтропические степи распространены в передней Азии и Северной Африке, и лишь наиболее северные их представители характерны для средней Азии и Закавказья. Главная особенность бика – его напряженность и ско- рость (март – апрель). Ежегодная продукция близка к биомассе. Ежегодно в бик вовлекаются большие массы водных мигрантов (больше, чем в тайге). Весной интенсивно минерализуются растительные остатки, и в почве почти не накапливается гумус (1–3 %). Для субтропических степей характерно резкое преобладание окислительных условий в почвах, окислительно-восстановительная зональность в них ближе к пустыням, чем к черноземным степям.

2.2 Горнолуговые ландшафты. По величинам Б, П и К горные луга ближе всего к луговым черноземным степям. Разложение органических веществ в горнолуговых ландшафтах протекает медленнее, чем в степях, в почвах развиты менее окислительные условия, окислительно-восстановительная зональность иная. По этим показателям горные луга ближе к тундре и тайге. Подобная двойственность бика - главная особенность горнолуговых ландшафтов.

В этом типе по степени континентальности можно выделить несколько отделов – приокеанические, умеренно-континентальные, резкоконтинентальные горные луга. Доя территории России (на Кавказе) характерен умеренно-континентальный отдел. Центральное положение в нем занимает альпийское семейство с низкотравными лугами. В боле теплом климате развито субальпийское семейство с высокотравными лугами и большой биомассой.

2.3 Лесостепные ландшафты. К лесостепной группе относятся геохимические ландшафты, включающие и леса, и степи в автономных позициях. Лесостепные ландшафты формируются в климатических условиях, переходных от влажных (лесных) к сухим (степным). В отличие от степей автономные почвы лесостепных ландшафтов имеют промывной или периодически промывной режим, обеспечивающий контрастную радиальную миграцию химических элементов.

В северной Евразии лесостепные ландшафты условно относят к одному типу, в котором выделяется 5 отделов. Эти единицы систематики названы по географическим районам их преимущественного распространения.

2.3.1 Для ландшафтов европейской лесостепи характерно сочетание широколиственных лесов и луговых степей. В результате хозяйственной деятельности большинство лесов сведено, и только почвенный покров (серые лесные почвы) позволяет судить о более широком распространении лесов в прошлом. В геохимическом отношении эти ландшафты несут в себе черты как широколиственных лесов, так и луговых степей. Однако современная миграция химических элементов ближе к луговым степям.

2.3.2 Для дальневосточной лесостепи характерны сочетание лесных, лугово-степных (прерии), луговых и болотных ландшафтов, равнинный рельеф, широкое развитие лугов и болот, островные леса. Климат здесь муссонный с неравномерным выпадением осадков. В современном почвенном покрове фиксируются различные стадии рассоления в форме солонцеватых и осолоделых луговых почв.

2.3.3 Западносибирско-североказахстанская лесостепь является восточным продолжением европейской лесостепи. Березо-осиновые леса образуют отдельные массивы между которыми располагаются луговые степи, луга, болота, озера. Миграция и концентрация химических элементов во многом определяется тем, какие ландшафты – слабокислые лесные или кальциевые степные занимают автономные и подчиненные позиции.

2.3.4 Якутская мерзлотная лесостепь распространена на равнинах по средней Лене и ее притокам. Климат засушливый, и растения пополняют недостаток атмосферных осадков за счет влаги деятельного слоя сплошной многолетней мерзлоты, которая определяет существование лесных и луговых ландшафтов. На плоских водоразделах развита сухая лиственничная тайга. Кроме тайги развиты также луга, луговые и полынно-злаковые степи, болота. Для значительной части территории характерен содовый класс водной миграции. Распространены содовые солонцы и солончаки, соленые озера. В Центральной Якутии преобладает надмерзлотный континентальный тип соленакопления. Широко развит термокарст, приводящий к образованию на днищах озер особых луговых ландшафтов – аласов.

2.3.5 Забайкальско-монгольская лесостепь. Резко континентальный климат, островная многолетняя мерзлота, расчлененный рельеф определили распространение хвойных лесов в сочетании со степями и остепненными лугами. Велика роль высотной поясности и экспозиции. Это в основном горная лесостепь с лиственничными травяными лесами на черноземовидных (темноцветных дерновых) почвах. С этими ландшафтами сопряжены остепненные луга на выщелоченных и типичных черноземах.

3 Пустынные ландшафты

Для всех пустынь характерно малое количество осадков. Пустыня – это ландшафт с малой биологической информацией, ослабленными биотическими и водными связями, но с интенсивными прямыми воздушными связями. Для пустынь характерны саксауловые леса, травянистые, кустарниковые и полукустарниковые сообщества. Это позволяет рассматривать различные пустыни как результат уменьшения Б и П (деградации) лесов, степей, лугов и саванн. Пустынная деградация связана не только с иссушением климата, но и с похолоданием (полярные пустыни) и засолением (солонцы и солончаки в степях).

Биомасса в пустынях обычно составляет 10–15 ц/га, но достигает и 300 ц/га. Для пустынной флоры характерна интенсивная биогенная аккумуляция Na, Cl, S, K, P. Щелочные и щелочно-земельные металлы вовлекаются в бик интенсивнее, чем в степях. В резкоокислительной среде пустынь разложение их остатков протекает интенсивно, органические вещества быстро минерализуются, и гумус почти не накапливается. В бике пустынь преобладает азотный тип химизма при значительном участии Cl и S. В солончаковых пустынях – хлоридный тип химизма. К пустынной группе относятся четыре основных типа ландшафта.

3.1 Полярные пустыни. Они распространены на арктических островах и в Антарктике. Фитомасса полярной пустыни составляет 50 ц/га. Формирование пустынного загара (железистых и марганцевистых пленок на поверхности пород), новообразований карбонатов кальция, гипса и легкорастворимых солей сближает полярные пустыни с пустынями умеренного и тропического поясов. Однако резко отличный термический режим, мерзлота, особо важная роль птиц в бике, преобладание лишайников и водорослей, образование сапропеля в озерах придает полярным пустыням геохимическое своеобразие.

3.2 Высокогорные пустыни (тибетско-памирские). Сильная инсоляция и испарение в сочетании с ничтожным количеством осадков обуславливают исключительную сухость климата и формирование пустынных ландшафтов. Разложение растительных остатков в условиях холодного климата протекает медленно. В этих пустынях выветривание протекает по карбонатному типу. В почвах и коре выветривания накапливается СаСО3, почвы и воды имеют щелочную среду.

3.3 Суббореальные пустыни (казахстанско-монгольские). Это пустыни умеренного пояса с жарким летом, морозной зимой и холодной сухой весной. Годовое количество осадков составляет 100–200 мм, большая их часть выпадает летом, обеспечивая возможность произрастания полынных и полынно-солянковых сообществ на бурых и серо-бурых пустынных почвах.

3.4 Субтропические (средиземноморские) пустыни. В отличие от суббореальных пустынь осадки (100–150 мм) здесь выпадают преимущественно в холодный сезон. Весной гидротермические условия наиболее благоприятны для вегетации, создании основной массы живого вещества, развития эфемеровой растительности, наиболее интенсивного протекания биогеохимических процессов. В субтропических пустынях выделяются те же классы и роды, что и в пустынях суббореальных.

4 Тундровые ландшафты

Тундровые ландшафты занимают крайнюю северную полосу материковой суши, контактирующую с морями арктического бассейна. На равнинах Евразии и Северной Америки они образуют самостоятельную ландшафтную зону, в горах – особый высотный пояс. Формируются они в условиях холодного климата, когда уменьшаются биомасса и ежегодная продукция живого вещества, замедляется скорость разложения остатков организмов, происходит накопление органического вещества на поверхности и в почве, возникает тундровый бик с участием Al, Fe, Mn. Низкие температуры воздуха и почвы лимитируют бик.

Для тундры характерны напочвенные ярусы мхов и лишайников, кустарнички и травы. Биомасса в тундре колеблется в широких пределах – от 40 до 300 ц/га, большая часть ее сосредоточена в корнях. Почвенная среда бедна элементами питания. Ежегодный прирост (П) составляет 10 ц/га для арктической тундры и 25 – для кустарничковой. У большинства растений зольность 1,5–2 %.

Многие растения содержат повышенные количества Si, Al, Fe. В золе ряда тундровых растений повышено содержание серы, при минерализации которой образуется серная кислота – важный агент миграции алюминия и других металлов. Содержание зольных элементов и азота в биомассе тундровой растительности примерно одинаково. Среди зольных элементов наибольшие концентрации свойственны Ca, K, Mg, P, Si. Разные систематические группы растений селективно поглощают тяжелые металлы.

В условиях хорошего дренажа на склонах формируются кислые бурые тундровые почвы. Для них характерна аккумуляция слаборазложенных растительных остатков и образование торфянистого горизонта. Ниже этого горизонта профиль почв мало дифференцирован. В маломощном и плохо выраженном гумусовом горизонте содержание гумуса около 1–2,5 %, в котором преобладают фульвокислоты. Кислые почвенные растворы способствуют водной миграции металлов в виде комплексных органических соединений.

На низменных равнинах с затрудненным дренажем в нижней части почвенного профиля устойчиво существуют условия дефицита кислорода. Это способствует формированию тундрово-глеевых почв с глеевым горизонтом, простирающимся до границы вечной мерзлоты.

Биомасса растительности возрастает при переходе от лишайниково-моховой тундры к кустарничковой от 4–7 до 29 т/га сухого вещества. В переходной подзоне лесотундры она превышает 100 т/га. При этом масса подземных органов растений преобладает над надземной массой.

В тундровом типе выделяют 5 отделов, а в них – 3 основных семейства.В наиболее северных и холодных условиях развивается арктическая тундра, среднее положение занимает мохово-лишайниковая и южное – кустарниковая тундра. В пределах семейств выделяются классы, роды и виды. В равнинной тундре преобладают ландшафты кислого глеевого класса, в горной – кислого. Особым типом тундровых ландшафтов являются верховые болота. На них преобладают сфагновые мхи, растут кустарнички и немногочисленные виды трав. Верховые болота не связаны с минеральным грунтом и находятся вне зоны влияния грунтовых вод. Эти болота образуются в результате зарастания озер (наиболее мощные торфяники) и заболачивания водоразделов. Источником их минерального питания служат только атмосферная пыль и осадки, что определяет минеральное голодание растений.

Разложение органических остатков в верховых болотах протекает в сильнокислой среде. Отмершие органические остатки сохраняют органоморфную структуру. В ходе оторфования увеличивается количество углерода и уменьшается – кислорода.

При разложении органических остатков Si, Al, Fe почти не минерализуются и остаются в составе органических веществ торфа, Ca, Mg, Na, K частично поступают в болотные воды. В торфе накапливаются гумусовые вещества бурого цвета. Болотные воды – наименее минерализованные воды на Земле.