Ландшафтно-геохимические карты

Закономерности размещения элементарных и геохимических ландшафтов легче всего выявляется при картировании. Соответствующие карты получили название ландшафтно-геохимических. В зависимости от объекта картирования ландшафтно-геохимические карты можно разделить на типологические карты и карты районирования. Типологические карты делятся на карты элементарных ландшафтов и карты геохимических ландшафтов.

Для выделения геохимических ландшафтов (в легенде карты) обычно составляют матрицу, в которой по вертикали указаны ландшафтные зоны и подзоны (типы и семейства ландшафтов), а по горизонтали – геолого-геоморфологические условия (роды и виды).

На мелкомасштабных картах обычно типы и семейства ландшафтов показывают цветом, классы – штриховкой, роды и виды – значками и символами. Также указывают геохимические формулы вида:

1. 
   Лесные ландшафты,
   
2. 
   Аридные ландшафты,
   
3. 
   Степные и луговые ландшафты,
   
4. 
   Пустынные ландшафты,
   
5. 
   Тундровые ландшафты,
   
6. 
   Примитивно-пустынные,
   
7. 
   Абиогенные.
   

Группа включает десятки типов ландшафтов. Наиболее распространены влажные тропики, ландшафты широколиственных лесов и таежные ландшафты.

Для влажных тропиков характерна наивысшая интенсивность биологического круговорота и водной миграции. Здесь изобилие тепла сочетается с изобилием осадков, это обеспечивает возможность интенсивного развития большинства геохимических процессов, появления наиболее сложных форм ландшафта. Миграция атомов происходит с одинаковой интенсивностью в течение круглого года, период геохимического покоя отсутствует.

Биологический круговорот протекает во влажных тропиках с высокой интенсивностью, ежегодно создается огромная биомасса – 325 ц/га (дубрава – 90 ц/га, тайга – 70 ц/га). Разложение органических веществ протекает быстрее, и в ландшафте практически нет лесной подстилки. Поэтому опадо-подстилочный коэффициент – отношение количества подстилки к ежегодному опаду исключительно мал – менее 0,1 (в заболоченной тайге и тундре – более 50). В отличие от лесов умеренного пояса при разложении растительных остатков К, Са, Si быстро выносятся, накапливаются Fe и Mn. По Базилевич, Важнейшими водными мигрантами бика являются – Si и Ca, ко второй группе относятся K, Mg, Al, Fe, к третьей - Mn, S. В листьях тропических деревьев среди водных мигрантов первое место принадлежит Si (у бамбуков до 90 % SiO₂ в золе), поэтому влажные тропические леса имеют кремниевый тип химизма бика. Важной особенностью бика является вымывание дождевыми водами из листьев азота, фосфора, калия, кальция, магния, натрия, хлора, серы и других элементов.

Систематика семейств влажных тропиков пока не разработана, но выделяются чрезвычайно резкие различия на уровне классов.

1. 
   Кислые влажные тропики,
   
2. 
   Влажные тропики кислого глеевого класса,
   
3. 
   Влажные тропики сернокислого класса,
   
4. 
   Влажные тропики кальциевого и переходного классов,
   
5. 
   Влажные тропики соленосно-сульфидного класса.
   

Широколиственные деревья сравнительно богаты зольными элементами, особенно листья. В золе много Са (до 20%), меньше К и Si, еще меньше Mg, Al, P и меньше всего Fe, Mn, Na, Cl. Но ряд биологического поглощения другой:

10n / S,P > n / Ca, K, Mg, Mn > n-0,n / Na > 0,n – 0,0n / Fe, Al, Si

Это предопределяет возможность биогенной аккумуляции в почвах S, P, Ca, K, Mg, Mn, а также редких элементов биогенная аккумуляция которых больше 1 ( B, Ni, Ag, Au, Co, Zn, Cd, Pb и др. Выщелачивание преобладает, и автономный ландшафт с вертикальным и боковым стоком теряет подвижные элементы. Высокое содержание в растениях Са и его энергичное биологическое поглощение определяют кальциевый химизм биологического круговорота. Са – один из типоморфных элементов широколиственных лесов. Менее велико значение Н.

Ежегодный растительный опад в несколько раз меньше, чем во влажных тропиках, и темп его разложения меньше из-за более низких температур зимнего перерыва. Скорость разложения меньше скорости накопления опада, поэтому для зональных бурых лесных и серых лесных почв характерна лесная подстилка (опадо-подстилочный коэффициент равен 3-4). Са и другие катионогенные элементы, образующиеся при разложении растительных остатков, нейтразилуют большую часть органических кислот, поэтому реакция гумусового горизонта почв слабокислая или даже нейтральная, хотя встречаются и кислые среды с рН = 4-5. В поглощенном комплексе часто преобладает Са.

Тип широколиственных лесов включает в себя ряд отделов, своеобразие которых определяется климатом, историей развития, возрастом, геохимическими реликтами. Выделяются 4 отдела: 1) дальневосточный муссонный, 2) кавказский, 3) восточноевропейский, 4) среднеазиатский.

Семейства в отделах подлежат уточнению. Ярко выражены два основных класса:

1. 
   бескарбонатный (Н⁺ - Са²⁺),
   
2. 
   кальциевый (Са2+).
   

Кора выветривания менее мощна и менее выщелочена, чем во влажных тропиках. Здесь не образуются гидрослюды Al, не высокий вынос Са, Мg и других катионов. В слабой степени выносится кремнезем.

В ландшафтах кальциевого класса коры выветривания и континентальные отложения содержат СаСО3, в формировании химического состава вод важная роль принадлежит его растворению.

Хорошие климатические условия, плодородные почвы определили важную роль ландшафтов 2 и 1 рода в сельском хозяйстве. Во многих районах леса вырублены и почвы распаханы. Дефицитны N, P, K, местами Co, Cu, Zn, Mn, J, Mo, B и др. Избыточных элементов почти нет.

В широколиственных лесах эффективны все виды геохимических поисков. При литохимических поисках в некоторых районах необходим отбор проб с глубины 0,5 м, т.к. подвижные металлы выносятся из верхних горизонтов почв.

Главная геохимическая особенность ландшафтов широколиственных лесов состоит в ежегодном продуцировании 80-150 ц/га живого вещества и средней скорости его разложения. При разложении органических веществ кислотные продукты распада частично нейтрализуются катионами, реакция почв кислая, слабокислая или близкая к нейтральной, кислое выщелачивание выражено слабо, в почве накапливаются биогенным путем многие элементы. В отличие от влажных тропиков бик улучшает условия существования организмов. Энергичная биогенная аккумуляция – эффективный механизм отрицательной обратной биокосной связи, стабилизирующей состав почв и повышающей их плодородие. В широколиственных лесах прямые водные связи сильнее обратных, т.е. выщелачивание преобладает. Для широколиственных лесов между автономными и подчиненными ландшафтами характерно совершенное геохимические сопряжение.

Биомасса в тайге в 5 раз меньше, чем в тропиках. 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.

Число видов высших растений почти вдвое меньше, чем в широколиственных лесах. Зеленая часть составляет не менее 3 % от биомассы (часто 5-7). По этому показателю тайга ближе к влажным тропикам (8%), чем к широколиственным лесам (1 %).

Для тайги характерна низкая зольность прироста: в северной тайге ниже 1,5 %, в средней и южной – 1,6 – 2,5 %. Т.о. хвойные деревья беднее золой, чем лиственные. Особенно важны различия зольности хвои и листьев, т.к. хвоя играет ведущую роль в опаде деревьев (более 50 %). Зольность хвои – 2-3,5%, листьев широколиственных пород – 5-8%. В хвое большую роль играет SiO2 и меньшую Са. Клеточный сок хвои ели, сосны и лиственницы содержит свободные органические кислоты, его рН 4,5-6,5; рН таежных трав нередко кислый. Характерная особенность таежного ландшафта – кислая среда.

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 ельниках южной тайги – 85, в северной – 52 кг/га. Для тайги характерен азотный тип химизма бика. В холодной тайге разложение органических веществ протекает медленнее, чем в широколиственных, микроорганизмы работают не так энергично, время их деятельности в году короче, некоторые группы бактерий отсутствуют. Масса подстилки в 10 раз превышает опад зеленой части.

В растительном опаде елового леса эквиваленты кислотных органических соединений в десятки раз превышают эквиваленты катионов золы и азота, дающих основания. Низкое содержание сильных оснований (Са, Mg, Na, K) 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.

В тайге минерализация и гумификация ослаблены, энергично идет образование фульвокислот. Нейтрализация фульвокислот происходит за счет Fe и Al почвенных минералов.

Главное геохимическое отличие бика тайги от бика широколиственных лесов в соотношении биомассы и продуктивности, 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.

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

1. Приокеаническая 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 ).

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

Показатели бика лесных ландшафтов

В степях преобладают растения с исторически сложившимися химическими особенностями: злаки, сложноцветные, маревые и др. Многие виды отсутствуют. Например, в луговых степях почти нет мхов и лишайников.

Ежегодный прирост биомассы и опад в степях в таких же количествах как и в лесах умеренного пояса. В степях преобладают многолетние травы. Однако большая часть создаваемого ежегодного надземного органического вещества отмирает каждый год, в значительной степени гумифицируется и минерализуется. В результате в почве накапливается много гумуса, содержание его составляет 800 т/га против 100-200 т таежном ландшафте.

Т.о. бик в степях отличается меньшей емкостью, чем в лесных, но большей скоростью: значительное количество химических элементов успевает пройти в течение года через живое вещество, прирост и опад составляет 35-55% от биомассы.

Выделяются три основных типа степных ландшафтов:

1. 
   черноземные степи,
   
2. 
   сухие (каштановые) степи,
   
3. 
   субтропические степи.
   

По сравнению с растительностью лесной зоны умеренных широт степные растения содержат больше водных мигрантов (золы), чем лесные. Состав золы зависит от систематического положения растений. Зола бобовых содержит много К (15-40 % К2О в золе) и Са (12-30 % СаО), в золе злаков много кремнезема (50-60 %), много хлора, натрия и серы. Железа и алюминия степные растения содержат мало.

1. 
   умеренноконтинентальные степи (европейские),
   
2. 
   континентальные (западносибирские),
   
3. 
   резкоконтинентальные (восточносибирские).
   

Тип черноземных степей расчленяется на ряд семейств, соответствующих почвенно-растительным подзонам: луговые степи на мощных и выщелоченных черноземах, злаковые степи на обыкновенных черноземах.

Тип сухих степей является переходным между черноземными степями и пустынями. Между черноземными и сухими степями нет четких различий. Для сухих степей типична комплексность почвенно-растительного покрова: наиболее часто встречается сочетание каштановых почв с солонцами, в некоторых районах солонцы преобладают. Помимо типичных солонцов широко развиты каштановые солонцеватые почвы.

На территории России и Казахстана распространены 2 отдела сухих степей – континентальные (Европейско-западно-сибирско-казахстанские) и резкоконтинентальные сухие степи с длительным промерзанием почв.

Субтропические степи широко распространены в Передней Азии и Северной Африке. Главная особенность бика субтропических степей – напряженность и скорость. Ежегодная продукция близка к биомассе.

Характерно резкое преобладание окислительных условий в почвах, окислительно-восстановительная зональность ближе к пустыням. Первичные минералы здесь энергично выветриваются, происходит оглинение почвенного профиля.

Для субтропических степей характерны ландшафты Са-класса. Грунтовые воды в автономных ландшафтах равнин формируются под влиянием испарительной концентрации, местами они высокоминерализованы и имеют сульфатно-хлоридно-натриевый состав. При близком залегании от поверхности они засоляют почву.

Субтропические степи Средней Азии включают три семейства: 1. с наименее интенсивным биком – на светлых сероземах, самые засушливые (пустынные субтропические степи); 2. со средним биком – на типичных сероземах (типичные); 3. с биком максимальной интенсивности (крупнотравные субтропические степи на темных сероземах, коричневых и других почвах).

БИК в горных лугах, тундре, тайге степях

Пустыни — это ландшафт с малой биологической информацией, ослабленными биотическими и водными связями, но с интенсивными прямыми воздушными связями.

Для пустынь характерны своеобразные 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 толь ко 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. Ежегодная продукция колеблется в пределах 5-15 ц/га, возрастая до 50 ц/га в саксауловых пустынях. Соотношение между Б и П меняется сильно.

Для пустынной флоры характерна ин­тенсивная биогенная аккумуляция Nа, С1, S а также К и Р, причем первые три элемента накапливаются в надземных органах, а Р и К — в подземных. Общее содержание золы выше, чем в степных ра­стениях. Содержание Si, Fе и А1 в золе очень мало, они имеют низкие коэффи­циенты биологического поглощения. Щелочные и щелочно­земельные металлы вовлекаются в бик энергичнее, чем в степях. Галофиты от­личаются высоким содержанием К, С1 и Nа, иногда S и Мg. Так как в золе кор­ней много Са, К, Р, то эти элементы в результате бика ежегодно возвращаются в пустынную почву.

Концентрация в надземных органах Nа, С1 и S, по Л.Е. Родину, имеет приспособительное значение: при развеваний отмерших надземных органов растения избавляются от части этих избыточных элементов.

По абсолютному количеству раститель­ного опада (О,) и отношению опада к био­массе пустыни не отличаются от других ти­пов ландшафтов. Специфична для пустынь ничтожная роль в биомассе зеленых однолетних органов растений.

В резкоокислительной среде пустынь разложение их остатков протекает интен­сивно, органические вещества быстро минерализуются и гумус почти не накапливается. Этим пустыни отличаются от черноземных степей, лесов и тундры. Древесные остатки, напротив, сохраняются долго, консервируясь в сухом климате. Согласно Базилевич и Родину, в бике пустынь преобладае азотный тип химизма. В солончаковый пустынях — хлоридный тип химизма (С1 > На). Таким образом, в пустынях бик: протекает быстро, зеленая органическая масса мала, органические вещества или минерализуются, или консервируются, но почти не гумифицируются. Преобладающая часть живого вещества сосредоточена под землей. К пустынной группе относят 4 типа ландшафта, которые описываются в порядке увеличения прогрессивности бика – роста величины К (соотношение П/Б):

1. полярные пустыни,

2. высокогорные пустыни,

3. суббореальные пустыни,

4. субтропические (средиземноморские) пустыни.