10307 (Педосфера и ее значение), страница 3
Описание файла
Документ из архива "Педосфера и ее значение", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "биология" из 2 семестр, которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "биология" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "10307"
Текст 3 страницы из документа "10307"
Гумусовые вещества в зависимости от строения ведут себя неодинаково. Слабо сконденсированные соединения группы фульвокислот, во-первых, растворяются, частично выносятся из почвы и далее мигрируют с водным стоком. Во-вторых, эти соединения, оставаясь в почве, постепенно гидролизуются. Соединения, в которых сконденсированное «ядро» сильно преобладает над боковыми цепями, обладают большой устойчивостью. По этой причине доля высокополимеризованных соединений в составе гумуса возрастает в нижней части профиля почв, общее содержание гумуса при этом заметно сокращается.
Применение метода определения абсолютного возраста устойчивых соединений гумуса по содержанию радиоактивного изотопа 14С открыло новые возможности. Многолетние исследования О.А. Чичаговой абсолютного возраста гуминовых кислот черноземов показали, что возраст этих соединений увеличивается вниз по профилю от 500–1000 лет в горизонте 0–20 см до 5000–6000 и даже 7000 лет. В дальнейшем аналогичная тенденция была обнаружена в почвах других типов. На основании этого был сделан вывод о том, что скорость обновления основной части всей массы гумуса (или углерода гумуса) в верхней и нижней частях почвенного профиля различна. По мере получения новых данных выяснилось, что указанное различие для разных типов почв неодинаково. Согласно модели, разработанной А.Е. Черкинским и В.А. Бровкиным (1984), в почвах гумидных ландшафтов умеренного пояса (дерново-подзолистых, подзолистых) скорость обновления гумуса верхней и нижней частей профиля будет различаться в 20–30 раз, в почвах аридных ландшафтов (черноземах и каштановых почвах) – в 2–3 раза, в почвах южной периферии лесной зоны (серых лесных) – в 3–10 раз.
Таким образом, в нижней части почвенного профиля происходит накопление весьма устойчивых органических соединений, которые сохраняются, в то время как преобладающая часть органического вещества почв минерализуется до СО2. М.А. Глазовская (1997) исследовала статистическую зависимость между массами углерода, содержащимися в слое почв 0–100 см, где находится преобладающая часть гумуса, и в слое 100 – 200 см, где присутствуют только его устойчивые компоненты, и установила, что эта связь имеет линейный характер и описывается уравнением регрессии:
у = 1,844x + 2,601; r2 = 0,7726; r = 0,88.
Одновременно с процессом образования органического вещества почвы из отмирающих органов растений происходит закономерная перегруппировка химических элементов, аккумулированных растениями. Сопоставляя состав зеленых, вегетирующих и периодически отмирающих органов деревьев (хвои и листьев) с составом лесной подстилки, можно заметить увеличение относительного содержания одних элементов и уменьшение других.
Данные табл. 5.2 позволяют предположить, что химические элементы, содержащиеся в наименее устойчивых тканях растений, быстро удаляются из вещества лесных подстилок.
Таблица 2. Содержание химических элементов в опадающих органах растений и подстилке
| Растение и район | Объект анализа | Химический элемент | Сумма | ||||||||||
| К | Mg | Na | Р | S | Са | Мn | Si | А1 | Fe | ||||
| Eriophorum vaginatum, тундра, Якутия (Саха) | I II III | 0,32 0,10 0,12 | 0,14 0,14 0,16 | 0,07 0,10 0,10 | 0,15 0,12 0,20 | __ – | 0,19 0,26 0,91 | 0,02 0,06 0,20 | 0,25 0,35 0,85 | 0,12 0,19 0,49 | 0,03 0,11 0,26 | 1,29 1,39 3,29 | |
| Pinus silvestris, тайга, Кольский п-в | I II III | 0,27 0,11 0,27 | 0,08 0,09 0,16 | 0,02 0,02 0,04 | 0,04 0,04 0,05 | 0,03 0,04 0,06 | 0,34 0,54 1,10 | 0,08 0,09 0,09 | 0,04 0,07 0,88 | 0,05 0,03 0,82 | 0,01 0,03 0,62 | 0,96 1,06 4,09 | |
| Picea excelsa, тайга, Кольский п-в | 1 11 III | 0,52 0,93 0,44 | 0,38 0,02 0,14 | 0,03 0,02 0,03 | 0,07 0,05 0,04 | 0,07 0,08 0,08 | 0,52 0,93 0,41 | 0,07 0,08 0,08 | 0,31 0,67 0,44 | 0,13 0,09 0,27 | 0,01 0,01 0,14 | 0,84 0,60 1,15 | |
| Quercus robur, лиственный лес, Среднерусская возвышенность | I II III | 1,07 0,45 0,14 | 0,12 0,22 0,14 | – – | 0,10 0,17 0,13 | – – | 1,16 1,64 1,41 | 0,03 – | 0,43 0,45 0,57 | 0,03 0,03 0,37 | 0,02 0,04 0,18 | 3,16 3,00 2,94 | |
| Parrotia persica, субтропический лес, Ленкорань | I II | 0,70 0,20 | 0,23 0,21 | 0,07 следы | 0,12 0,11 | 0,01 0,03 | 0,96 1,23 | 0,01 0,01 | 0,97 1,09 | 0,04 0,07 | 0,01 0,04 | 2,15 3,04 | |
Примечание. Объекты анализа: I – листья или хвоя; II – спад; III – подстилка.
К таким элементам относятся калий, магний, натрий, фосфор, сера, частично кальций. Содержание других элементов, входящих в более устойчивые ткани, возрастает в подстилках. Это характерно для металлов кремния и других элементов. В некоторых растениях кремния так много, что он образует фитолитарии – мелкие выделения аморфного оксида кремния (опала), которые также сохраняются в подстилках. Кроме того, многие рассеянные элементы активно сорбируются подстилками благодаря огромной поверхности в единице объема полуразложившегося растительного опада.
Наиболее полные сведения о содержании тяжелых металлов и других рассеянных элементов относятся к органическому веществу торфа. Торф состоит из не полностью (на 20–30%) разложившихся остатков болотных растений. По сравнению с органическим веществом растительности суши в торфе больше устойчивых компонентов (лигнина, битумов).
Существует два типа биогеохимических обстановок торфона-копления. Первая из них характеризуется избыточным увлажнением почв за счет атмосферных осадков, их слабого испарения и затрудненного дренажа на плоских водоразделах. В такой обстановке образуются так называемые верховые болота, в которых основными растениями-торфообразователями являются сфагновые мхи. Воды верховых болот, образованные из атмосферных осадков, имеют низкую минерализацию (30–70 мг/л). Содержание минеральных веществ в сфагновых мхах небольшое, зольность торфа около 3%. Они обогащены кислыми метаболитами сфагновых мхов и водорастворимыми гумусовыми кислотами, их рН 3,5–4,5. В таких условиях скорость накопления торфа близка к 1 мм/год.
Развитие сфагновой растительности поддерживается за счет элементов, освободившихся из частично разложившихся отмерших растений и поступивших с атмосферными осадками. Экосистемы верховых болот обладают высокой степенью геохимической автономности. Происходящие в них биогеохимические циклы массообмена очень слабо связаны с окружающими ландшафтами и открыты лишь для атмосферных миграционных потоков химических элементов. По этой причине зольность торфа верховых болот ниже средней зольности растительности Мировой суши и равна 2,8.
Геохимическая ситуация верховых болот своеобразна. Количество водорастворимых органических веществ в водах верховых торфяников колеблется от 20 до 50 мг/л, фульвокислоты составляют 55%, гуминовые – 10–20% от растворенного органического вещества. Обилие водорастворимых гумусовых соединений способствует образованию комплексных и внутрикомплексных соединений металлов, способных к активной водной миграции. В то же время миграция затруднена плохим дренажем, а торф обладает весьма высокой сорбционной способностью по отношению к металлам и другим рассеянным элементам. Результаты изучения концентрации тяжелых металлов в торфе верховых болот России приведены в табл. 3.
Таблица 3. Средняя концентрация тяжелых металлов в торфе верховых болот, мкг/г
| Металл | Концентрация | |
| в золе | в сухом веществе | |
| Fe | 29000 (16969–204000) | 547 (9 – 7762) |
| Zn | 940 (36–75497) | 26 (0,7 – 50,0) |
| Mn | 700 (20 – 6800) | 18 (0,2 – 128,0) |
| Ni | 180 (16 -721) | 4 (0,34 – 11,6) |
| Cr | 120 (32–500) | 4 (1,2 – 12,5) |
| Pb | 120 (0,1 -2500) | 3 (0,1 –23,0) |
| Cu | 89 (8–335) | 2,2 (0,01 – 4,03) |
| Co | 45 (25,9–259) | 2 (1,2–6,3) |
| Cd | 15,5 (0,85 – 120) | 0,65 (0,03–5,0) |
Примечание. В скобках – пределы колебания
Вторая обстановка торфонакопления отвечает условиям низинных болот, приуроченных к отрицательным элементам рельефа. Здесь водонасыщение почвы происходит высокорасположенными грунтовыми водами с нейтральной и даже слабощелочной реакцией (рН 6–8), значительно более минерализованными, чем воды верховых болот. Минерализация вод низинных болот составляет 200 мг/л и более. Это обусловлено выносом химических элементов из почв с водосборной площади. В осадках низинных болот часто образуются скопления карбонатов Са2+, Fe2+, Mn2+, фосфатов Fe2+ и Fe3+, гидроксидов Fe3+ и Мп4+. Растения-торфообразователи представлены гипновыми мхами, осоками, тростником, папоротником, некоторыми кустарниками. Эти растения содержат значительное количество минеральных веществ, поэтому зольность низинного торфа повышается до 10 и иногда до 20%.
Обстановка образования верховых и низинных торфяников иллюстрирует биогеохимическую дифференциацию педосферы, обусловленную разной степенью геохимической автономности или подчиненности отдельных участков. Верховые болота являются примером геохимически автономной экосистемы, независимой от биогеохимических процессов, происходящих на соседних участках. Низинные болота – геохимически подчиненный ландшафт. Состав низинных торфяников формируется под воздействием биогеохимических процессов, происходящих на окружающей территории, откуда выносятся определенные химические элементы. Они поглощаются растениями низинных болот и аккумулируются в их отмирающих органах. По этой причине в растениях-торфообразователях и торфе низинных болот концентрация тяжелых металлов и других рассеянных элементов более высокая, чем в растениях и торфе верховых болот.
