Общие принципы биогеохимической классификации ландшафтов.
3.1. Общие принципы биогеохимической классификации ландшафтов.
В отличии от других биокосных компонентов географической оболочки- почв, кор выветривания, природных вод, главные особенности строения и функционирования ландшафтов определяет фотосинтез. В связи с этим самые крупные ландшафтные единицы выделяются по характеру фотосинтеза и, следовательно, по особенностям образования живого вещества.
Основными параметрами, учитываемыми при биогеохимической классификации ландшафтов, являются общее количество живого вещества в ландшафте (его биомасса Б) и годичная продукция (П), измеряемые в центнерах сухого вещества на гектар (ц/га). В формировании Б и П ведущую роль играют растения, зоомасса обычно составляет менее 1-2% (максимум - 4-10%). В связи с этим, энергетическая роль животных по сравнению с растениями мала и при расчетах ею пренебрегают. Соотношение П/Б позволяет выделять группы типов ландшафтов (лесные, тундровые, степные и т.д.), а соотношение логарифмов (К = lgП/ lgБ) - семейства в пределах типов ландшафтов (северная тайга, средняя тайга, южная тайга). Последний показатель (К) характеризует степень однородности ландшафта.
Группы типов ландшафтов в целом близки к классификационным единицам растительного покрова, принятым в геоботанике. Это соответствие вполне закономерно, ибо в обоих случаях происходит классификация одного и того же - продуктов фотосинтеза, только исходя из разных критериев.
Все ландшафты подразделяют на 5 основных групп:
I - лесные,
II - степи, луга, саванны,
III - пустыни,
IV - тундры, верховые болота,
Рекомендуемые материалы
V - примитивные пустыни.
1. Лесные ландшафты (влажные тропические леса, широколиственные леса, тайга). Для этой группы ландшафтов характерно накопление большого количества биомассы (Б – от 500-1000 ц /га в северной тайге до 4500-5000 ц/га во влажных тропических лесах), которая намного превышает ежегодную продукцию-(П - от 50 ц/га в северной тайге до 500- 300 ц/га во влажных тропических лесах). Соотношение Б/П составляет nх10, а значение К равняется для влажных тропических лесов 0,64-0,65, широколиственных лесов - 0,59-0,60, тайги -0,53-0,55.
Преобладающая часть живого вещества в лесных ландшафтах расположена над поверхностью (масса стволов и листьев намного превышает массу корне). Организмы интенсивно преобразовывают окружающую среду, создавая среду своего обитания. Под пологом леса всегда создается особый микроклимат и меняется химический состав атмосферы (особенно это присуще влажным тропическим лесам).
В лесных ландшафтах отчетливо выражен центр, определяющий типичные особенности этих ландшафтов.
Для лесных ландшафтов характерны интенсивные прямые связи между почвой, корой выветривания, грунтовыми и поверхностными водами. Биокосные обратные связи проявляются в этих ландшафтах слабо.
Ландшафт отличается сложностью (многоэлементностью), большой биологической информативностью и устойчивостью.
II. Травянистые ландшафты (степи, луга, саванны). Биомасса в этих ландшафтах на порядок меньше, чем в лесных ландшафтов и не превышает 300-400 ц/га (от 150 ц/га в луговых степях до 400 ц/га в саваннах). Большая ее часть сосредоточена в корнях (70-90%). Зоомасса в черноземных степях составляет до 6% биомассы (для тайги этот показатель составляет 0,01%). Ежегодная продукция же степей значительна (составляет от 30 до 50% от биомассы), в отдельных случаях не уступает продукции лесных ландшафтов и составляет от 50ц/га в сухих степях до 130 ц/га в луговых степях. Поэтому Б/П на порядок меньше, чем в лесных ландшафтах. Коэффициент однородности типов ландшафта К равен 0,77-0,88 для черноземных и каштановых степей, 0,95-0,97 - в субтропических и тропических степях. Запасы гумуса в 10-20 раз превышают запасы биомассы.
Роль организмов в создании среды своего обитания, в частности микроклимата, незначительна, так как основная масса живого вещества сосредоточена преимущественно под поверхностью почвы.
Прямые водные связи в степных ландшафтах слабее, чем в лесных, в частности ослаблены связи почва - грунтовые воды, но ярко выражена обратная отрицательная связь почва-растительность. Роль водораздельного центра ослаблена, в речных долинах возникает второй центр, часто более важный. Ослабление прямых связей и появление второго центра приводит к снижению самоорганизации и устойчивости системы по сравнению с лесными ландшафтами.
III. Пустыни. Для пустынных ландшафтов характерны небольшие значения биомассы и продуктивности (от 10 до 100 ц/га и от 5 до 50 ц/га соответственно). Прямые водные связи в этих ландшафтах значительно ослаблены, что определяет независимость друг от друга основных компонентов ландшафта, например, элювиальных почв и грунтовых вод. Ведущую роль в ландшафте играют воздушные связи
Центр ландшафта выражен очень слабо, живое вещество практически не формирует среду своего обитания. В целом пустынные ландшафты характеризуется наименьшим разнообразием, самоорганизацией и устойчивостью.
IV. Тундры. Тундровые ландшафты характеризуются небольшими значениями биомассы (от 40 до 280 ц/га), примерно равной биомассе пустынь. Большая часть биомассы сосредоточена в корнях (70-80%). Продуктивность в тундре близка по значениям продуктивности сухих степей и пустынь (10-25 ц/га). Таким образом, по биомассе и ежегодной продукции эта группа ландшафтов близка к сухим степям и пустыням. По соотношению Б и П тундры близки к тайге (К = 0,56-0,60).
Способность улучшать среду своего обитания выражена слабо. По интенсивности прямых водных связей тундры ближе к лесной группе, а по значению обратных биокосных связей напоминают степи. Для развития ландшафта большое значение имеют прямые воздушные связи. Разнообразие, самоорганизация и устойчивость слабые (как в пустынных ландшафтах).
V. Примитивно-пустынные ландшафты (такыры, шоры, скалы, покрытые лишайниками) распространены в различных климатических условиях, но наибольшую площадь они занимают в полярных районах, пустынях и высокогорьях. Основную роль в БИКе примитивных пустынь играют водоросли и микроорганизмы, частично лишайники и грибы. Высшие растения отсутствуют или их число ограничено. Биомасса очень незначительна -1 -10 ц/га. Отношение Б:/П различно. Организмы неглубоко проникают в толщу литосферы, мощность ландшафта небольшая. Разнообразие, самоорганизация и устойчивость низкие. Некоторые примитивно-пустынные ландшафты можно рассматривать как результат деградации ландшафтов других групп под влиянием ухудшения условий существования организмов: понижения температуры, увеличения сухости, возрастания засоленности.
При выделении ландшафтов более мелких таксономических рангов - классов, ведущее значение приобретает геохимические различия природных вод. Так, выделяют следующие классы ландшафты: кислые, кальциевые, глеевые, сернокислые, содовые сульфидные и другие. Но так как химизм вод в разных частях ландшафта неодинаков при выделении классов исходят из геохимических особенностей растворов горизонта А водораздельных (зональных) почв.
Кислые ландшафты господствуют в лесной и тундровой группах ландшафтов, но встречаются также в горных лугах. Не характерны они только для степей и пустынь. В районах влажного климата при формировании ландшафтов на бескарбонатных породах кислые продукты разложения растительных остатков в почвах не могут быть полностью нейтрализованы и верхние горизонты почв приобретают кислую реакцию, рН почвенного раствора понижается до 4. Это подзолистые, горно-луговые, бурые лесные, латеритные красноземные и некоторые другие почвы. Грунтовые и речные воды могут быть в этих ландшафтах нейтральными и даже слабощелочными.
В кислой среде почв этих ландшафтов хорошо мигрируют многие металлы, особенно в комплексе с органическими соединениями. Поэтому в элювиальных почвах развивается кислое выщелачивание и они обедняются подвижными элементами, которые становятся дефицитными для растений и животных. Особенно характерен дефицит кальция. Поэтому дикие и домашние животные в кислых ландшафтах часто имеют малые размеры, хрупкий скелет (ломкость костей) и болеют рахитом. Птицы несут мало яиц, скорлупа их тонкая. В этих ландшафтах наблюдается дефицит и других элементов: дефицит фтора в водах объясняет широкое распространение кариеса зубов, недостаток кобальта - малокровие домашних животных, недостаток азота, фосфора, калия и магния - низкие урожаи и болезни растений. Особенно большой дефицит наблюдается в кислых ландшафтах влажных тропиков и тайги. Эти ландшафты, вероятно, были важными центрами видообразования и в них формировались виды организмов, хорошо приспособленные к кислой среде и дефициту биогенных элементов (чай, ель, трава кислица и др.). В то же время, в кислых ландшафтах наблюдается избыток некоторых элементов (малоподвижных в кислой среде), оказывающих вредное влияние на организмы - марганец, водородный ион.
Кислые глеевые ландшафты широко распространены в районах с влажным климатом, равнинным рельефом и бескарбонатными породами. К ним относится большая часть равнинной тундры, многие таежно-мерзлотные ландшафты Восточной Сибири, таежно-болотистые равнины Западной Сибири и Восточно-Европейской равнины, лесисто-болотистые низменности влажных тропиков в том числе значительная часть Амазонии. Во всех этих районах в почвах развито сильноеоглеение. В восстановительных условиях этих ландшафтов легко мигрируют железо и марганец, в водах много растворенных органических веществ, поэтому вода в реках и озерах имеет черный и коричневый цвет.
Помимо кислорода в ландшафтах кислого глеевого класса дефицитны и другие биофильные элементы, но избыточны вода, водородный ион, местами железо и марганец. Недостаток свободного кислорода определяет низкие величины биомассы (сотни ц/га) и продуктивности (до 40 ц/га). Однако их соотношение (К=lgП/lgБ) остается близким к аналогичному показателю для таежных ландшафтов (0.55 - 0.54 ) ,что и позволяет относить кислые глеевые и таежные ландшафты к одному типу. Но условия жизни для большинства организмов здесь менее благоприятны, чем в типичных кислых ландшафтах.
Ландшафты кислого глеевого класса были широко распространены в геологическом прошлом особенно в конце девона и в каменноугольном периоде, в палеогене. В то время на заболоченных тропических низменностях росли леса, остатки которых дали залежи угля известные во многих районах земного шара, в том числе и на территории нашей страны.
Интересна проблема влияния кислой глеевой среды на эволюцию жизни на Земле. Установлено, что среди органических соединений, придающих воде темный цвет найдены и канцерогены и вещества типа витаминов и многие другие физиологически активные соединения, которые несомненно должны были повлиять на образование новых видов.
Кальциевые ландшафты характерны почти для всех типов ландшафтов, но они преобладают в черноземных степях. Почвы в ландшафтах кальциевого класса содержат много подвижного кальция в виде СаСО2 или обменного кальция. Поэтому продукты разложения органических остатков полностью нейтрализуются. Почвы имеют нейтральную или слабощелочную реакцию, кислое выщелачивание отсутствует и катионогенные элементы малоподвижны. Мигрируют в основном анионогенные элементы (например, молибден). В таких ландшафтах организмы полностью обеспечены кальцием и болезней, связанных с его дефицитом не наблюдается. Грунтовые и поверхностные воды этих ландшафтов не содержат растворенных коллоидов, так как кальций сильный коагулятор.
В специфических литологических условиях кальциевые ландшафты встречаются иногда и среди кислых ландшафтов (в тайге и в широколистных лесах), например, в районах распространения известняков, мергелей, карбонатной морены. Биологический круговорот атомов здесь всегда протекает интенсивнее, чем в соседних кислых ландшафтах, биомасса и продуктивность выше. Животные получают достаточное количество кальция - их размеры больше, скелет крепче, яйца имеют более толстую скорлупу, у улиток и других моллюсков более массивные раковины и т.д. Эти ландшафты характеризуются большим плодородием почв. С этих районов начинались земледельческое освоение тайги, развитие культуры, рост населения (Пермское Приуралье, окрестности города Каргополя в Архангельской области, Владимирское ополье и др.). В сухих степях и пустынях кальциевые ландшафты характерны для мелкосопочников, реже они встречаются на равнинах. Весьма вероятно, что кальциевые ландшафты были центрами формирования кальциефильных видов и родов растений, которые выделены ботаниками.
Ландшафты карбонатного глеевого класса встречаются в болотах тундры, тайги, широколиственных и влажных тропических лесов, в болотах и плавнях рек степной зоны и тугаях пустынь на участках распространения карбонатных пород, где в почвах развито карбонатноеоглеение.
Типоморфными элементами этих ландшафтов являются кальций.железо (Fe2+), местами марганец (Mn2+). Воды также содержат растворенное органическое вещество, хотя и в меньших количествах, чем в кислых глеевых болотах. Дефицитным является кислород.
"14.1 Новое время и его ценности" - тут тоже много полезного для Вас.
Сернокислые ландшафты. Они возникают в районах близповерхностного залегания и окисления сульфидных руд, на пиритизированных глинах и сланцах, на серных месторождениях в вулканических районах. Эти ландшафты возникают и в результате хозяйственной деятельности, например, в районах металлургических комбинатов, перерабатывающих сульфидные руды. Окисление сульфидов приводит к формированию сернокислого класса коры выветривания и образованию сернокислых грунтовых вод.
В районах работы металлургических комбинатов в атмосферу поступает сернистый газ, который, окисляясь до серного ангидрида и, соединяясь с водяными парами, дает серную кислоту. Поэтому в таких районах идут кислые дожди, понижается рН почв и вод. Это приводит к гибели рыба в небольших реках, изреживанию растительного покрова.
Почвы и континентальные отложения в сернокислых ландшафтах обычно обогащены металлами. Особенности почв сказываются на биологическом круговороте и определяют специфический состав флоры и фауны этих ландшафтов. Так, например, в коре березы растущей на солончаке в районе одного из медноколчеданных месторождений Южного Урала выявлено повышенное содержание меди (0.06% против 0.009% на безрудных участках). В растениях этих ландшафтов часто увеличено содержание железа, цинка, свинца и других металлов. Соответственно и животные этих ландшафтов отличаются своеобразным химическим составом. Для существования в таких необычных условиях (низкий рН, высокое содержание металлов) живые организмы должны быть приспособлены. Следовательно своеобразная геохимическая обстановка всернокислых ландшафтов создала особые условия эволюции. Предполагают, что эти ландшафты являются особыми центрами видообразования, где отбор происходил на химической основе. Поэтому возможно что некоторые виды организмов с высоким содержанием меди, цинка, свинца, серебра, золота и других металлов возникли именно в таких сернокислых ландшафтах.
Соленоносные ландшафты распространены только в пустынях и занимают небольшие площади, где в течение длительного времени может существовать соленосная кора выветривания. Организмы здесь поставлены в крайне неблагоприятные условия, так как безводье сочетается с сильным засолением почв. Поэтому принадлежащие к данному классу ландшафты производят впечатление крайней пустынности. Один из таких районов, хребет в Ферганской долине называется даже Махаутаук, что в переводе означает «горы прокаженных».
Ландшафты содового класса типичны для лесостепи степей и саванн, где они обычно встречаются на террасах рек, плоских равнинах, в озерных котловинах. Нередко это пятна площадью в десятки и сотни квадратных метров, которые как оспины усеивают степные равнины. К этим ландшафтам относятся солонцы и содовые озера, воды которых имеют рН более 8.5 и содержат соду. В этих условиях легко мигрируют анионогенные элементы (кремний, молибден, селен и др.), многие малоподвижные металлы входят в состав растворимых анионов (иттрий, бериллий, цинк, скандий и т.д.). Катионогенные элементы - железо, кальций, магний, стронций, барий практически неподвижны. Поэтому организмы испытывают в этих ландшафтах дефицит многих жизненно важных элементов (особенно железа, кальция и магния) и воздействие повышенного содержания непривычных редких элементов. Это дает основание предполагать, что в этих ландшафтах возможно формирование новых видов на химической основе. К сожалению, эта проблема почти не исследована.
Ландшафты сульфидных (сероводородных) классов характерны для морских побережий, подтопленных солеными водами, для солончаков и соленых озер степей и пустынь. Наиболее распространен соленосно-сульфидный класс, который известен почти во всех типах ландшафтов: от тундр до пустынь и влажных тропиков. Наиболее широко распространены лесные соленосно-сульфидные болота - мангры - это периодически затопляемые морем болотистые низменности в пределах зоны влажных тропиков, где в почвах развивается десульфуризация. За счет восстановления сульфатов морской воды почва приобретает черный цвет и имеет запах сероводорода. В результате размыва красноземных и латеритных почв возвышенностей мангры обогащаются гидроокислами железа, которые восстанавливаются в почве с образованием черного гидротроилита. Главный дефицитный элемент мангров - кислород, на что указывают воздушные корни растений. Условия жизни в манграх менее благоприятны, чем во влажном тропическом лесу, поэтому значения биомассы и продуктивности здесь меньше (1200 ц/га и 100 ц/га), хотя соотношение между биомассой и продуктивностью остается таким же, как во влажном тропическом лесу. Поэтому при всем своеобразии мангры относят к типу ландшафтов влажных тропических лесов.
