Таежные ландшафты.

4.2.3.Таежные ландшафты.

Таежные ландшафты сплошной полосой тянутся через всю Евразию, начинаясь в Скандинавии, у берегов Атлантики и заканчиваются на Камчатке, Охотском побережье, Сахалине, и продолжаются на Североамериканском континенте, образуя такую же сплошную зону от океана до океана. Северная граница этой зоны является одновременно и северной границей лесных ландшафтов вообще.

Климатические условия этой зоны в основных чертах таковы. Лето короткое, относительно прохладное, зима длинная и морозная. Самый теплый месяц имеет среднюю температуру 10-19⁰С, самый холодный от +3 до -52⁰С (Восточная Сибирь). Только 1-4 месяца имеют среднесуточную температуру больше 10⁰ и в целом вегетационный период очень короткий. Количество осадков (300-600 мм) несколько превышает испарение и коэффициент увлажнения составляет 1,1-1,6. Максимальное количество осадков выпадает летом. Снеговой покров устойчив и держится всю зиму. Короткое лето и длинная зима обусловливают сравнительно низкую интенсивность биологического круговорота.

Растительный покров ландшафтов таежной зоны представлен игольчатохвойными лесами, подразделяемыми на две основные группы - темнохвойные и светлохвойные. Первые образуются  теневыносливыми породами - елями и пихтами, имеющими конусообразные, иногда узко-остроконечные кроны и создающими темные и мрачные леса. Светлохвойные леса состоят из сосны и лиственницы, создающими более разреженные и светлые леса. Сосна образует округлую крону, а лиственница теряет зимой хвою и лиственничный лес зимой похож на лес из летнезеленых деревьев.

Следует отметить, что хвойные породы геологически являются очень древней группой, и поэтому геоботаники  говорят о жизненных формах хвойных, как отражающих современные условия,  с большой осторожностью.

Своеобразием игольчатохвойных лесов является флористическая бедность древесного яруса. Как правило, такие леса на значительных площадях образованы из одного какого-нибудь хвойного дерева, из одной ели, из одной сосны, из одной лиственницы.

Биоценозы темнохвойных лесов имеют следующие особенности. Число ярусов обычно 2-3 - древесный, травянистый и моховый (в мертвопокровном лесу два последних могут отсутствовать). Затенение очень значительное в течение всего года. Поэтому для растений нижних ярусов характерно вегетативное размножение,  а цветки имеют белую окраску, наиболее заметную в темном лесу.

Медленное разложение лесной подстилки позволяет некоторым видам перейти к сапрофитному питанию. Имеются много зимнезеленых и вечнозеленых растений, использующих длительно, без перерыва недостаточное количества света. В лесу отсутствуют весенние эфимеры, характерные для широколиственных лесов, так как весеннего обилия света нет.Моховый напочвенный покров ограничивает развитие травянистых и кустарничковых  растений. Он влагоемок, поэтому почвы темнохвойных лесов зимой промерзают.

Светлохвойные леса приурочены к почвам более легкого механического состава и к скалам (особенно карбонатным). В Европе и Северной Америке они образованы в основном сосной, а в Сибири - лиственницей. Эти леса характеризуются более редким древостоем,

Рекомендуемые материалы

а в связи с этим,  более значительной ролью лишайников в напочвенном покрове, а местами - сильным развитием кустарничкового яруса, образованного ракитником, рододендронами и другими видами.

Игольчатохвойные леса Северной Америки, по сравнению с европейскими и сибирскими, более разнообразны по составу хвойных пород. Здесь представлены многочисленные виды сосны, ели,  пихты, лиственницы и можжевельника, а также особые роды хвойных пород (Tsuga, Pseudotsuga, Sequoia, Thuja).

Почвенный покров ландшафтов тайги представлен кислыми, сильно выщелоченными почвами - преимущественно  подзолистыми и их разновидностями, в зависимости от механического и минералогического состава подстилающих пород. На водопроницаемых породах и при хорошо дренируемом рельефе водный режим почв промывной и формируются типичные  подзолистые почвы, железистые и железогумусовые подзолы. В южной части тайги их сменяют дерново-подзолистые почвы.  При слабом дренаже и водозастойном режиме появляются глеевые почвы, а в условиях многолетнемерзлых пород - мерзлотно-таежные.

Хвойныйопад поступающий в почвы беден зольными элементами и азотом. При разложении органических остатков, который происходит очень медленно, из лесных подстилок выщелачиваются низкомолекулярные органические кислоты и фульвокислоты, которые проникая в верхнюю часть почвенной толщи, вызывают кислую реакцию и растворяют гидроокислы железа. Это приводит к разрушению коллоидных частиц и выносу их в более глубокие горизонты. Кислая реакция верхнего горизонта почв обуславливает  высокую подвижность продуктов разрушения первичных и вторичных минералов и их вынос из подзолистого горизонта. В результате формируются малогумусные, с низким содержание азота, фосфора, калия , обедненные микроэлементами зональные подзолистые почвы.  

Биомасса в тайге не намного уступает значениям в других лесных ландшафтах.  В южной тайге Б превышает 3000 ц/га и только в северной тайге по­нижается до 500-1500 ц/га. Зоомасса в тайге ничтожна -единицы  ц/га (южная тайга - 0,01% от общей биомассы) . Более 60% биомассы представ­лено древесиной, состоящей из клетчатки (50%), лигнина (20-30%), гемицеллюлозы (более 10%) и в меньшей степени смол, дубильных веществ и других органических соединений. Все хвойные деревья выделяют смоло-бальзамические вещества - ва­жное средство борьбы деревьев с микроорганизмами и насеко­мыми. Специфичны здесь и фитанциды, создающие аромат хвой­ного леса.

Видовое разнообразие в таежных ландшафтах небольшое - число видов высших растений приблизительно вдвое меньше, чем в широколиственных лесах. Характерна изменчивость зоомассы по сезонам, зимой в тайге активная часть населения составляет 0,1 от летнего обилия.

Зеленая часть обычно составляет не менее 3% от биомассы (до 5-7%). По этому показателю тайга ближе к влажным тропическим лесам (8%), чем к широколиственным.(1%).

Ежегодная продукция в южной тайге почти такая же как в широколиственных лесах (85 ц/га - южная тайга, 90 ц/га - дубравы), но в северной - вдвое меньше (40-60 ц/га). Но соотношение логарифмов Б и П для всех видов тайги одинаково К= 0,53-0,55.

 Растительный опад в южной тайге меньше, чем в широколиственных лесах, и равен 55 ц/га (65 ц/га- дубравы, 90 ц/га - бучины). В се­верной тайге величина растительного опада  еще меньше - 35 ц/га.

РядыАх для хвойных лесов почти такие же как в широколиственных:

10п>п>   0,п - 0,0п   .                

S, P, Mn    Ca, K, Mg    Na, Fe, Al, Si

Подобный ряд предопределяет возможность биогенного накопле­ния в почвах серы, фосфора, магния, калия, кальция и марган­ца.

Но для тайги характерна низкая зольность прироста - в се­верной тайге - ниже 1,5%, в средней и южной 1,6-2,5% (широколиственные леса - 2,6-3,5%). Хвойные деревья беднее золой, чем листвен­ные. Особенно важно различие зольности хвои и листьев, так как они играют ведущую роль в опаде (более 50%). Золь­ность хвои - 2-3,5%, листьев широколиственных деревьев - 5-8%.  Еще важнее качественный  состав золы: в хвое большую роль играет окись кремния и меньшую - кальций. Кроме того, клеточный сок хвои, ели, сосны и лиственницы содержит свободные органические кислоты, его рН обычно равен 4,5-6,5, рН таежных трав также кислый (кислица и другие травы). Следовательно, еще в живых расте­ниях создается характерная геохимическая особенность таеж­ных ландшафтов - кислая среда.

С опадом в тайге ежегодно возвращается значительно меньше водных мигрантов, чем в широколиственных лесах. В дубравах этот показатель составляет  200 кг/га, в буковых лесах - 270 кг/га, то в ельниках южной тайги - 85кг/га , а в  северной тайге -62 кг/га. Для тайги характерен азотный тип химизма БИКа . В холодной тайге разложение органических ве­ществ протекает медленнее, чем в широколиственных, микроорга­низмы работают не столь энергично, время их деятельности в году ограничено, поэтому накапливается много лесной подстил­ки. Масса подстилки (О₃) более чем в 10 раз превышает опад зе­леной части (О₂) и составляет 250-1000 ц/га. Опадо-подстилочный индекс ( О₃ / О₂) в тайге равен 6-20. Он свидетельствует о заторможенностиБИКа.

В растительномопаде кислотные органические соединения во много раз превышают количество катионов золы и азота, дающих основания.Низкое содержание сильных оснований (кальция, магния, натрия, калия) в золе при отсутствии их подвижных форм в горных породах обусловливает кислый характер почвен­ных растворов: часть органических кислот существует в сво­бодной форме, обеспечивая кислую реакцию лесной подстилки и верхних горизонтов почвы (рН 3,5-4,5). В процессах разложения органических остатков доминирует образование водорастворимых органических соединений, а процессы гумификации и минерализации подавлены. Энергичноеоброазование кислых водорастворимых соединений - фульвокислот и фульватовлюминия и железа создает возможность  кислого выщелачивания и формирования ландшафтов кислого (Н) и кислого глеевого (H-Fe) классов.

Запасы гумуса в почвах тайги приблизительно вдвое меньше, чем в широколиственных лесах (1000 и 2000 ц/га соответственно).

Из атмосферы  таежные ландшафты  ежегодно  полу­чает с осадками 0,5-0,25 ц/га солей, что составляет лишь 1/4 часть их количества, пот­ребляемого растительным покровом (КА =0,25).  Ионный сток примерно в 2 раза больше (0,4-0,5==КВ).

Превышение осадков над испарением, бедность почв и кор выветривания растворимыми соединениями обусловливает малую минерализацию речной воды, не превышающую 0,5г/л, а нередко и меньше 0,2г/л. Шестикомпонентный состав речных вод имеет следующую последовательность ионов:  Са²⁺ >Mg²⁺>NA⁺,  HCO₃^->SO₄^2->Cl^-. Поэтому речная вода, как правило относится к гидрокарбонатно-кальциевому классу. Она содержит также растворенное органическое вещество. До 50-70% Fe, Mn, Ni, Co и других  металлов связано с органическим веществом. Реакция вод обычно нейтральная или слабощелочная. Химических состав вод рек меняется по сезонам. Летом, в период вегетации за счет интенсивного фотосинтеза и уменьшения содержания СО_2,,вода перенасыщена кислородом, а рН поднимается до 8,5-9,0.  Зимой количество кислорода понижается, рН понижается. Особенно низкие значения рН имеют паводковые воды (до 4,0-4,6). Это говорит о том, что гидрохимия рек определяется в основном биологическим круговоротом. В межень реки питаются в значительной степени подземным стоком и их химический состав приближается к составу грунтовых вод. Часть металлов, поступающих из грунтовых и поверхностных вод адсорбируется коллоидами, переносимыми во взвешенном состоянии или осаждающимися на дне. Поэтому в это время эффективно проводить гидрохимическое опробование небольших речек (воды и донных осадков), химических состав  которых отражает характер загрязнения грунтовых вод.

Своеобразная геохимическая обстановка создается в поймах рек, которые большую часть года находятся в надводных условиях, а в период паводка - в подводных. Это приводит к смене окислительно-восстановительных условий во времени и в пространстве. Здесь формируются кислородные, глеевые и сорбционные барьеры. Постоянный приток взвешенных наносов и растворимых веществ обогащает поймы подвижными Ca, Fe, Mn, B,Co и другими водными мигрантами. Это благоприятствует увеличению интенсивности БИКа и определяет высокий урожай  трав на пойменных лугах и их высокие кормовые качества. Таким образом поймы - ландшафты высокой геохимической энергии живого вещества (Г.В.Добровольский).

Таежную зону принято подразделять на три подзоны: северную, среднюю и южную тайгу.

Южная и средняя таежные подзоны  различаются в основном по интенсивности БИКа. Для  средней подзоны характерные меньшие значения биомассы, продуктивности и опада, более медленное разложение органических веществ, более медленная биогенная аккумуляция в почвах. Но соотношение между биомассой и продуктивностью не меняется и К практически одинаков - 0,54.

  В южной и немерзлотной части средней тайги выделяют одни и те же классы:  основные - кислые и кислые глеевые, менее распространенные переходные (Н - Са ) и кальциевые таежные и еще менее распространенные магниевые (Н - Mg ) и сернокислые (Н- SO₄). В мерзлотной части средней тайги и в северной тайге выделяют также мерзлотный класс.

Для северной тайги характерны разреженные осветленные леса с угнетенными деревьями и низким бонитетом. По особенностям образования живого вещества северная тайга  близка к средней и южной тайге, а по характеру разложения органического вещества и связанному с ним выветриванию, почвообразованию и формированию химического состава вод ближе к тундре, чем к средней тайге.

Для кислого таежного ландшафта характерен дефицит многих элементов, особенно кальция. Здесь в изобилии растут лишь растения, хорошо переносящие его недостаток.  Моллюски и другие животные с известковым скелетом имеют здесь меньшие размеры и более тонкие раковины. Яйценоскость птиц уменьшается, яичная скорлупа становится тонкой и пористой. На «кислых» пастбищах домашние животные теряют породистость, скот становится приземистым, малорослым, удойность коров падает. У домашних животных развивается ломкость костей, остеопороз, рахит и другие болезни. Для домашних животных в этих ландшафтах дефицитны также фосфор, натрий и ряд микроэлементов: кобальт, входящий в состав витамина В₁₂, регулирующего кроветворение, медь, влияющая на синтез окислительных ферментов, йод, регулирующий функции щитовидной железы, а так же фтор, бор, молибден, от недостатка которых страдают ряд сельскохозяйственных культур. Для борьбы с кислой реакцией широко используют добавление в почву углекислой извести. Известкование изменяет физико-химические и биологические процессы в почве, направляет их в полезную для культурных растений сторону. При этом уменьшается не  только кислотность почв, но также концентрация вредных для жизни растений соединений алюминия и марганца, создаются хорошие условия для жизни полезных микроорганизмов,. повышается содержание подвижных форм азота, фосфора, калия кальция, магния, молибдена и других микроэлементов..

Многолетняя мерзлота, развитая в Сибири и в северных районах Северной Америки оказывает многостороннее воздействие на формирование ландшафтов тайги, и прежде всего на почвенный покров. Низкие температуры затрудняют для растений всасывание воды и минеральных веществ, замедляют их рост и развитие, ослабляют работу микроорганизмов и тормозят разложение органических остатков. Это приводит к понижению интенсивности БИКа.  Мерзлота и суровость климата определяют малую мощность почвенных профилей, образование при разложении опада грубого гумуса фульватного состава или торфа. Вследствие короткого лета, малого количества осадков и отсутствия сквозного промачивания подзолистый процесс не выражен. Характерно обогащение верхних горизонтов подвижными формами железа. Почвенные массы перемешиваются под воздействие криогенных процессов и вследствие этого почвенный профиль не дифференцирован по валовому составу и распределению илистой фракции. Почвы кислые по всему профилю и  не насыщены основаниями.

Биомасса и ежегодная продукция в мерзлотной тайге ниже, чем в немерзлотной, однако соотношение между Б и П такие же, К равен 0,53-0,54.

В руслах рек, благодаря отепляющему воздействию поверхностных вод, мерзлота залегает глубоко и здесь возможно поступление в долину подмерзлотных вод. Стекающие по мерзлой почве атмосферные воды растворяют большое количество органических веществ и поверхностные склоновые воды отличаются большой цветностью, малой минерализацией (10-20 мг/л), низким рН (4,0-4,6) и резко выраженным преобладанием в анионном составе сульфат-иона. (при почти полном отсутствии бикарбоната). В холодной воде органические соединения окисляются очень медленно, поэтому воды таежномерзлых ландшафтов особенно далеки от равновесия. Даже в горных районах реки имеют коричневую воду.

Ландшафты кислого глеевого классы характерны для недренированных водоразделов и пологих склонов, гле развивается поверхностное заболачивание. Величины биомассы и продуктивности очень низкие - до 800 и 40 ц/на соответственно, но их соотношение остается характерным для тайги (К=0,55). Менее благоприятные условия среды (недостаток кислорода и связанный с ним дефицит многих других элементов, кислая реакция верхнего почвенного горизонта - рН до 4,0, избыток Fe²⁺ и H⁺ ) обусловливают целый ряд особенностей биомассы этой зоны:

n возрастает рол мхов  (до 50 -100ц/га, в кислой тайге -не более 10-15 ц/га);

n увеличивается доля зеленой части (до 40% по сравнению с 5-10% в кислой тайге);

n одно и то же количество зеленной массы накапливает меньше органического вещества; разложение органических остатков протекает медленно, происходит накопление большего количества подстилки и опадо-подстилочный индекс достигает нескольких десятков.

Ландшафты кальциевого класса развиты на карбонатных породах - известняках, доломитах, карбонатной морене и других силикатных породах, содержащих углекислую известью. Растительный покров этих ландшафтов характеризуется видовым разнообразием, высокой продуктивностью, хорошим ростом деревьев, богатым травостоем и кустарниковым ярусом. Их биомасса увеличивается до 3500ц/га, а ежегодная продукция - до 100 ц/га, но К остается типично таежным - 0,56.

   Подвижные соединения кальция в достаточном количестве поступающие из подстилающих пород обусловливают щелочную реакцию почв (рН = 8), и насыщенность поглощающего комплекса кальцием и магнием. Коллоиды в почвах неподвижны, так как они коагулируются ионами кальция и магния на месте образования, глинистые минералы монтмориллонито-бейделлитовой группы  имеют высокую адсорбционную способность. Обменного водорода почвы не содержат. Подобные условия благоприятны длянакопление гумуса и формирования дерноволесных карбонатных почв. Эти почвы характеризуются низкой миграционной способностью микроэлементов и сравнительно высоким плодородием.

Природные воды этих ландшафтов отличаются повышенной минерализацией, жесткостью, нейтральную или слабощелочную реакцию. Присутствие в водах мощного коагулятора - кальция обуславливает прозрачность воды, малое количество коллоидов, в том числе и органических, малое количество железа. В этих водах легко мигрируют анионогенные элементы (молибден, уран, марганец).

 При близком залегании грунтовых вод в этих ландшафтах  формируются низинные болот а с разнообразной растительностью  и накапливается черный, хорошо разложившийся торф (луговой торф). В нижней части почвенного профиля аккумулируется углекислая известь и происходит карбонатное оглеение (малоподвижное железо и подвижный марганец).

Организмы в этих ландшафтах имеют все признаки достаточного кальциевого питания. По сравнению с кислой тайгой здесь реже встречаются болезни скелета, домашние животные более рослые, молочность коров и яйценоскость кур выше, у яиц более прочная скорлупа, в реках больше моллюсков и они имеют более толстую и прочную раковину, и домашние и дикие  животные устойчивее к заболеваниям.

Важнейшие геохимические особенности таежных ландшафтов

заключаются в:

*  наименьшей среди всех лесных ландшафтов скорости образования живого вещества и скорости разложения  органических остатков;

*  меньшем количестве водных мигрантов, вовлекаемых в БИК и поступающем с опадом. Биохимическое накопление элементов существенно уступает другим лесным ландшафтам;

*  продукты разложения имеют более кислый характер;

*   ведущую роль играют прямые водные связи, биокосная отрицательная связь ослаблена;  

Характеристика БИКа лесных ландшафтов                                   

                                                                                                   Таблица 5

Приведенные в таблице показатели свидетельствуют о большей близости между собой ландшафтов влажных тропических лесов и тайги, по сравнению с ландшафтами широколиственных лесов. Последние по ряду по ряду параметров приближаются к показателям травянистых ландшафтов.