<<
>>

Тундра и лесотундра

Тундровые и лесотундровые ландшафты занимают небольшую часть европейской территории Советского Союза (около 5,5%), общая площадь их составляет примерно 27 млн. га. По сравнению с другими природными зонами земельные ресурсы тундры еще сравнительно мало вовлечены в сельскохозяйственное и промышленное производство, поэтому естественный ход био- геохимической миграции элементов на этих территориях прослеживается наиболее четко в малоизмененном виде.

Естественная растительность в пределах зоны представлена мохово-лишайниковыми и кустарниковыми тундра- [VI]

ми, предтундровыми еловыми, лиственничными и березовыми редколесьями.

В почвенном покрове преобладают тундровые глеевые, глеево-лозолистые и подзолистые иллювиально-гумусовые почвы.

Характеристики биологического круговорота представлены в таблице 1 /по данным работ К.Н. Манакова, 1972, И.В. Игнатенко и др., 1973/.

При этом не учитывались запасы химических элементов в массе беспозвоночных и позвоночных животных, поскольку в общем балансе веществ роль животных еще очень слабо изучена-

Как показывают расчеты (табл. 1), в наибольшем количестве в фитомассе накапливаются углерод и азот, 96 кг/га. Содержанке калия и кальция примерно одинаково, 31-36 кг/га. Запасы магния и фосфора не превышают 11-12 кг/га. Менее всего накапливается сера - 5,8 кг/га. С ежегодным приростом в биологический круговорот в тундровых ландшафтах вовлекается примерно 1/4 часть общего запаса элементов в фитомассе. Большая часть из этого количества снова возвращается в почву и на почву с ежегодным опадом. Таким образом ежегодное накопление того или иного элемента составляет примерно 1/15 - 1/30 часть от общего его содержания в растительной массе.

Количества элементов, поступающие на поверхность почвы с атмосферными осадками (табл. 2), соизмеримы с данными по ежегодному биологическому накоплению их элементов.

Так, поступление калия, кальция, магния и особенно серы с атмосферными осадками даже превосходит их запасы в истинном приросте фитомассы.(Бобрицкая, 1962; Шахова, Шилова, 1974; Пономарева, Сотникова, 1972; Дроздова и др. 1964). При расчетах баланса элементов были приняты следующие величины поступления их с атмосферными осадками в кг/га: углерод - 1,5; азот - 4,0; калий - 3,5; кальций - 4,0; магний - 2,0; сера - 10,0. Содержание фосфора в атмосферных осадках ничтожно и нами в расчет не принималось.

В отличие от абсолютного большинства элементов - биофилов, которые поступают в растение непосредственно из почвы, основным источником углерода является атмосфера. Ежегодное поступление углерода в растения из атмосферы было принято равным накоплению его в годичном приросте (см.табл. 2). Соответственно ежегодная потеря углерода равна запаоу его в ежегодном опаде растений.

Освобождающиеся при разложении растительных остатков элементы минерального питания и подвижные формы этих элементов, находящиеся в почве, с поверхностным и подземным стоком выносятся, за пределы ландшафта. Кроме углерода, азота и серы, все рассматриваемые элементы в большей степени выносятся из ландшафта нежели поступают в него с атмосферными осадками (Львович, 1971; Алекин, Бражникова, 1964; Манаков, 1969) Следует оговориться, что нами не принимался во внимание тверый сток в тундре, т.к. по данным М. И. Львовича (1971) в северных реках модуль стока речных взвешенных наносов меньше 5 т/км^/год, что составляет примерно одну восьмую часть от ионного стока.

Остается неясным вопрос о балансе серы. По нашим подсчетам поступление серы с атмосферными осадками довольно существенно превышает ее вынос с ионным стоком. Поступление азота с атмосферными осадками примерно равно выносу его со стоком.

Особенно следует отметить положительный баланс углерода в тундровых ландшафтах. Постепенное накопление углерода в почвенном гумусе, тундровом войлоке и в общей фитомассе растений приводит к громадной консервации органического вещества в тундровых ландшафтах, и тундру в современный исторический период можно рассматривать как настоящую кладовую углерода в общепланетарном масштабе.

Т аблица 1

Биологический круговорот элементов в тундровой зоне европейской

(I - кг/га Н-^млн, г на площадь зоны)

С оставляющие круговорота

Фитомасса х)

N

р

ц/га

н

I

II

I

II

Общий запас в фитомассе

181,4

489,8

96,0

2,59

1 11,0

1 0,30

Потребление с приростом

21,2

57,2

21,7

0,59

2,8

0,08

Возврат с опадом

17,1

46,2

14,1

0,39

2,4

0,07

Ежегодное накопление в

истинном приросте

4,1

11,1

7,6

0,20

0,4

0,01

х количество углерода

- 50% от фитомассы.

хх 1 - кг/га год

ххх П - млн. т. год на всю площадь зоны

colspan="3">

0,06 0,0016

Статьи баланса

с

N

р

I п I н I II
Приход:

из атмосферы в процессе фотосинтеза

1060,0 28,62
поступление с атмосферн ыми осадками 1.5 0,04 4,0 0,11

Нет

Итого: 1061,5 28,66 4,0 0,11

Нет

Расход:

поступление в атмосферу при разложении растительных остатков

850,0 23,00

вынос с поверхностным стоком 11,2 0,30 2.9 0,08
вынос с подземным стоком 7,0 0,19 1,0 0,03

0,02 0,0005

общий вынос 868,2 23,49 3,9 0,11 0,08

0,002

Итого: + 193,3 +5,17 +0,1 0 О

о

00

-0,0021

Таблица 2

Баланс химических элементов в тундровой зоне, (I - кг/га;

И - млн, т на площадь зоны)

Лесная зона европейской части СССР является наиболее обширной, её площадь равна 242 млн, га.

Почвенный покров лесной зоны представлен, в основном, почвами подзолистого типа почвообразования, из которых собственно подзолистые почвы занимают примерно 26% от всей площади зоны, дерново-подзолистые - около 42%, болотные почвы - 14 % и приблизительно 18 % от всей площади зоны занято дерновыми и пойменными почвами.

В доисторический период вся территория, кроме площади занятой гидрографической сетью, была покрыта лесами более высокой продуктивности.

В настоящее время леса занимают около 150 млн га, приблизительно 30 млн га занято пашней, 38 млн га лугами и пастбищами и 24 млн га - гидрографической сетью, городами, поселками, транспортными магистралями и др. объектами (Максимов, 196 2; Левин, 1973).

Исходя из породного состава лесов (Поздняков, 1973) мы допускаем, что лесопокрытые территории представлены - ельниками(55 млн. га), сосновыми лесами (65 млн, га) и мелколиственными лесами (30 млн. га). На основе анализа возрастной структуры лесов принимаем, что среди хвойных лесов доминируют спелые и приспевающие древостой, среди мелколиственных средневозрастные и спелые (Поздняков, 1973; Лесное хозяйство за 50лет, 1967). Распределение по классам бонитета показывает, что доминирует Ш класс, остальные классы бонитета представлены равномерно. Исходя из породного состава лесов и имеющихся данных по химическому составу растений в качестве эталона для расчетов баланса элементов приняты полно-^ возрастные насаждения сосняков зеленомошников II класса бонитета (по данным Л.А.Гришиной), ельников черничников 1У класса бонитета (Паршев- ников, 1962) и березняка-травного И класса бонитета (Смирнова, Городен- цева, 1958). При расчетах допускаем, что качественный состав доисторических лесов и их продуктивность и характер биологического круговорота аналогичны современным, изменилась только площадь лесопокрытых территорий.

В структуре пахотных площадей основная доля находится под посевами зерновых культур (около 50%), приблизительно 20% занято под картофель*, и около 30% отведено под однолетние и многолетние травы, корнеплоды, кукурузу на силос, овощи и др.

культуры (Левин и др. 1972).

Для получения показателей биологического круговорота на распаханных территориях определялись соответствующие показатели для каждой из культур севооборота на площади, занимаемой этой культурой. Средневзвешенные результаты по отдельным культурам суммировались и выражались в кг/га пашни.

Анализ цифр, характеризующих биологический круговорот важнейших элементов питания растений (табл. 3) в лесной зоне, указывает на то, что в фитомассе, как доисторических, так и современных лесных ассоциаций в наибольшем количестве накапливаются азот и кальций. Доля кальция от суммы всех рассматриваемых зольных элементов составляет более 50%. Наиболее высокое содержание азота и кальция отмечается в фитомассе ежегодного прироста (87,0 кг/га - N и 38,0 кг/га -Са). В меньших количествах в круговорот вовлекаются калий, сера, фосфор и магний). Величина возврата элементов в почву с опадом составляет около 50% от количества элементов, потребляемых ежегодным приростом.

В характере биологического круговорота элементов на пашне, лугах и пастбищах наблюдается принципиальное отличие от лесных ценозов. Так в наибольшем количестве в круговорот вовлекаются азот (до 160 кг/га) и калий (до 140 кг/га). Кальций по размерам вовлечения его в круговорот занимает только третье место (до 53 кг/га). Доля калия среди рассматриваемых элементов составляет около 60%. Доля отчуждения элементов с

урожаем на пашне довольно велика и составляет от 50 до 55% для кальция, магния и серы и от 65 до 70% для азота, фосфора и калия.

Дальнейшая судьба элементов в различных экосистемах лесной зоны определяется не только характером последних, но и способом использования их человеком. Большая роль в движении элементов в ландшафте принадлежит действию текущих масс воды. В настоящее время, при значительном развитии почвенно-эрозионных процессов, огромные количества питательных элементов выносятся за пределы ландшафта с поверхностным стоком. Мы исходили из допущения, что до распашки земли поверхностный твердый сток практически отсутствовал.

Следовательно велична поступления химических элементов в геологический круговорот в доисторическое время преуменьшена. Количество элементов, выносимых с твердым стоком, определялось, исходя из предположения, что состав твердого стока соответствует валовому составу верхнего горизонта почвы.

Достаточно большие количества элементов выносятся с внутрипочвенным и грунтовым стоком.

При расчете баланса элементов нами, условно, для лесопокрытых территорий величина поверхностного жидкого стока принята равной 100 мм. Количество элементов, выносимых с внутрипочвенным стоком рассчитано по данным Пономаревой В. В. И Сотниковой Н.В. (1972).

Поверхностный жидкий сток на пашне принят равным 200 мм (Львович, 1971). Величина твердого стока в среднем составляет 1 т/га. Вынос элементов с внутрипочвенным. стоком рассчитан по данным Бобрицкой М.А. (1963), Юшкевича И.А. (1972), Турбаса Э.И. и Хийса В. (1972).

При рассмотрении приходно-расходных статей баланса элементов (табл.4) в лесу обращает внимание, что главной статьей расхода элементов является их вынос из ландшафта с отчуждением древесины. Количество азота, фосфора и калия, выносимых с надземным и подземным стоками меньше, чем в отчуждаемой древесине в пять, десять и более раз. Количество кальция, выносимого с полным стоком равно отчуждению его с фитомассой леса, а количество магния и серы, выносимых из ландшафта полным стоком почти в 10 раз превышает вынос их с древесиной. В целом же для всех элементов в лесном ценозе, при условиях ежегодного отчуждения древесины, складывается отрицательный баланс. Восполнение дефицита идет за счет почвенных резервов.

Количество элементов, поступающих в ландшафт с атмосферными осадками (Дроздова и др., 1964) не компенсирует общий вынос элементов даже в пределах 10 %. Исключение составляет сера,* поступление которой из атмосферных осадков на 50% компенсирует ее вынос со стоком и вывозом древесины. Наибольший дефицит наблюдается для азота и кальция.

При распашке лесных территорий приходно-расходные статьи баланса элементов существенно изменяются. Одной из главных статей прихода становятся минеральные и органические удобрения (Петербургский, 1972), а также известь и доломитовая мука. При внесении в почву высоких доз удобрений резко увеличивается не только поступление азота, фосфора, серы, калия, кальция и магния в почву,» но и усиливается их вынос с надземным и внутрипочвенным стоками (Юшкевич, 1972; Турбас, Хиис, 1972). Если для азета и фосфора главное отчуждение происходит с вывозом урожая, то для калия, кальция, магния и серы - главной статьей расхода становится поверхностный твердый и жидкий сток. Огромное количество кальция (до 140 кг/га) начинает выноситься с внутрипочвенным стоком на известкованных полях. Несоблюдение элементарных агротехнических правил при распашке склонов провоцирует эрозию и вызывает резкое увеличение выноса важнейших элементов питания с твердым и жидним стоком. На пашне, в [VII]

Баланс химических элементов в лесной зоне

Таблица 4

Статьи баланса

N

р

к

1

И

1

п

1

Лес

Приход:

поступление с атмосферными осадками

4,0 0,60

0,15

0,02

5,0

Расход:

с

отчуждением леса

55,3 8,30

3,00

0,56

15,0

с

поверхностным стоком

3,0 0,45

0,66

0,10

8,6

с

подземным стоком

0,5 0,08

-

0,00

1,0

Общий вынос

58,8 8,83

3,66

0,66

24,6

Баланс

-54,8 -8,23

-3,51

-0,64

-19,6

Пашня_

Приход:

с

атмосферными осадками

4,0 0,12

0,15

0,004

5,0

с

удобрениями

20,0 0,60

6,0

0,18

15,0

Всего

24,0 0,72

6,15

0,18

20,0

Расход:

с

отчуждением урожая

100 3,00

18,00

0,55

90,0

с

поверхностным стоком

20,0 0,63

1,70

0,05

127,0

с

подземным стоком

1,8 0,05

0,05

0,00

10,0

Общий вынос

121,8 3,68

19,75

0,60

227,0

Баланс

-97,8 -2,96

-13,60

-0,42-207,0

Приход:

с

Луга и пастбища атмосферными ос едка ми

4,0 0,15

0,15

0,006 5,0

Расход:

ежегодное отчуждение с фитомассой:

32,0 1,2

4,8

0,2

27 Д

с

поверхностным стоком

0,2 0,06

0,1

0,03

21,0

с

подземным стоком

0,2 0,05

0,0

0,00

1,0

Общий вынос

32,4 1,30

4,9

0,20

49,1

Баланс

-28,4 -1,15

-4,7

-0,19

/>-44,1

Приход:

Баланс по зоне:

6,74 1,47

0,14

0,03

5,04

Расход:

63,30 13,3

6,65

1,45

56,42

Итого

-56,56-12,33-6,51

-1,42

-51,38

к

С а

Mg

S

П

1

П

1

П

1

п

0,75

7,0

1,05

2,0

0,30

12,0

1,80

1,74

29,0

4,40

1,5

0,22

2,8

0,42

1,30

15,0

2,20

7,0

1,06

14,0

2,10

0,16

16,0

2,40

10,0

1,60

9,0

1,40

3,20

60.0

9,00

18,5

2,88 25,8

3,92

-2,45

-53,0

-7,95

-16,5

-2,58

23,8

-2,12

0,15

7,0

0,2

2,0

0,06

12,0

0,36

0,45

400,0

12,0

15,0

0,45

10,0

0,30

0,60

407,0

12,2

17,0

0,51

22,0

0,66

2,80

30,01

0,91

13,0

0,39

6,0

0,18

3,80

110,0

3,30

23,0

0,69

9,0

0,27

0,30

140,0

4,20

7,0

0,22

7,0

0,21

6,90

280,0

8,41

43,0

1,30

22,0

0,66

-6,30

+ 127,0

+ 4,21

-26,0

-0,79

0,00

0,19

7,0

0,27

2,0

0,07

12,0

0,45

1,0

9,2

0,3

3,2

0,1

2,4

0,1

0,80

59,0

2,25

10,5

0,40

10,5

0,40

0,04

63,0

2,40

5,3

0,22

5,3

0,21

1,84

131,2

/>4,9

18,0

0,7

18,2

0,7

-1,61

-61,1

-4,63

-14,8 -0,63

-15,8

-0,25

1,10

62,06

13,53

4,03

0,88

13,3

2,90

12,30

102,75

22,40

22,47

4,9

24,31

5,3

11,2

-40,68

-8,87

-18,44

-4,02

-11,01

-2,4

отличие от лесопокрытых территорий, дефицит важнейших элементов питания становится более острым. Поступление азота с атмосферными осадками и удобрениями только на 25% компенсирует его вынос с урожаем и со стоком; в еще больших размерах выявляется дефицит по калию, его приход только на 10% компенсирует вынос. Расход калия на создание урожая зерновых и др. сельскохозяйственных культур в 1,5 раза меньше по сравнению с его количеством выносимым с поверхностным стоком.

Суходольные луга и пастбища занимают довольно значительную площадь в лесной зоне европейской части СССР. Их продуктивность сравнительно невелика - 16-20 ц/га.

Для расчета содержания элементов в луговых растениях и определения типа биологического круговорота использованы показатели полученные/ Евдокимовой И.Т. и Гришиной Л.А. (1958).

Как видно из данных, приведенных в таблице третьей, тип биологического круговорота на участках суходольных лугов и пастбищ аналогичен таковому для агро ценозов, т.е. имеет азотно-калиевый характер. Общий вынос элементов с жидким и твердым стоком, по сравнению с пашней, имеет несколько более ослабленный характер в связи со значительным задернением поверхности почвы. Однако в условиях интенсивного выпаса и уничтожения дернины размер его может значительно усилиться.

Размеры выноса азета, фосфора и калия в десятки раз меньше такового с пахотных земель. В меньшей степени также выносятся кальций, магний и сера.

Что касается динамики углерода и его баланса в ландшафте, то, учитывая сложность и многоплановость процессов его трансформации мы считаем более целесообразным выделение данного вопроса в качестве самостоятельного. Общая характеристика перераспределения углерода в ландшафтах разных природных зон европейской части СССР дана нами на основании личных исследований в докладе X Международному Конгрессу почвоведов (Евдокимова, Гришина, Васильевская и Самойлова; 1974) и в работе В.А.Ковда и др. (1974).

В целом одной из главных проблем для распаханных территорий в лесной зоне является защита почвенного покрова от развития эрозионных процессов и всемерное повышение культуры земледелия. Плановое окультуривание почв, соблюдение агротехники и разумное использование химии в сельском хозяйстве помогут человеку регулировать ход биогеохимических процессов.

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Тундра и лесотундра:

  1. 13.2.4. Северный экономический район
  2. ПАСТБИЩНЫЙ БИОГЕОЦЕНОЗ
  3. Типы сельского хозяйства мира
  4. География отраслей животноводства
  5. Освоение новых территорий.
  6. Группировка гехнобиогеом в соответствии с факторами,, определяющими их геохимическую устойчивость
  7. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ В ПРИРОДНЫХ ЗОНАХ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ СССР Т.И.Евдокимова, Т.Л. Быстрицкая, В.Д. Васильевская, Л.А. Гришина, Е.М. Самойлова
  8. Тундра и лесотундра
  9. Районы Европейской части России
  10. Природные ресурсы и эколого-экономическое районирование
  11. География растениеводства России
  12. Экономическая оценка природных условий и ресурсов
  13. Агропромышленный комплекс
  14. Географическая оболочка Земли
  15. 6.3. Влияние зональных и региональных особенностей на градостроительную политику
  16. 156. Территориальный анализ экологических проблем мира
  17. 176. Гипотеза глобального изменения климата Земли