<<
>>

Биологический круговорот.

Величины ежегодного потребления химических элементов приростом растительной массы в ландшафтах кедрового стланика невелики (рис. 3): 44- 104кг/га-год , в том числе на фотосинтезирующие органы приходится 68-82 %, многолетние одревесневшие части 5-18 % и корни 11-23 % от общего поглощения. Подавляющее количество зольных элементов и азота аккумулируется хвоей кедрового стланика; в кедровнике шикшево-дол- гомошном велика также и роль осок; менее активно накапливаются элементы-органогены приро­стом стволов, ветвей и корней стланика. Участие кустарничков в этом процессе минимально.

Во всех исследованных фитоценозах наиболее интенсивно аккумулируется азот. В кедров­никах шикшево-лишайниковом, багульниково-брусничном и багульниково-лишайниковом второе место по этому показателю занимает группа элементов, включающая кальций и калий; в кедров­нике шикшево-долгомошном - кремний, калий и кальций.

Косвенная характеристика интенсивности аккумуляции химических элементов из почвы приростом, полученная путем вычисления рядов биологического поглощения, показала, что во всех кедрово-стланиковых ландшафтах из минеральной части почвенных профилей наиболее энергично поглощаются кальций, затем калий и марганец.

Таблица 9. Содержание азота и зольных элементов в составе доминантных видов растений экосистем кедрового стла­ника, % к сухому веществу

Растения и их части Чистая зола, % N Si Са К Mg Р А1 Fe Мп S Na
Кедровый стланик
Хвоя 1-го года 2,91 1,36 0,20 0,74 0,54 0,18 0,05 0,09 0,14 0,03 0,13 0,01
прошлых лет 2,16 1,31 0,16 0,46 0,34 0,22 0,03 0,11 0,08 0,14 0,14 СЛ.
Ветви 1-го года 2,08 1,34 0,02 0,36 0,68 0,19 0,06 0,04 0,04 0,03 0,19 0,02
прошлых лет 0,98 0,43 0,05 0,20 0,23 0,06 0,04 0,07 0,02 0,03 0,15 СЛ.
ствол 0,34 0,11 0,03 0,09 0,04 0,02 0,01 0,01 0,01 СЛ. 0,10 сл.
Корни 0,7-0,5 см 0,61 0,17 0,03 0,22 0,04 0,04 0,02 0,03 0,01 0,01 0,08 сл.
менее 0,7 см 0,96 0,51 0,03 0,19 0,20 0,06 0,02 0,03 0,04 0,01 0,09 0,01
Береза Миддендорі
Листья 2,86 1,41 0,08 0,91 0,21 0,22 0,11 0,07 0,10 0,16 0,09 0,01
Ветви 1,00 0,56 0,04 0,28 0,15 0,07 0,03 0,02 0,04 0,02 - сл.
Корни 1Д1 0,39 0,04 0,30 0,17 0,08 0,04 0,03 0,02 0,03 0,05 0,01
Рябина бузинолистная
Листья 5,07 2,05 2,02 1,17 1,34 0,27 0,33 0,01 0,01 0,07 0,14 0,02
Ветви 2,14 0,43 0,01 0,43 0,02 0,11 0,09 0,01 - 0,03 0,01 0,02
Рододендрон золотистый
Листья 3,09 0,78 0,03 0,86 0,25 0,61 0,06 0,10 0,03 0,04 - 0,03
Стебли 1,59 0,53 0,06 0,31 0,19 0,12 0,04 0,08 0,04 0,18 0,07 0,01
Корни 0,32 0,40 0,03 0,09 0,02 0,02 0,01 0,01 СЛ. 0,01 0,12 0,01
Брусника
Листья 2,22 0,60 0,10 0,64 0,26 0,11 0,10 0,02 0,12 0,10 0,16 0,02
Стебли 2,36 0,56 0,07 0,59 0,27 0,12 0,06 0,15 0,10 0,16 - 0,02
Корни 0,42 0,52 0,01 0,11 0,07 0,04 0,01 0,01 0,01 0,03 - 0,01
Голубика обыкновенная
Листья 2,86 1,30 0,16 0,60 0,55 0,55 0,11 0,03 0,08 0,06 - 0,01
Стебли 1,34 0,41 0,03 0,29 0,26 0,04 0,04 0,07 0,04 0,15 - 0,01
Багульник стелющийся
Листья 2,51 1,44 0,18 0,70 0,47 0,12 0,07 0,01 0,06 0,05 0,12 0,02
Стебли 1,05 0,58 0,05 0,22 0,12 0,08 0,03 0,03 0,04 0,04 - 0,01
Корни 0,54 0,37 0,02 0,12 0,07 0,05 0,02 0,02 СЛ. 0,05 - СЛ.
Шикша черная
Листья 3,08 0,84 0,04 1,07 0,46 0,23 0,04 0,02 0,14 0,10 0,16 0,02
Стебли 1,32 0,51 0,09 0,31 0,15 0,11 0,03 0,04 0,06 0,05 0,04 0,01
Корни 0,72 0,33 0,05 0,15 0,12 0,04 0,03 0,03 0,01 0,04 - СЛ.
Филлодоца
Листья 2,56 1,02 0,03 0,90 0,20 0,23 0,08 0,02 0,16 0,01 - 0,02
Стебли 1,43 0,49 0,10 0,31 0,19 0,08 0,06 0,05 0,04 0,08 - 0,01
Корни 0,83 0,27 0,03 0,14 0,11 0,05 0,03 0,04 0,02 0,06 - 0,01
Политрих обыкновенный
Зеленые части 1,50 0,91 0,25 0,30 0,20 0,04 0,03 0,04 0,06 0,02 - 0,10
Бурые части 2,65 0,51 0,42 0,67 0,18 0,04 0,07 0,06 0,12 0,04 - 0,02
Дикран
Зеленые части 2,87 0,85 0,27 0,59 0,35 0,36 0,09 0,06 0,05 0,03 0,15 0,03
Бурые части 5,70 0,45 0,38 1,30 0,83 0,42 0,10 0,21 0,18 0,07 0,21 0,15
Кладония оленья 1,26 0,22 0,16 0,26 0,09 0,07 0,05 0,02 0,11 0,01 0,07 0,02

П р и м е ч а и и е.

Прочерк - данные не определялись.

Рис. 3. Показатели биологического круговорота зольных элементов и азота в экосистемах шикшево-лишайникового (1), багульниково-брусничного (2), шикшево-долгомошного (3) кедрового стланика, кг/га; 1 - фотосинтезирующие органы, 2 - многолетние органы, 3 - корни, 4 - измельченный опад корней; звездочка - зольные элементы; N - азот

Обращает на себя внимание активное потребление железа в кедровниках шикшево- лишайниковом и багульниково-брусничном, с чем, видимо, связано относительное накопление его в верхних минеральных горизонтах; в кедровнике шикшево-долгомошном коэффициент поглоще­ния Fe меньше единицы, что коррелирует с интенсивной его аккумуляцией в иллювиальной части профиля (Игнатенко и др., 1977).

Снижение степени элювиальности ландшафтов обусловливает уменьшение активности по­глощения биофильных элементов. В отличие от лесотундры и тайги Кольского полуострова, кед- рово-стланиковые заросли характеризуются меньшей избирательной способностью по отношению к марганцу и калию и большей - кальцию и железу (Манаков, 1970, 1972).

Учитывая активное вовлечение кальция в биологический круговорот, можно предположить, что неусредненность кислого органического вещества в почвенном профиле подзолов и подбуров обусловлена медленным высвобождением щелочно-земельных элементов из разлагающегося опа- да и быстрым вовлечением их в биологический круговорот.

Накопление химических элементов в фитомассе экосистем стланика варьирует от 546 до 1000 кг/га, в том числе на фотосинтезирующие органы приходится от 19 до 37 %, многолетние одревесневшие части - 53-60 % и корни - 10-28 % (см. рис. 3). Значительное накопление хими­ческих элементов в фотосинтезирующих органах кедровника багульниково-лишайникового (52 %) обусловлено значительной охвоенностью ветвей и развитием кустарничково-лишайниково­го покрова.

По содержанию химических элементов кедрово-стланиковые заросли близки с низкобони- тетными лесами и болотами Европейской части России. Из общей суммы на долю азота приходит­ся до 40 %. Вторую группу элементов по активности их накопления в фитомассе образуют каль­ций, калий и сера. Такой характер аккумуляции, за исключением серы, присущ ельникам таежной зоны, некоторым сообществам восточно-европейской лесотундры и кустарничково-лишайнико­вым тундрам Кольско-карельской провинции (Марченко, Карлов, 1962; Руднева и др., 1966; Мана­ков, 1970; Игнатенко и др., 1973).

По сравнению с приростом в фитомассе менее активно накапливаются магний, железо, фос­фор, алюминий, марганец и, отчасти, сера, что связано с изменением химического состава расте­ний с возрастом.

Роль зеленых фотосинтезирующих органов в аккумуляции химических элементов возрастает с 11-12 % от участия их в общей биомассе до 23-29 % в сумме минеральных веществ. Это не­сколько выше, чем в ельниках-зеленомошниках крайней северной тайги (Марченко, Карлов, 1962). Больше половины общего запаса элементов аккумулируется многолетними надземными органами. Следовательно, распределение химических элементов в фитомассе рассматриваемых экосистем аналогично распределению их в редкостойных, низкобонитетных зеленомошных лесах лесотунд­ровой и таежной зон европейской части России. Однако аккумуляция в них азота более интенсивна.

Количество ежегодно возвращаемых с опадом химических элементов значительно ниже их ежегодного потребления: 20-71 кг/га, в том числе на долю фотосинтезирующих органов прихо­дится 66-93 %, многолетних надземных частей - 1-7 % и корней - 7-27 %. Подавляющая часть химических элементов сосредоточена в хвое кедрового стланика. Доля участия в составе опада листьев кустарничков, лишайников и мхов значительно меньше и существенно различается в сравниваемых фитоценозах.

Средневзвешенное содержание в опаде азота составляет около 0,6 %, т. е. является чрезвы­чайно низким по сравнению с фитоценозами более южных широт. Оно возрастает от кедровников горных склонов (1,00-1,03 %) к кедровникам межгорных долин (2,11 %), характеризующимся раз­витым травяно-моховым покровом.

Экосистемы кедрового стланика заметно различаются по соотношению возвращаемых хи­мических элементов. В кедровниках шикшево-лишайниковом и багульниково-брусничном наибо­лее активно возвращаются азот и кальций, в кедровнике шикшево-долгомошном - кремний, азот и кальций. По сравнению с приростом, активность возврата кальция, калия, кремнезема и марганца выше, чем их ежегодное потребление; фосфора, серы, натрия, наоборот, ниже.

Значительная часть возвращаемых химических элементов накапливается в опаде прошлых лет. Их количество в кедровнике багульниково-брусничном превышает ежегодный опад в 65 раз, в шикшево-лишайниковом - 48 раз, шикшево-долгомошном - 46 раз. Ряды накопления элементов в рассматриваемом компоненте биомассы следующие (в порядке убывания): в шикшево-бруснично- лишайниковом - кальций, азот, калий, магний, кремний, алюминий, железо, сера, фосфор, натрий; багульниково-брусничном - кальций, азот, кремний, калий, магний, алюминий, марганец, железо, сера, фосфор, натрий; шикшево-долгомошном - кремний, азот, кальций, калий, магний, фосфор, алюминий, марганец, железо, сера, натрий. Сравнение этих рядов с рядами по приросту показыва­ет, что активность возврата кальция, калия, кремния и марганца выше, чем их поглощение, а фос­фора, серы и натрия - ниже.

При сопоставлении характера консервации химических элементов в подстилках двух кон­трастных типов кедровников выявляется следующее: с переходом от кедровника шикшево- лишайникового к кедровнику багульниково-брусничному относительно увеличивается накопление азота, кальция, калия, марганца и уменьшается - кремния, алюминия, серы, магния. Это обуслов­лено как геохимическими особенностями сравниваемых ландшафтов, так и изменениями структу­ры подстилок.

Под действием процессов минерализации и гумификации химический состав мертвых рас­тительных остатков претерпевает значительные изменения. Анализ рядов выноса-накопления ука­зывает на то, что в опаде растительной массы прошлых лет по сравнению со свежим опадом про­исходит активное накопление серы, железа и азота. Такие элементы, как кремний, кальций, калий, магний, алюминий и марганец, в одних случаях выносятся, в других - аккумулируются. На более поздних стадиях разложения происходит интенсивное накопление кремния, кальция, магния и азота. Значительно слабее выражена аккумуляция фосфора, железа и алюминия. Содержание ка­лия и марганца в торфянистых горизонтах заметно снижается, что связано как с вовлечением их в новый цикл биологического круговорота, так и с выносом в минеральные горизонты почвы.

Следовательно, основные биофильные элементы (азот, кальций, возможно, калий) энергич­но накапливаются в отмершей растительной массе и лишь отчасти выносятся за пределы ланд­шафта. В подземной части кедрово-стланиковых фитоценозов сосредоточено от 47 до 72 % от об­щих запасов зольных элементов и азота. Основная масса их аккумулируется в сухоторфянистых и перегнойных горизонтах. Существенное участие в консервации химических элементов принимают измельченное органическое вещество и мелкие корни, среди которых преобладают отмершие.

По качественному составу основных аккумулируемых элементов надземные и подземные части экосистем близки: азот, кальций, калий. Особенностью является увеличение участия железа, кремния и алюминия в корневой массе, что обусловлено наличием трудно отделимых механиче­ских примесей и пропитыванием опада минерализованными почвенными растворами.

Основными химическими элементами, накапливающимися в общей биомассе кедрово- стланиковых ландшафтов, являются азот, кальций и калий. Значительно менее интенсивно акку­мулируются остальные зольные элементы. В порядке убывания они располагаются в следующий ряд: железо, кремний, сера, магний, алюминий, фосфор, марганец, натрий. Запасы железа превы­шают таковые кремния в фитоценозах со значительным участием лишайников; магний, сера и алюминий не обнаруживают четких закономерностей; фосфор, марганец и натрий накапливаются в минимальных количествах.

Контрастность биологического круговорота, представляющая собой отношение содержания химических элементов в составе биомассы аккумулятивно-элювиального элементарного ланд­шафта к емкости смежного элювиального ландшафта, находящегося в геохимическом сопряжении с первым, возрастает при переходе от северотаежных биогеоценозов (0,84 : 1,00) к кедрово-стла- никовым (0,77 : 1,00). В соответствии с классификацией Л.Е. Родина и Н.И. Базилевич (1965) кед­рово-стланиковые ландшафты могут быть охарактеризованы как (калиево-) кальциево-азотные, низкозольные, очень мало- и малопродуктивные, застойные и сильнозаторможенные.

<< | >>
Источник: Черешнев И.А.. Биологическое разнообразие Тауйской губы Охотского моря. Владивосток: Дальнаука,2005. 698 с.. 2005

Скачать готовые ответы к экзамену, шпаргалки и другие учебные материалы в формате Word Вы можете в основной библиотеке Sci.House

Воспользуйтесь формой поиска

Биологический круговорот.

релевантные научные источники: