Геохимическая характеристика ландшафта

По геоморфологическим, климатическим, геологиче-

• ким, геохимическим, почвенным и растительным усло-шиям Белоруссия делится на три провинции (подзоны, области): северную, центральную и южную (полес-

I кую).

Гидротермический режим предопределяет господство промывного водного режима, возможен слабо выражен- ный выпотной режим. Годовая сумма осадков 500— В00 мм, из них на теплый период приходится 450 мм, или JQ% годовой суммы. С апреля по июль создается напря- женный водный баланс. Испарение около 480 мм, испа- ряемость— 600 мм в год. Среднемесячная температура I амого теплого месяца изменяется от 17° до 19°, самого «•.модного от —4,3 до —8,2°. Вегетационный период длит- ■ и от 209 дней на юго-западе до 178 дней на северо-вос- I оке, .

Кора выветривания в Белоруссии неоэлювиальная, представленная переотложенными ледниковыми, водно-(Одииковыми, аллювиальными, эоловыми, лессовидными породами; мощность ее достигает нескольких метров. Ос­нову коры выветривания составляют кремний и алюми­нии, поэтому по химическому составу она относится к

• иаллитной. Наиболее распространены глинистые мине­ралы гидрослюдистой и каолинитовой группы, в виде [фИМеси встречаются монтмориллонит, вермикулит, хло­рит. В коре выветривания происходит осаждение выноси­мых из почвы оснований, которые нейтрализуют соеди­нения кислой природы и формируют реакцию раствора, близкую к нейтральной. Однако в тех случаях, когда в почве в достаточном количестве имеются вторичные гли­нистые минералы, химические элементы удерживаются изоморфно или сорбционным путем.

Почвенный покров в Белоруссии сложный и пестрый. В элювиальном ландшафте распространены дерново-подзолистые почвы, в супераквальном — дерново-подзо­листые заболоченные, дерновые заболоченные и болот­ные. Исходя из распространения почв и пород и их соста­ва можно сделать вывод, что содержание химических элементов коррелирует положительно с гранулометриче­ским составом пород и отрицательно с их возрастом. Площадь распространения суглинистых и глинистых по­род уменьшается с севера на юг, соответственно в почвах уменьшается содержание Al, Fe, Са, Mg, К, Na, Си, Мп, но увеличивается количество Si, V, Ti, Сг, т. е. элементов, образующих устойчивые к разрушению минералы (табл. 11). Почвы, одинаковые по гранулометрическому составу и процессу почвообразования, в северной про­винции по сравнению с центральной и южной богаче микроэлементами, что объясняется различием в возрасте и активностью гидролиза пород. Это положение подтвер­ждают приведенные ниже геохимические формулы, кото­рые показывают распределение элементов по величине кларка концентрации (КК) в дерново-подзолистых пес­чаных почвах разного возраста: в числителе — элементы с содержанием ниже кларка литосферы, в знаменателе — выше; перед дробью — элементы, содержание которых равно кларку литосферы:

Содержание гумуса в дерново-подзолистой почве лес­ных ландшафтов (3—4%) выше, чем сельскохозяйствен­ных (1—2,5%). В составе гумуса преобладают фульво-кислоты (С_г : Сф = 0,7—0,9). Отмечена аккумуляция боль­шинства элементов в гумусовом и иллювиальном тризонте, исключение составляют титан, цирконий, кремний.

Воды. В ландшафтах хвойно-лиственных лесов Бе­лоруссии вся толща пород с поверхности промыта и со­держит пресные гидрокарбонатно-кальциевые воды с ми­нерализацией 0,04—0,5 г/л, а в, районах смешения с глубинными напорными водами возрастает до 1—2 г/л. 11очвенно-грунтовые и речные воды имеют сходный хи­мический состав. Более высокая минерализация вод ха­рактерна для северной и центральной провинций на мо­ренных и лессовидных суглинках, местами глинах и низ­кий — для южной ландшафтной провинции на водно-лед-ппковых и эоловых песках и торфе. В водах южной провинции увеличивается содержание отдельных элемен-гов в связи с осушительной и химической мелиорацией почв и относительно хорошей миграционной способ­ностью растворимых соединений в песчаных породах и почвах. В северной и центральной провинциях глины и I у глинки задерживают миграцию элементов. В южной

провинции в почвенно-грун-товых водах содержится мар-иах педохимических провинций _ганца> кобальта, бора, МО-

либдена больше, чем в се ВерНОЙ И ЦеНТраЛЬНОЙ ПрО-

винциях (табл. 12). Коэф­фициент водной миграции марганца в центральной про­винции меньше единицы, в южной—1,23, в централь­ной провинции для меди и кобальта /С_х=1,3—1,4, в юж­ной — 38.

Химический состав почвенно-грунтовых и речных вод изменяется под влиянием усиливающейся осушительной и химической мелиорации. Содержание химических эле­ментов для поверхностных вод колеблется в широких пределах. По обобщенным автором данным, для рек БССР состав ионов следующий: Са²+ 10—80 мг/л, Mg²⁺ 0,2—3,8, Na+ + К+ 0,1—70, НС0₃" 32—270, S0₄²- 1—30, CI- 0—125, N0₃- 0—10, N0₂~ 0—0,090, ¥е_общ. 0,01—12, общая сумма ионов 50—470 мг/л; содержание микроэле­ментов — Мп 5—50 мкг/л, Си 4—25, Мо 0,2—2,0, Со 0,1— 0,5, В 1—6 мкг/л. Концентрация химических элементов в природных растворах определяется количеством выпа­дающих осадков: при максимальном увлажнении ланд­шафтов она значительно ниже, чем при недостатке влаги.

По особенностям водной миграции элементы можно разделить на три группы. *В первую группу входят фос­фор и кремний, вынос которых представляет собой посто­янную величину независимо от условий миграции. Вто­рую группу составляют элементы и соединения, вынос которых с водами уменьшается под влиянием осушитель­ной мелиорации в связи с изменением восстановитель­ной глеевой обстановки в почвах на окислительную: же­лезо, марганец, органическое вещество. Третью группу образуют элементы и соединения, вынос которых возра­стает под влиянием мелиорации: Са, Mg, Na, К, НС0₃, S0₄C1, N0₃, N0₂.

Озера представляют собой области аккумуляции ве­ществ в ландшафте, которые замыкают звенья геохимиче­ского потока в ряду фаций. Максимальная минерализа­ция (до 400 мг/л) отмечается в озерах, котловины кото­рых лежат среди моренных отложений. Вода в озерах i идрокарбонатно-кальциевая за исключением озер Вым­ни, Тиосто, Сомино, где состав воды гидрокарбонатно-1.11 пневый. В зимний период возрастают минерализация ЮДЫ и содержание гидрокарбоната, кальция, магния, железа, хлора. В содержании сульфатов четкой законо­мерности распределения по сезонам года не обнаружено. 11 глубиной содержание этих элементов и соединений величивается в большинстве водоемов, особенно эвтроф-пых. Количество азота находится в прямой зависимости ОТ наличия органического вещества (О. Ф. Якушко, 1967).

Растительность. В ландшафтах Белоруссии насчиты­вается 1550 видов растений; культурные растения пред-Ставлены 230 видами, водные более чем 70 видами.

Среди растительных сообществ преобладают ассоциа­ции сосновых лесов, меньшие площади занимают берез­няки, черноолынаники, ельники. Редко встречаются осинники, сероольшаники, дубравы, весьма редко — гра-бовые и ясеневые леса. На территории Белоруссии с уче-ГОМ анализа природных условий выделены три геобота-нпчсские подзоны: северная — дубово-еловых лесов, цент-ральная — елово-грабовых дубрав и южная — дубово-сосновых лесов (И. Д. Юркевич, В. С. Гельтман, 1965).

Сравнительно хорошо изучен биологический кругово­рот в сосновых лесах (И. Д. Юркевич, Э. П. Ярошевич, 1⁽)74).

Биомасса растительной ассоциации соснового леса .и'.псит от возраста древостоя, структуры видового со-|.|па напочвенного покрова, подроста и подлеска, а так-плодородия почв. Четкой зависимости количества биомассы от географического положения геоботаниче-I к их подзон не обнаружено, что объясняется более силь­ным влиянием других факторов и причин. Различные ти­пы соснового леса с напочвенным покровом образуют I ледующий убывающий ряд по средней величине био-массы Наименьшую биомассу имеют те типы сосняков, которые произрастают на почвах с крайне противоположными типами гидроморфизма. Таким образом, дефицит или избыток влаги отрицательно сказывается на продуктив­ности сосняков.

Напочвенный покров имеет максимальную биомассу в сосняке багульниковом и сфагновом (114,3 ц/га), ми­нимальную— во мшистом(35,2 ц/га), лишайниковом и вересковом (36,8 ц/га). Масса подстилки уменьшается в 4 раза по мере понижения степени увлажнения почв и составляет следующий ряд: сосняки багульниковые и сфагновые 824,1>черничные 448,1>брусничные 321,9> >мшистые 287,0>лишайниковые и вересковые 231,8. В этом же ряду биомасса живого органического вещества уменьшается в 2 раза, прирост примерно в 5 раз. Таким образом, наилучшие условия по показателям емкости и скорости биологического круговорота складываются для сосняков черничных, мшистых и брусничных.

Сосна по сравнению с другими древесными породами содержит меньше химических элементов. Зольность хвои (1,5—2,26%) выше, чем веток (1,0—1,4) и древесины (0,3—0,5), и близка к зольности коры (1,85) и корней (1—2%). Химические элементы по органам сосны рас­пределяются по базипетальному типу. Лишь содержание азота, калия, магния выше в корнях, чем в стволе (табл. 13). В период роста хвои в ней аккумулируются N, К, Mg, Р, к концу роста (хвоя прошлых лет) накап­ливается Са, Fe, Al, Si. Тип химизма соснового типа леса кальциево-азотный.

Величина аккумуляции макроэлементов напочвен­ным покровом не одинакова в различных типах сосняков. Максимальная величина А_х (до 50) для К, Са, Mg, Р Характерна для сосняка черничного. С увеличением и

[енынением степени увлажненности почв аккумуляция it их элементов в напочвенном покрове уменьшается (U Ю—15 в сосняке сфагновом и вересковом). Зольные >лементы образуют следующий ряд биологического на­копления: K>Ca>Mg>P>Al>Fe>Si (А_х<1 для А1, Fe, Si). В напочвенном покрове сосняков по базипеталь-иому типу распределяются Са, К, Mg, Р, по акропеталь-Иому — Fe, Al. При минерализации растительных остат-«ов из подстилки быстрее выносятся Р, Mg, К, Мп, Мо, длительнее сохраняются Fe, Al, Si, Со, В, Zn.

Зольность зеленой части других древесных пород в [андшафтах Белоруссии возрастает по мере улучшения условий питания. Ель, произрастающая на суглинистых п глинистых почвах, аккумулирует в хвое больше золь­ных элементов (3,0%), чем хвоя сосны на песчаных и су­песчаных почвах. Лиственные породы по сравнению с хвойными имеют более высокую зольность зеленой части: береза — 4,74%, ольха — 5,93, ива —7,16, рябина — 7,03%. Низкая зольность характерна для голубичника и багульника (2), пушицы (3), злаков (3—4%); средняя зольность у сфагнового мха, черничника, вереска и осо­ки (4—5), высокая — у папоротника, гипнового мха (о,Г)), разнотравья (12%).

Микроэлементы в естественной растительности обра-|уют, как правило, следующий ряд: Mn>Ti>Cu>Ba>

■Sr>Pb>Ni>Cr (табл. 14). Титана, меди и стронция содержится в естественной растительности в 5—10 раз, | хрома, никеля, отчасти свинца, бора и кобальта в 10— 60 раз меньше, чем марганца. Коэффициент биологиче-I кого поглощения марганца больше 10, меди и никеля больше единицы, свинца — единица, ванадия, кобальта,

рома — меньше единицы.

В агроценозах количество биомассы колеблется от 30 ( км я гороха и гречихи) до 250—300 ц/га (для картофеля, сахарной свеклы, овощей, кормовых корнеплодов). С Появлением более высокоурожайных сортов биомасса будет возрастать. В структуре биомассы зерновых пре­обладает надземная часть (70—80%) и элементы рас­пределяются по базипетальному типу. Структура биомассы клубнеплодов (картофель, кормовые корнеплоды сахарная свекла) имеет акропетальный тип распределе­ния элементов, преобладает подземная часть биомассы (86-90%).

В зависимости от почвенно-климатических условий и вида сельскохозяйственных растений зольность и золь­ный состав подвергаются значительным колебаниям. В зерне ячменя содержание золы колеблется от 1,80 до 2,46%, в зерне яровой пшеницы—1,26—3,0 (в твердой больше, чем в мягкой), в клубнях картофеля — 3,5—5,1, в зернах люпина — 3,13—4,65, гороха— 1,75—3,16, льно­семенах— 3,55—5,71%. В составе золы общее содержа­ние каждого элемента зависит от эволюционных особен­ностей растений: в клевере и картофеле аккумулируется калий, в горохе—калий и кальций, в злаках — фосфор, калий, кремний; льносемена содержат больше фосфора, калия, кремния. Элементы в составе золы образуют сле­дующий геохимический ряд: зерно гороха К>Р>Са> >Na>Fe>Zn>Mn>Cu>I>Co; зерно ячменя К, Р> >Ca>Na>Fe>Mn>Zn>Cu>I>Co (табл. 15).

В связи с тем, что большая часть биомассы (60—90%) отчуждается с урожаем, ежегодно из сельскохозяйствен­ных ландшафтов выносится ориентировочно 2—4 ц/га

азота и зольных элементов. Кроме того, часть элементов вымывается из почвы атмосферными осадками. Из су­глинистой почвы в среднем за год вымывается 1,66 ц/га азота и зольных элементов при среднегодовом количест­ве осадков 600 мм; из супесчаных и песчаных почв — на 40% больше. С минеральными удобрениями возвращает­ся в почву около 2 ц/га основных элементов питания, с органическими — 1,85 ц/га при внесении их около 10 т/га; за счет пожнивных остатков — 0,37 ц/га, т. е. до 2 т/га органического вещества. Таким путем в сельскохозяйст­венных ландшафтах создается положительный баланс зольных элементов (расход 3,5—5,5 ц/га, приход — 4,2 ц/га), хотя по каждому химическому элементу баланс может быть различным и зависит от интенсивности ис­пользования каждого элемента в агроценозе и величины необменного закрепления в почве.

Повышение продуктивности растительных сообществ в ландшафтах хвойно-лиственных лесов Белоруссии от­части зависит от соотношения содержания избыточных и дефицитных элементов. Избыточные элементы представ­лены ионами водорода (кислая реакция), местами хло­ром, марганцем и цинком. Избыточная кислотность уст­раняется регулярным известкованием почв. Марганец и цинк переходят в необменное состояние (иммобилизация) по мере понижения кислотности. Большинство элементов питания относятся к дефицитным. Практически недостает азота, фосфора и калия во всех почвах; кальция, вана­дия, молибдена — в кислых почвах; марганца, цинка, бо­ра— в нейтральных; меди и магния — в торфяных; мо­либдена, кобальта, магния, кальция —в песчаных почвах.

В ландшафтах Белоруссии не выявлены биогеохими­ческие эндемии, хотя полесские ландшафты бедны мно­гими элементами питания (Со, Си, Mg, Mn и др.). Су­точные рационы пищи человека в северной провинции республики содержат нормальное количество марганца, а центральной и южной — недостаточно (М. А. Антонова, 1978).

Геохимические методы поисков полезных ископаемых в Белоруссии малоперспективны, так как рудоносные породы залегают под мощным чехлом осадочных пород. Гидрогеологами доказана связь напорных подземных вод с поверхностными, что может служить основанием для применения гидрогеохимического метода в таких районах при выявлении рудных тел.

делах супераквальных ландшафтов (занимает площадь 1,7%).

Кислый кальциевый глеевый класс, занимая 15% пло­щади, приурочен к супераквальным ландшафтам со сле­дующими типами почв: дерново-подзолистыми заболо­ченными, дерновыми заболоченными, болотными низин­ного типа, аллювиальными, реакция среды слабокислая.