РЕФЕРАТ
ЛАНДШАФТНО-ЕКОЛОГІЧНИЙ ПІДХІД У ВИВЧЕННІ Геохімічні особливості ГІРНИЧИХ ГРУНТІВ Тебердинського ЗАПОВІДНИКА
Суторміна Е.Н., Дегтярьова Т.В.
Природні екологічні системи (екосистеми) прийнято розглядати як природно-територіальні комплекси, що складаються з двох основних частин: абіотичного середовища і біоти, між якими відбувається зовнішній і внутрішній кругообіг речовини і енергії [11]. Їх просторова диференціація зумовлена факторами розподілу найважливіших параметрів середовища [1].
Грунт також може виступати в якості біоцентріческой (з живим у центрі) природно-саморегулівної екологічної системи, оскільки в ній біотичні та абіотичні компоненти пов'язані потоками речовини та енергії. У той же час грунт як цілісність (природно-історичне грунтове тіло) сама взаємодіє з навколишнім абіотичним (повітря, води, гірські породи, клімат та ін) та біотичної (наприклад, рослини) середовищем, обмінюючись в цілому речовиною, енергією та інформацією з цим середовищем [4]. Трактування грунтів як екологічних систем характерно для нового, оформлявшегося зараз наукового напрямку - екології грунтів (Л. І. Прасолов, В. Р. Волобуєв, І. А. Соколов, М. І. Дергачова та ін.) У рамках екології грунтів ландшафтно-екологічний підхід дозволяє досліджувати обумовленість структурно-функціональної організації та розподілу грунтів в приватному реальному екологічному просторі [7], утвореному частиною існуючих в даний час факторів середовища або їх характеристиками.
Є велика кількість робіт, що характеризували властивості грунтів і висвітлювали різні аспекти взаємин грунтів з навколишнім середовищем. На базі Тебердинського державного біосферного заповідника давно ведеться вивчення основних показників клімату та їх впливу на гідротермічні режими грунтів висотно-екологічного профілю хребта Мала Хатіпара (В. А. Шальнов, Т. М. Багрова та ін.) Вивчення на геохімічному рівні співвідношень між грунтами заповідника і середовищем їх формування дає можливість аналізувати зміни геохімічних параметрів гірських грунтів залежно від різних екологічних умов.
Детальні грунтово-геохімічні дослідження проводилися влітку 2006 р. на опорних ділянках стаціонарного висотно-екологічного профілю, що охоплює весь спектр геоботанічних поясів ландшафтів хребта Мала Хатіпара [9]. У орографічному відношенні хребет є північним відрогом Бічного хребта, утворює в межах Тебердинського заповідника частина лівого схилу долини річки Теберда [6]. Значні коливання висот у межах профілю (понад 1,5 кілометрів по вертикалі) зумовили вертикальні відмінності в прояві основних екологічних факторів і формування певних екосистем. Так, на днищі троговими долини р.Теберди на висоті 1330 м. над ур. моря радіаційний баланс (R) має значення 37-38 ккал / см 2, середньорічна температура (t) становить 6,3 ° С, середньорічна кількість опадів (r) перебувати в межах від 760 до 850 мм, що дозволяє виростати не тільки хвойним породам , але і буку [10]. Біля підніжжя схилу на високих терасах р. Теберда чергуються буково-ялицеві та соснові лісові екосистеми з луговими асоціаціями на гірських алювіальних грунтах.
На схилах чіпаючи до висоти 2000-2100 м екологічно формуються хвойні ліси і йде утворення бурих гірничо-лісових грунтів. П оказателі метеоелементів змінюються: R = 37-31,5 ккал / см 2, t = 6,0-3,0 ° С, r = 850-1250 мм, при цьому на схилах південної експозиції виростають соснові ліси, а на схилах північної експозиції - ялицеві. Вище 2100 м над ур. моря поширені соснові та ялицево-соснові рідколісся на грубоскелетних бурих лісових грунтах, березові криволісся на гірничо-чагарникових грунтах і лугові асоціації на гірничо-лугових грунтах.
На висоті 2400-2700 м над ур. моря в межах високогірних субальпійських лук радіаційний баланс має значення 30,5 ккал / см 2. Середня річна температура близька до 0 ° С, річна кількість опадів 1500 мм. З подальшим підвищенням абсолютної висоти створюються екологічні умови розміщення поясу альпійських луків на світло-бурих гірничо-лугових грунтах. Показники його основних метеоелементів: R = 28 ккал / см 2, t = - 0,7 ° С, r = 1600 мм. Причому по схилах південно-східної експозиції піднімаються пестрокостровие луки, на схилах північно-східної експозиції виростають дзвоникувата-ветреніцевие луки. При подальшому збільшенні абсолютної висоти формується розірваний малопотужний рослинний покрив екосистем субнівального пояса.
Лінійне простягання профілю, гребінь, чітко виражені північно-східні і південно-східні схили визначили експозиційні розходження гідротермічних умов грунтоутворення. Вплив експозиції схилів гір при їх широтному простягання добре відомо [8]. Крутизна та експозиція схилів значно впливає на річну величину радіації, її розподіл протягом року, температурний режим. Так, наприклад, на однаковій висоті 2400 м над ур. моря, в межах субальпійських лук прихід сумарної радіації за повний день на південних схилах складає 777 кал / см 2, а річна величина радіаційного балансу 42,67 ккал / см 2, у той час, як на схилах північної експозиції ті ж показники набагато нижче - прихід сумарної радіації за повний день 519,5 кал / см 2, а річна величина радіаційного балансу дорівнює 31,0 ккал / см 2 [10]. Відрізняється і характер зволоження схилів: північно-східний більш вологий, південно-східний більш посушливий. У свою чергу, відмінності гідротермічних умов визначили диференціацію рослинності. На південно-східних схилах поширені більш ксероморфние різнотравно-злакові асоціації, на північно-східних схилах - більш мезоморфних злаково-різнотравні.
У цілому висотно-екологічний профіль являє собою цілісну пов'язану систему елементарних ландшафтів (елементарних екогеосістем) від вершини до підніжжя при пануванні крутих опукло-увігнутих схилів. Такі елементарні еколого-геохімічні системи характеризуються єдністю грунту і рослинного співтовариства в межах елементарної форми рельєфу, де зберігаються одні й ті ж основні умови життєдіяльності біоти (загальні умови інсоляції та енергобалансу) [2]. За рахунок переміщення твердого матеріалу і розчинених речовин зверху вниз по схилу створюється геохімічна контрастність грунтів елювіальних, транселювіальних, трансаккумулятівних і транссупераквальних елементарних екогеосістем, до яких приурочені опорні ділянки з закладеними грунтовими розрізами.
Місцеві геохімічні особливості гірських порід визначають багато в чому головні риси геохімії грунтів регіону. У геологічному відношенні висотно-екологічний профіль є однорідним і монолітним - гірськими породами служать калієві верхнепалеозойских гранітоїди. У порівнянні з літосферних Кларком у цих породах концентрується свинець і розсіюються мідь, цинк, кадмій [3].
Характер міграції елементів у грунтах визначається лужно-кислотними і окислювально-відновлювальні умовами. За лужно-кислотних умов грунту профілю можна об'єднати у 2 основних класи: з кислою реакцією (pH = 4,5-6,0) і слабокислою реакцією середовища (pH = 6,0-6,5), які в цілому відображають вертикальну зміну процесів грунтоутворення від субнівального пояса до змішаних лісах. Гірничо-лугові грунти верхніх автономних елювіальних позицій мають кислу реакцію середовища гумусового горизонту (pH = 4,7-4,9) з ослабленням кислотності вглиб грунтового профілю. Гірничо-лугові і гірничо-лісові грунти нижніх транссупераквальних і трансаккумулятівних позицій відрізняються слабокислою реакцією в гумусового горизонту (pH = 6,15-6,4) з деяким підвищенням кислотності вглиб профілю. Наші дані співпадають з дослідженнями В. В. Д'яченко [5], який вказує, що для грунтів високогірних ландшафтів Західного Кавказу характерний кислий клас водної міграції, обумовлений хімізмом атмосферних опадів і особливостями Бікан. У цих умовах зольність і насиченість рослин підставами знижені, активно розвивається кисле вилуговування грунтів, що приводить до виносу багатьох мікроелементів.
Вільний внутріпочвенний дренаж грунтової товщі при високій величині поверхневого стоку створює переважання окисних умов у грунтах практично по всьому висотно-екологічному профілю. Тільки для транссупераквальних ландшафтів характерна відновлювальна Глєєва обстановка з розвитком гірничо-лугових алювіальних глейовими грунтів, у формуванні яких беруть участь як грунтово-поверхневі, так і грунтово-грунтові дуже слабо мінералізовані води [5].
Важливим показником сформованих екологічних умов і регулятором міграції мікроелементів в грунтах гірських територій є грунтовий гумус. Високогірна специфіка гумусу полягає в його фульватного складі і дуже високому вмісті гумусових речовин. Профільне розподіл гумусу спадною, верхні горизонти грунтів сильно гумусірованності. Середній вміст гумусу в гумусового горизонту гірничо-лугових грунтів висотно-екологічного профілю складає 12,2%, в гірничо-лісових - 11,4%. Самі максимальні рівні накопичення гумусу (до 17,2%) виявлені для гірничо-чагарникових грунтів під березняками.
Якийсь максимум розподілу гумусу в гірничо-лугових грунтах спостерігається на висоті 2590 м в межах субальпійських лук. Причому помітно вплив експозиції схилів на інтенсивність гумусонакопленія. Так, на однаковій висоті схили північно-східної експозиції з більш мезофітних субальпійським високотрав'ям мають вміст гумусу в горизонті А рівне 16%, що майже в 2 рази перевищує вміст гумусових речовин у грунтах субальпійських лук південно-східної експозиції (8,8%). Більш сильне зволоження грунтів північно-східних схилів викликає розвиток тут потужного дерновинно шару, що позначається на високому ступені гумусірованності.
У значно меншій мірі перерозподіл тепла і вологи в залежності від експозиції схилу впливає на рівень гумусонакопленія в екогеосістемах з гірничо-лісовими грунтами. Середній вміст гумусу в грунтах схилів північно-східної експозиції, тільки на кілька відсотків вище вмісту гумусу в грунтах південно-східних схилів (13,3% і 10,9% відповідно). На цьому прикладі видно, що лісові ПТК з добре розвиненою рослинністю мають здатність нівелювати експозиційні розходження в гумусонакопленія.
Вміст гумусу і глибина гуміфікації в закладених грунтових розрізах різна. Характерним є їх збільшення від грунтів елювіальних до грунтів трансаккумулятівних і транссупераквальних лугових і лісових елементарних екогеосістем. Це можна пов'язати зі зміною загального рівня біохімічної активності грунтів в нижніх частинах профілю. Велика швидкість розкладання органічних речовин і більша кількість водних мігрантів, що втягуються в біологічний кругообіг, визначають тут високі рівні гумусонакопленія за профілем.
Висока гумусність грунтів забезпечує підвищену ємність біогеохімічного бар'єру в грунті [2]. Зв'язок підвищеного вмісту гумусу із значним накопиченням елементу виявляється для міді та цинку в лучних і лісових фації по північно-східному схилу, для міді і свинцю - по південно-східному. Можна припустити, що мікроелементи в цих умовах активно мігрують в адсорбованому стані на гумусових частинках.
Особливості розподілу мікроелементів у грунтовому профілі гірничо-лугових і гірничо-лісових грунтів при монолітному літогеохіміческом тлі можна пояснити сукупністю процесів біогенезу, гідрогенезу та ландшафтно-геохімічного сполучення. Поряд з біогенної акумуляцією хімічних елементів, спрямованої знизу вгору, в грунтах спостерігається і спадна міграція водних розчинів. Тому реальний розподіл елементів у грунтах вододілів і схилів визначається не тільки біогенної акумуляцією, але і вилуговуванням (табл.1, 2). Співвідношення цих двох процесів по-різному проявляється у грунтах висотно-екологічного профілю і можна відзначити його залежність від експозиції схилів. Радіальне биогенное накопичення мікроелементів більше переважає в грунтах північно-східної експозиції (за винятком кадмію). У той же час на південних схилах іноді вилуговування хімічних елементів йде сильніше, ніж биогенное накопичення (для свинцю, міді).
Таблиця 1
Деякі параметри гірничо-лісових грунтів південно-східних соснових схилів
Елементарний ландшафт | Опорний ділянку | Горизонт | Глибина, см | рН | Гумус,% |