ЭЛЕМЕНТЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА В

ЭЛЕМЕНТЫ БИОЛОГИЧЕСКОГО КРУГОВОРОТА В
ЭКОСИСТЕМАХ КЕДРОВОГО СТЛАНИКА НА СЕВЕРО-ВОСТОКЕ
РОССИИ
Пугачев А.А. (ИБПС ДВО РАН, г. Магадан, РФ)
In report are considered dates on annual balance of the vegetable mass in Pinus
pumila-forests on Northeast of the Russia, is given analysis of the operation in them biological rotation ash element and nitrogen.
По величине годичного прироста (1,3-3,8 т/га×год) экосистемы кедрового
стланика относятся к очень малопродуктивным и малопродуктивным природным
комплексам (Родин, Базилевич, 1965). В зависимости от экологических условий и
возраста растений, участие основных компонентов фитомассы в создании пр ироста варьирует в широких пределах: фотосинтезирующих органов от 48 до 64%,
многолетних одревесневших частей от 7 до 24% и корней от 20 до 33% от величины общего прироста. Особенностью характеризуемых экосистем является то,
что более половины прироста приходится на кедровый стланик. Это существенно
отличает кедрово-стланиковые заросли от ландшафтов лесотундры, в которых
динамика растительной массы обусловлена, в основном, напочвенным покровом
(Родин, Базилевич, 1965).
Величины ежегодного потребления химических элементов приростом растительной массы в ландшафтах кедрового стланика невелики: 44 - 104 кг/га×год,
в том числе на фотосинтезирующие органы приходится 68 – 82%, многолетние
одревесневшие части 5 – 18% и корни II - 23% от общего потребления. Подавляющее количество зольных элементов и азота аккумулируется хвоей кедрового
стланика; в кедровнике шикшево-долгомошном велика также и роль осок; менее
активно накапливаются химические элементы 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, багульниково-лишайниковом и шикшево-бруснично-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: во всех кедрово-стланиковых ландшафтах из минеральной
части почвенных профилей наиболее энергично поглощается кальций, затем калий и марганец.
Обращает внимание активное потребление железа в кедровниках шикшеволишайниковом и багульниково-брусничном с чем, видимо, связано относительное накопление его в верхних минеральных горизонтах; в кедровнике шикшеводолгомошном коэффициент поглощения Fe меньше единицы, что коррелирует с
интенсивной его аккумуляцией в иллювиальной части профиля.
Снижение степени элювиальности ландшафтов обусловливает уменьшение
активности поглощения биофильных элементов. В отличие от лесотундры и тайги Кольского полуострова, кедрово-стланиковые заросли характеризуются меньшей избирательной способностью по отношению к марганцу и калию, и большей
– кальцию и железу.
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 опада и быстрым вовлечением их
в новые циклы биологического круговорота.
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% этого количества, многолетние одревесневшие
части 53 -60% и корни 10 – 28%. Значительное накопление химических элементов в фотосинтезирующих органах кедровника багульниково-лишайникового
(52%) обусловлено значительной охвоенностыю ветвей и развитием кустарничково-лишайникового покрова.
По содержанию химических элементов кедрово-стланиковые заросли близки
с низкобонитетными 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 восточноевропейской лесотундры и кустарничково-лишайниковым
тундрам кольско-карельской провинции (по Родин, Базилевич, 1965).
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. 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×год, в том числе на долю
фотосинтезирующих органов приходится 66 – 93%, многолетних надземных частей I – 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 меньшая и различна 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 впадин (2,11%), характеризующихся 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 и натрия, наоборот, ниже.
Подавляющая 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, шикшеводолгомошном - 4б раз. Ряды накопления элементов в рассматриваемом компоненте биомассы следующие: 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 багульниковобрусничному 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.
В процессе 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
сравнение 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 круговор ота, так и 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 принимает измельченное органическое вещество и мелкие корни.
По качественному составу основных аккумулируемых элементов надземные
и подземные части экосистем близки: азот, кальций, калий. Отличительной 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, является 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 супераквального
элементарного ландшафта к емкости смежного элювиального ландшафта, находящегося в геохимическом сопряжении с первым, возрастает при переходе от с еверо-таежных биогеоценозов (0,84 :1,00) к кедрово-стланиковым ландшафтам
(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.
Литература
Родин Л.Е. и Базилевич Н.И. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара.- М.:Л.: Наука, 1965.-254 с.