Круговорота в экстрааридных пустынях

Значительный научный, а в недалеком будущем, возможно, и практический интерес представляют биогеохимические процессы, происходящие в наименее благоприятных для жизни условиях экстрааридных пустынь. Такие пустыни занимают огромное пространство в центре суперконтинента Евразии. Одной из наиболее суровых пустынь Центральной Азии является Гоби. В ее западной части обычно выпадает атмосферных осадков от 20 до 50 мм/год при испаряемости 1250 мм/год Поверхность пологих предгорных склонов (бэлей) и межгорных равнин покрыта плотным каменистым панцирем. Панцирь, образованный щебнем метаморфических и вулканических горных пород с блестящей черной глазурью «пустынного загара», способствует ощущению полной безжизненности местности. Примерно раз в 7—10 лет до Гоби доходят несущие влагу воздушные массы и здесь выпадают обильные дожди. Их результатом являются многочисленные мелкие ложбины (сайры), рассекающие поверхность гамады (каменистой пустыни) на отдельные вытянутые участки.

Большая часть пустыни Гоби покрыта редкой растительностью, состоящей из кустарников и полукустарничков. Среди кустарников преобладает черный саксаул (Haloxylon ammodendrori), эфедра Пржевальского (Ephedra Przewalskii), парнолистник (Zygophyllum xanthoxylon), реамюрия (Reamuria soongorica); среди полукустарничков — баглур (Anabasis brevifoha), симпегма (Sympegma regeln). На периферии пустынной зоны появляются злаки (Stipaglareosa), луки (Allium mongolicum) и др. На крайнем юге, в области распространения экстрааридных ландшафтов участки каменистой пустыни полностью лишены растительности или несут очень редкие экземпляры ильинии (lljinia regelii) — 1,3 экземпляра на 100 м² (Казанцева Т. И., 1986). В мелких сайрах, расчленяющих поверхность гама-ды, растут отдельные экземпляры саксаула и эфедры.

Установлено, что в промытых бидистиллированной водой растениях экстрааридных ландшафтов концентрация щелочных, ще-лочно-земельных элементов и железа измеряется десятыми и сотыми долями процента; марганца, цинка, стронция и частично хрома — значениями 10×п мкг/r; меди, никеля и ванадия — п мкг/г; свинца и кобальта — как правило, менее 1 мкг/г сухой массы растений. Необходимо учитывать, что элементы распределяются по органам растений неодинаково. Концентрация натрия в зеленых органах значительно выше, чем в стволах кустарников и стеблях полукустарничков, в которых выше концентрация кальция. Распределение стронция, железа и марганца аналогично кальцию: большие значения приурочены к стволам и стеблям. Распределение других тяжелых металлов сложнее. Более высокие концентрации цинка установлены в стеблях ильинии и стволе саксаула, но в эфедре концентрация этого металла выше в листьях. Максимальные концентрации меди обнаружены в листьях кустарников (эфедры и саксаула), но в ильинии большие значения относят к стеблям.

Интенсивность вовлечения химических элементов из почвы в биологический круговорот показана на рис. 13.2. Наибольшие значения К₆, рассчитанные для ежегодно нарастающей зеленой массы растений пустынь Заалтайской Гоби, обнаружены для цинка (до 20 — 40) и натрия (до 15); для стронция, хрома, меди, никеля и ванадия К₆ равен от 1 до 10; для железа и марганца К₅ < 1.

При сопоставлении значения К₅ продукции растительности всей суши (см. табл. 2.4) и изученных растений видно, что главные ценозообразователи экстрааридных пустынь Заалтайской Гоби (саксаул и ильиния) отличаются большей интенсивностью поглощения натрия и отчасти магния и стронция. Это обусловлено крайне засушливыми условиями, усиленной транспирационной деятельностью растений и высокой концентрацией солей в почвах. Обращает внимание, что величина kq некоторых тяжелых металлов превышает средние значения их К₅ для продукции растительности суши. Возможно, что это связано с присутствием в почвах экстрааридных ландшафтов легкомобилизуемых форм металлов, в первую очередь тех, содержание которых в почвообразующем субстрате гобийских пустынь превышает кларк гранитного слоя литосферы. К таким металлам относятся цинк, медь, хром и ванадий.

Рис. 13.2. Интенсивность биологического поглощения химических

элементов растениями-ценозообразователями экстрааридных

пустынь Гоби:

1 — саксаул, 2 — ильиния, 3 — эфедра Пржевальского, 4 — баглур

Палеогеографическая эволюция Южной Монголии на протяжении кайнозоя характеризовалась прогрессивно нарастающим иссушением. Этот процесс в Гоби, как и в других пустынях Центральной Азии, с одной стороны, как предполагал Н.И.Вавилов, подавлял видообразование, а с другой — способствовал сохранению видов и форм, хорошо приспособленных к аридным ланд-шафтно-геохимическим условиям. Поэтому наряду с общими чертами биогеохимии, свойственными растительности гобийских пустынь, отдельные растения обнаруживают специфические особенности. Например, в стеблях полукустарничков обнаружено наиболее высокое среди изученных растений содержание железа, а в их зеленых органах — натрия. При этом для баглура (Anabasis brevifolia) характерна высокая концентрация стронция. Последняя, возможно, является систематическим признаком, так как эффект избирательной аккумуляции стронция был ранее отмечен нами в пустыне Устюрт для биюргуна (Anabasis salsa).

Специфическими особенностями состава обладают кустарники. Как представители древнеаридной флоры, некоторые из них выработали механизмы, нейтрализующие высокое содержание солей в окружающей среде. Например, в эфедре Пржевальского, растущей в сайрах среди лишенных растительности каменистых пустынь, обнаружено неожиданно низкое содержание главного солеобразующего элемента — натрия и в то же время очень высокое — стронция. В парнолистнике и кориоптерисе отмечены максимальные среди пустынных растений концентрации цинка. Эти и другие факты, свидетельствующие о геохимической специализации флоры Заалтайской Гоби в связи с историей ее формирования и специфическими существующими условиями, нуждаются в дальнейшем пристальном изучении.

Весьма важное геохимическое значение в условиях экстрааридных пустынь приобретает выделение растениями водорастворимых солей при транспирации. Солевые выделения развеиваются ветром, оказывая существенное влияние на состав аэрозолей, или смываются атмосферными осадками, образуя особый поток химических элементов в их биогеохимических циклах.

В зеленых органах растений экстрааридных пустынь Заалтайской Гоби обнаружены следующие количества водорастворимых форм (мкг/г сухого вещества растений): натрия и калия — десятки тысяч в саксауле и тысячи в ильинии; кальция и магния — на один-два порядка меньше; железа — от нескольких единиц в ильинии до 100 и более в эфедре; марганца — от 3 до 19; стронция и цинка — 1 — 2; меди и никеля — десятые доли. Кобальт, хром и свинец отмечены во всех пробах в виде следов; ванадий не обнаружен.

Количества водорастворимых соединений натрия и калия имеют тот же порядок, что и их соединения, прочно связанные в тканях растений. В смывах с зеленых побегов саксаула натрия оказалось больше, чем в веществе растений после промывания, хотя в смывы переходит лишь небольшая часть магния. В отличие от саксаула зеленые побеги эфедры Пржевальского выделяют очень немного водорастворимых соединений натрия, но значительное количество магнезиальных солей. Это свидетельствует о различных механизмах, действующих по отношению к избыточному количеству разных химических элементов в этих кустарниках, наиболее приспособленных к условиям экстрааридных пустынь Заалтайской Гоби.

Содержание водорастворимых форм тяжелых металлов и стронция, которые уходят в смывы, в среднем составляет 5 — 10% от общего количества этих элементов. Прямой пропорциональности между содержанием водорастворимых и прочносвязанных форм элементов не обнаружено, но определенная связь между этими формами существует. Так, повышенная концентрация стронция в зеленых органах эфедры Пржевальского, железа и марганца в саксауле соответственно отражаются на количестве их растворимых форм.

Результаты анализов свидетельствуют, что с уменьшением степени засушливости состав водорастворимых соединений закономерно меняется. Прежде всего это отражается на уменьшении содержания натрия в водных смывах с растений в направлении от экстрааридных ландшафтов к периферии пустыни. В смывах с надземной части растений, типичных для степей (ковыле и полы-нях), концентрация натрия в сотни раз меньше, чем в смывах с зеленых органов растений крайне засушливых пустынь (саксаула, ильинии, баглуре). Можно предположить, что интенсивное выделение зелеными органами растений водорастворимых соединений служит процессом, нейтрализующим отрицательное влияние высокой концентрации в почвенных растворах экстрааридных пустынь не только солей, но и рассеянных металлов.

Полученные результаты позволяют в первом приближении оценить массы химических элементов, вовлекаемые в биологический круговорот в экстрааридных экогеосистемах пустыни Гоби. По данным Т.И.Казанцевой (1986), продукция надземной биомассы ильиниевого сообщества на гамаде равна 220 кг/км² сухого вещества, продукция саксаулово-ильиниевого сообщества, расположенного в мелких ложбинах — сайрах, расчленяющих гамаду, — 247 кг/км². Продукция сообщества ксерофитных кустарников — саксаула и эфедры Пржевальского, приуроченных к относительно крупным сайрам, — около 800 кг/км². Данные о захвате масс элементов в биологический круговорот приведены в табл. 13.5 (для сравнения приведены данные о менее аридном сообществе, расположенном на периферии пустыни и образованным баглуром и ковыльком).

Таблица 13.5