Четверг, 08.12.2016, 03:04
Высшее образование
Приветствую Вас Гость | RSS
Поиск по сайту


Главная » Статьи » Естественные науки

ХИМИЧЕСКИИ СОСТАВ ДОМИНАНТНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИИ ЗОНЫ ЗАТОПЛЕНИЯ УСТЬ-СРЕДНЕКАНСКОЙ ГЭС

А.А.Пугачёв, Е.А.Тихменев, Вестник СВГУ. - 2013. - Вып. 20. - С. 66

ХИМИЧЕСКИИ СОСТАВ ДОМИНАНТНЫХ ВИДОВ РАСТЕНИИ ЗОНЫ ЗАТОПЛЕНИЯ УСТЬ-СРЕДНЕКАНСКОЙ ГЭС

Излагаются результаты исследований химического состава доминантных видов растений в бассейне верховий р. Колыма. Приводятся данные по содержанию зольных элементов и азота растений горных тундр, кедрово-стланиковых сообществ, лиственничных лесов и редколесий, болотных комплексов.

Ключевые слова: растительные сообщества, химический состав, прогноз, водохранилище. 

 

В настоящее время сведения по химическому составу северных растений малочисленны [1-4; 6]. Исследователями отмечается несколько меньшее абсолютное накопление зольных элементов у аналогичных растений высоких широт [7]. Для ряда растений установлена тенденция к более активной аккумуляции магния и марганца, что, возможно, обусловлено недостатком этих элементов в почве. Целью данных исследований было изучение химического состава типичных видов растительных сообществ в условиях континентального климата верхнего течения р. Колыма.

Объекты и методика исследований
В соответствии с почвенно-географичес- ким районированием Крайнего Северо-Востока территория водохранилища характеризуется восточно-сибирским типом вертикальной поясности криоземов глеевых, подбуров и примитивных щебнистых почв. Основной фон ее рельефа создают средне- и низко- горья, имеющие сглаженные очертания, разделенные лавовыми плато или впадинами. Растительный покров территории относится к горно-долинному Верхнеколымскому округу Колымско-Верхоянской континентальной провинции лиственничных редколесий Восточно-Сибирской подобласти светло- хвойных лесов [5]. Согласно флористическому районированию Северо-Восточной Азии [8] район исследований расположен в Верхнеколымской континентальной подпровинции Северо-Охотской провинции Бореальной флористической области. Здесь основу рельефа составляют среднегорья с отметками 400-700 м н. у. м. с достаточно четко выраженной высотной поясностью.
Климат континентальный, субарктический. Для него характерны большие различия климатических показателей и типов погоды, обусловленные рельефом и высотной поясностью. Лето в долинах и межгорных котловинах сравнительно теплое: средняя температура июля достигает 15-16 °С, сумма положительных температур превышает 1200-1500 °С.

Определение азот проводилось по Кьельдалю (Аринушкина, 1970), зольный состав растений определялся методом количественного спектрального анализа рентгенофлуоресцентным методом.

Результаты исследований и их обсуждение
Экосистемы горных тундр. При общем низком содержании зольных элементов кустарнички горных тундр (см. табл. 1) могут быть разделены на 3 основные группы: с суммой зольных веществ более 2 %, 1-2 % и менее 1 %. Первую группу образуют диапенсия обратнояйцевидная и дриада точечная; вторую - толокнянка альпийская и кассиопея вересковая; третью - рододендрон мелколистный и луазелеурия лежачая. В составе кустарничков первой группы (в порядке убывания) доминируют: азот, кремний, кальций, калий и алюминий; второй - азот, кальций, магний , калий и кремний ; третьей - азот, кальций, калий, кремний и магний. Лишайникам свойственно наиболее низкое содержание зольных элементов и азота, Их также можно условно разделить на 3 группы: с суммой зольных элементов более 1 % (пельтигера пузырчатая), 0,5-1,0 % (корникулярия расходящаяся и цетрария кукушечья), менее 0,5 % (алектория черноватая). В составе первой и второй групп доминируют азот, кремний, сера и калий; третьей - азот, кальций, калий, магний и кремний.

Различия в геохимической подвижности химических элементов, мобилизующихся при выветривании почвенных минералов, в условиях Al-Fe-гумусового почвообразования четко прослеживается при анализе состава золы мелких корней, большая часть которых мертва и пропитывается различными элементами в процессе их перемещения в почвенном профиле. Калий, кальций, магний, марганец и сера интенсивно вовлекаются в биологический круговорот, вследствие чего их роль в процессе внутрипрофильной миграции весьма невелика. Геохимическая подвижность Al и Fe очень мала, с чем связано их относительное накопление в мертвых растительных остатках и способность осаждаться в верхних минеральных горизонтах.
Экосистемы кедрового стланика. Данные химического состава кедрового стланика свидетельствуют о том, что с ухудшением экологических условий в хвое и побегах заметно снижается содержание азота, кальция, алюминия, железа и одновременно повышается аккумуляция калия и фосфора (см. табл. 2). С увеличением возраста хвои в ней уменьшается аккумуляция N, Ca, K, P и Mn, что обусловлено не только процессами реутилизации, но и выщелачиванием химических элементов атмосферными осадками. Отмечается незначительное участие фосфора как в составе фитомассы, так и ее прироста, что вызвано содержанием в почвах значительных количеств несиликатных форм железа и алюминия, связывающих фосфорную кислоту. В свою очередь, аккумуляция в кедровом стланике Si превышает таковую Р. Данное явление характеризует нетребовательность Pinus pumila к субстрату и его способность интенсивно выветривать горные породы.

В опадающей хвое стланика заметно снижается содержание азота и зольных элементов, главным образом, калия. Заметна также тенденция к увеличению в опаде кремния, кальция и алюминия. При отмирании хвои в ландшафтах верхних частей склона в ней увеличивается содержание Mg и Mn, а в кедровниках нижних частей - наоборот, уменьшается. В подземной фитомассе кедрового стланика наиболее обеднены зольными элементами и азотом крупные корни, наиболее богаты - тонкие. Все фракции корней толще 0,7 см в диаметре и близки по характеру аккумуляции элементов. В корнях тоньше 0,7 см резко повышается накопление азота, калия, магния, серы и железа. Корневые остатки обогащаются полуторными окислами и кремнекислотой вследствие пропитывания их минерализованными почвенными растворами и образованием органо- минеральных комплексов перегнойных кислот с подвижными R2O3.

Таблица 1
Содержание азота и зольных элементов в доминантных видах растений экосистем горных тундр (в % от сухого веса)

Примечание. « - » - не определялось.

Таблица 2

Содержание азота и зольных элементов в составе доминантных видов растений экосистем кедрового стланика (% к сухому веществу)

Примечание. « - » - не определялось.

Данные зольного состава кустарничков показывают, что общая их зольность, как правило, очень низка. Содержание чистой золы в их листьях составляет 2,22 (3,09 %), в стеблях эта величина варьирует от 1,05 до 2,74 %. Для мхов свойственно активное накопление кальция, калия и кремния, наряду с ними заметно аккумулируются магний и сера. Лишайники характеризуются самым низким содержанием золы и азота, в частности в кладонии альпийской - 0,22 %. В их составе содержание Ca равно или опережает накопление N; в лишайниках иных родов концентрация азота существенно опережает таковую других химических элементов, среди которых доминируют Ca, K и Si.

Под действием процессов минерализации и гумификации химический состав мертвых растительных остатков претерпевает значительные изменения. Анализ рядов выноса-накопления указывает на то, что в опа- де растительной массы прошлых лет по сравнению с ежегодным 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. 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 трудноотделимых механических примесей и пропитыванием опада минерали-зованными почвенными растворами.

Таблица 3
Содержание азота и зольных элементов в составе лиственницы Каяндера (% к сухому веществу)


Примечание. Н. - не определялось; * - диаметр; ** - с учетом содержания марганца и натрия - сл. - следы.

Экосистемы лиственничных лесов и редколесий. Отдельные органы лиственницы Каяндера характеризуются весьма невысокой общей зольностью (табл. 3): от 0,47 до 2,20 %. Наиболее обогащены элементами питания хвоя ауксибластов и молодые шишечки - 4,07 и 2,47 %, в том числе 2,20 и 1,08 % азота, соответственно. В составе зольных элементов прироста хвои ведущее положение занимают кальций, калий и кремний, составляющие 64 % от суммы элементов; затем следуют магний, фосфор, марганец и т. д. Хвоя старых ветвей значительно беднее в этом отношении. В ее составе преобладает калий, а содержание кальция в 3 раза меньше, чем в хвое ауксибластов.

В молодых шишках содержание калия, кальция и кремния составляет 76 % от суммы зольных элементов. С увеличением возраста в шишках наблюдается уменьшение общего содержания зольных элементов за счет кальция, калия, серы, магния и фосфора. На втором месте после хвои и шишек по величине накопления химических элементов стоят ветви - 1,92 % (зольных веществ - 1,18 %, азота - 0,74 %); в зольном остатке преобладает кальций, затем следуют калий, магний и сера. Тонкие ветви богаче крупных ветвей магнием и значительно беднее калием, фосфором, алюминием и марганцем. При отмирании ветвей отток веществ в живые органы и выщелачивание атмосферными осадками приводят к снижению содержания калия, магния, серы и фосфора. Стволовая древесина характеризуется очень низким содержанием химических элементов: 0,92 % (в основном кальций, сера, калий), в том числе 0,27 % азота. В подземной фитомассе лиственницы наиболее обогащены зольными элементами тонкие корни, в составе которых доминируют калий, кальций и сера.

Основными химическими элементами, накапливающимися в фитомассе подлеска и напочвенного покрова рассматриваемых экосистем, являются азот, кальций и калий. Значительно менее активно аккумулируются остальные зольные элементы. В порядке убывания они располагаются в следующий ряд: железо, кремний, сера, магний, алюминий, фосфор, марганец и натрий.

О выносе элементов из опада при разложении можно судить, сопоставляя его химический состав с составом органогенных горизонтов почв. Так, деструкция мертвых органических остатков в бруснично-лишайниковом редколесье, сопровождаясь заметным накоплением кремния, алюминия и железа, характеризуется потерями не только калия и фосфора, но также кальция, магния и серы, интенсивно вовлекаемых в новые циклы биологического круговорота веществ.

Экосистемы болот. Основные группы растений-торфообразователей (кустарнички, осоковые травы и сфагновые мхи) существенно различаются между собой по накоплению зольных элементов и азота, а также по избирательной способности по отношению к отдельным элементам питания (табл. 4). Доминирующими из них являются азот, кремний, кальций, калий и магний. Наиболее богаты кремнеземом листья осоки, пушицы и сфагновые мхи. Последнее неблагоприятно сказывается на жизнедеятельности микрофлоры, что, в конечном итоге, является одним из факторов накопления значительных количеств отмершей растительной массы.

Таблица 4

Содержание азота и зольных элементов в доминантных видах растений болотных экосистем (в % к сухому веществу)

Таким образом, получены новые данные по химическому составу доминантных видов растений зоны затопления Усть-Среднеканской ГЭС и прилегающих к ней ландшафтов. С учетом изученных запасов биомассы растительных сообществ полученные данные могут послужить основой для прогноза возможного изменения химического состава воды водохранилища в процессе его эксплуатации.

 

Библиографический список

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв / Е.В. Аринушкина. - М. : Изд-во МГУ, 1970. - 490 с.
2. Богатырев Л.Г. Биологический круговорот зольных элементов и азота в кустарничково-осоково-моховой тундре // Почвы и растительность мерзлотных районов СССР. - Магадан, 1973. - С. 351-356.
3. Игнатенко И.В. Почвенно-географическое районирование Крайнего Северо-Востока СССР / И.В. Игнатенко и [др.] // Почвы островов и приокеанических регионов Тихого океана : материалы 14 Тихоокеан. науч. конгресса. - Владивосток : ДВНЦ АН СССР, 1982. - С. 44-96.
4. Игнатенко И.В. Круговорот зольных элементов и азота в некоторых биогеоценозах Восточно-Европейской лесотундры. Почвы и растительность мерзлотных районов СССР / И.В. Игнатенко, Б.Н. Норин, А.Т. Рахманина. - Магадан : Магадан. кн. изд-во, 1973. - С. 333-350.
5. Колесников Б.П. Растительность / Б.П. Колесников // Дальний Восток (физико-географическая характеристика). - М., 1961. - С. 183-245.
6. Манаков К.Н. Элементы биологического круговорота на Полярном Севере / К.Н. Манаков . - Л. : Наука, 1970. - 160 с.
7. Родин Л.Е. Динамика органического вещества и биологический круговорот зольных элементов и азота в основных типах растительности земного шара / Л.Е. Родин, Н.И. Базилевич. - М.-Л, 1965. - 254 с.
8. Юрцев Б.А. Проблемы ботанической географии Северо-Восточной Азии / Б.А. Юрцев. - Л. : Наука, 1974. - 159 с.

Вестник Северо-Восточного государственного университета
Магадан 2013. Выпуск 20

Категория: Естественные науки | Добавил: x5443 (08.09.2016)
Просмотров: 44 | Теги: УСТЬ-СРЕДНЕКАНСКАЯ ГЭС | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
...




Copyright MyCorp © 2016