Биогеохимия тундры

Площадь – 3,756 млн км². Тундровые ландшафты занимают крайнюю северную полосу материковой суши, контактирующую с морями Арктического бассейна. Климатические условия тундровой зоны дают возможность для большей активности биогеохимических процессов по сравнению с Арктикой. Тем не менее, присущи те же черты: ограниченность биологического круговорота химических элементов во времени и пространстве и низкая скорость биологических процессов. Тундровая растительность состоит из мхов, лишайников, травянистых растений, кустарников и кустарничков. В северных вариантах преобладают мхи и лишайники, на крайнем юге – кустарники. Типичная тундровая растительность имеет мохово-кустарничково-травянистый состав.

Зональные почвы – тундровые глеевые, глеево-подзолистые и подзолистые иллювиально-гумусовые. Почвенная микрофлора разнообразна; численность микроорганизмов выше, чем в арктических почвах. Количество бактерий колеблется от 500 до 3,5 млн экземпляров в 1 г почвы. Содержание зольных элементов и азота в биомассе тундровой растительности примерно равно. Среди зольных элементов наибольшие концентрации свойственны Ca, K, Mg, P и Si. Концентрации других элементов редко превышают 0,1%.

В условиях хорошего дренажа, существующего обычно на пологих элементах рельефа и склонах, формируются кислые бурые тундровые почвы. Для них характерна аккумуляция слаборазложенных растительных остатков и образование обособленного торфянистого горизонта. Ниже этого горизонта профиль почв мало дифференцирован. В маломощном и плохо выраженном гумусовом горизонте, расположенном под торфяным, содержание гумуса 1 – 2,5%. Кислые почвенные растворы способствуют водной миграции металлов преимущественно в виде комплексных органических соединений.

На территории низменных равнин с затрудненным дренажом в нижней части почвенного профиля устойчиво существуют условия дефицита кислорода. Это способствует формированию тундровых глеевых почв с глеевым горизонтом серого цвета, который начинается сразу под торфяно-гумусовым и продолжается до поверхности вечной мерзлоты.

Биомасса растительности тундровых экогеосистем возрастает по мере перехода от лишайниково-моховой тундры к кустарничковой от 4-7 до 28-29 т/га сухого вещества. В переходной подзоне лесотундры биомасса превышает 100 т/га. Масса органического вещества, находящегося на поверхности почвы и состоящего из оторфованных растительных остатков, достигает 80-90 т/га. Характерная черта структуры тундровой растительности – сильное преобладание массы подземных органов растений (70-80%) над массой надземных частей.

Растительность мохово-кустарничковой тундры захватывает в биологический круговорот ежегодно около 4,7 т/км² элементов, исключая азот.

Биологический круговорот элементов в лесных сообществах

Лесные ландшафты холодного и умеренного климата образуют обширный пояс в северной части материков Северного полушария. Суммарная площадь ландшафтов этого пояса составляет 16,8 млн км² или 11,2% всей территории Мировой суши.

В растительности бореальных и суббореальных лесов сосредоточена значительная часть живого вещества планеты – около 700 × 10⁶ т сухой массы. Биомасса, приходящаяся на единицу площади разных типов лесов, колеблется от 10 до 30 тыс. т/км², достигая 40 тыс. т/км² в восточноевропейских дубравах. Масса ежегодной продукции в хвойных северотаежных лесах составляет около 450 т/км² в год, в хвойных и смешанных лесах южной тайги – 800 т/км², в широколиственных суббореальных лесах – до 900 т/км².

Общая биогеохимическая особенность рассматриваемых лесных экогеосистем – продолжительное задерживание поглощенных химических элементов в живом веществе. По этой причине общая биомасса на единице площади лесного фитоценоза от 20 до 50 раз больше массы прироста. Замедленность движения масс элементов в системе биологического круговорота в лесных экогеосистемах усиливается тем, что основная часть биомассы (около 80%) находится над почвой, и отмирающие части растений опадают на ее поверхность и образуют обильную лесную подстилку. Кроме значительного количества элементов в живой массе растительности имеется их большой запас в органическом веществе лесных подстилок. Замедленность цикла массообмена в процессе фотосинтеза – деструкции органического вещества определяет торможение миграции масс элементов в системе почва – растительность. Заторможенность биологического круговорота элементов усиливается по мере усиления бореальности окружающей среды.

Неотъемлемой частью зоны лесов являются болота. В некоторых регионах (Западно-Сибирская низменность) ландшафты болот и заболоченных низменностей составляют более 1/3 всей площади. В ландшафтах болот существует совершенно особая биогеохимическая ситуация. Им еще в большей степени свойственна замедленность биологического круговорота.

В еловых лесах северной тайги ежегодно в биологический круговорот захватывается 7,6 т/км², а в южнее расположенных более продуктивных еловых и мелколиственных лесах – 17 т/км² зольных элементов. Масса зольных элементов, захватываемая в БИК в наиболее продуктивных фитоценозах широколиственных суббореальных лесов – дубравах, равна 31,5 т/км². Особенностью лесной растительности является повышенное накопление Mn.