14.3. биогеохимия мангров

14.3. биогеохимия мангров

Мангровые заросли — характерный тип растительности побережий тропической суши. Располагаясь на участках затопления во время суточных или сизигийных приливов, мангровые заросли образуют своего рода переход от подводных морских экосистем к наземным растительным сообществам. Мангровая растительность в силу условий произрастания индифферентна к колебаниям количества атмосферных осадков, но очень чувствительна к низким температурам. Несмотря на то, что мангры являются характерной растительностью тропического пояса, они распространяются в соответствии с местными температурными условиями до 32 ° с. ш. (Бермудские острова) и 44° ю.ш. (остров Чатам).

Мангровые заросли располагаются либо на карбонатных песках, алевролитовых и глинистых илах в лагунах и мелководных заливах, либо на поверхности плотных кавернозных рифовых известняков. Реже отдельные деревья и их небольшие группы растут на кварцевых песках у берегов, сложенных выветренными кристаллическими породами. Среди мангровой растительности выделяются красные мангры, состоящие из разных видов Rhizophora, черные мангры из Avicenia и белые мангры, в составе которых обычно преобладают Laguncularia. На атоллах Индийского океана к указанным деревьям добавляются кустарники пемфиса, приуроченные к выступам плотных рифовых известняков на границе приливной полосы. Особый интерес представляет состав мангровой растительности, произрастающей на коралловых известняках и песках.

Мангры — один из наиболее продуктивных фитоценозов. Их биомасса превышает 1000 ц/га сухого растительного вещества. Годовая продукция мангровых лесов Пуэрто-Рико — от 100 до 300 ц/га сухого растительного вещества, включая листовой спад — 80-150 ц/га.

По сравнению с составом листьев деревьев, образующих тропические леса, в листьях мангровых деревьев намного больше магния, сульфатной серы, хлора, алюминия и значительно меньше калия и кремния, являющихся главными зольными элементами спада тропического леса.

Несмотря на значительную вариацию концентрации рассеянных элементов в вегетативных органах деревьев даже одного вида, существуют определенные особенности, свойственные мангровой растительности в целом. Общая биогеохимическая особенность мангров — пониженное содержание тяжелых металлов и повышенное — талассофильных элементов, в частности стронция.

Мангровая растительность чутко отражает изменение содержания металлов в окружающей среде. Из данных табл. 14.7 видно, что в листьях и тонких ветвях мангровых деревьев, растущих в приливно-отливнои зоне островов, сложенных магматическими породами, железа более 300 мкг/г, марганца более 50 мкг/г золы, в то время как в аналогичных видах, произрастающих в лагунах коралловых островов, содержание железа не достигает 200 мкг/г, а марганца — 40 мкг/г золы. Для стронция распределение концентраций противоположное: в листьях мангровых деревьев на коралловых островах содержание этого элемента более 1000 мкг/г золы, а в условиях магматических островов — меньше этого значения.

Таблица 14.7

Концентрация тяжелых металлов и стронция в мангровой

растительности островов Индийского океана, мкг/г золы

(по В.В.Добровольскому, 1990)

Полученные данные о зольности вегетативных органов мангровых растений и концентрации в них тяжелых металлов позволяют в первом приближении оценить значения масс тяжелых металлов, захватываемых мангровыми фитоценозами на протяжении года. Наименьшая зольность свойственна ризофорам как «авангарду» мангровых сообществ — 10— 12 \%. Учитывая более высокие значения зольности других мангровых деревьев и кустарников, можно считать, что среднее значение зольности вегетативных органов мангровой растительности составляет 10 — 20\% от массы сухого растительного вещества.

Сумма зольных элементов, вовлекаемых в биологический круговорот в манграх, определенная на основании данных ученых США Д.Пула, А.Луго и С.Снедакера (1975) и результатов наших исследований, составляет от 8 до 30 ц/га в год, в среднем около 19 ц/га или 190 т/км2 в год. Результаты расчетов массы элементов, захватываемые на протяжении года в биологический круговорот, приведены в табл. 14.8. Средние значения концентрации элементов в золе рассчитаны для мангров, растущих на коралловых рифах и вследствие этого содержащих минимально возможные количества тяжелых металлов.

Мангры с единицы площади захватывают весьма большую массу зольных элементов, соизмеримую с массой, захватываемой тропическим лесом. Но соотношение масс элементов в продукции тропического леса и мангровых зарослей сильно различается. Мангры, растущие на коралловых рифах, захватывают значительно меньше железа и марганца. Массы других тяжелых металлов различаются не так сильно.

Особое место занимает стронций, масса которого в годовой продукции мангров в несколько раз больше, чем в продукции влажного тропического леса.

Таблица 14.8

Массы тяжелых металлов и стронция, вовлекаемые в биологический круговорот в мангровых зарослях

Поглощаемые деревьями металлы аккумулируются преимущественно в листьях и удаляются по мере их отмирания. Процессы преобразования продуктов растительного опада и почвообразования в мангровых ландшафтах весьма специфичны. Часто деревья растут непосредственно на плотных рифовых известняках, поверхность которых лишена рыхлых образований. В тех случаях, когда имеются карбонатные или карбонатно-глинистые илы, формируются почвы с очень слабо дифференцированным профилем. В нем обычно выделяется только один гумусовый горизонт мощностью от нескольких до 10 см. В микробиологических процессах, протекающих в мангровых почвах, важную роль играют сульфат -редуцирующие бактерии. В условиях неглубокого расположения уровня морской воды (10—15 см) и отсутствия ежесуточных приливов на поверхности почвы образуется маломощный торфянистый горизонт. Примером может служить низменная прибрежная равнина обширного мелководного залива Батабано в юго-западной части Кубы.

Весьма своеобразен состав органического вещества мангровых почв. Содержание гумуса редко превышает 1 \% от сухой почвенной массы и лишь в торфянистом горизонте составляет 5 \% и более. Большая часть органического вещества мангровых почв представлена устойчивым к разрушению мелким растительным детритом. Количество детрита возрастает с уменьшением размера гранулометрических фракций и в карбонатных мангровых почвах среди частиц < 0,01 мм он составляет больше 95 \%. Активные соединения гумуса, извлекаемые экстракцией 0,1 н. раствора NaOH, составляют 10 — 20 \% от общего количества органического вещества. В то же время независимо от общего содержания органического вещества в верхнем горизонте почвы легкорастворимые фульватные соединения преобладают над гуматными. Отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот наиболее низкое в почвах, образованных на глинистых илах.

Фульвокислоты быстро нейтрализуются карбонатами, о чем свидетельствует увеличение значения рН водной экстракции от 7,2 — 7,7 в гумусовом горизонте до 8 и более на глубине 10 — 20 см. Носитель основной массы металлов, находящихся в карбонатных мангровых почвах, — дисперсный органический детрит. Часть металлов, освобождаясь при разложении детрита, связывается с водорастворимыми фульвокислотами и выносится из гумусового горизонта до глубины 15 — 20 см. Дальнейшее вымывание затрудняется нейтрализацией фульвокислот и образованием нерастворимых в воде фульватов кальция.

Завершая обзор биогеохимии мангров, следует отметить, что они играют роль биогеохимических фильтров, регулирующих сток химических элементов с побережий в океан. Этим обусловлены главные биогеохимические особенности мангров — их высокая продуктивность и вовлечение в биологический круговорот значительных масс тяжелых металлов и стронция. Величина концентраций железа и стронция в вегетативных органах мангровых деревьев служит индикатором карбонатного или силикатного состава пород, слагающих острова и побережья.

Рекомендуемая литература

Вальтер Г. Растительность Земного шара. — М.: Прогресс, 1968.

Добровольский В. В. Геохимические особенности экваториальных ландшафтов Африки // Геохимия ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1975. — С. 110-132.

Контрольные вопросы

1. Дайте оценку распределения живого вещества на территории тропического пояса в связи с разной степенью атмосферного увлажнения.

2. Каковы главные черты структуры биомассы и годовой продукции | в тропических лесах?

3. В чем заключается главная биогеохимическая особенность циклического массообмена тропического леса?

4. Сопоставьте роль бореальных и тропических лесов в глобальном круговороте масс углерода и кислорода.

5. Каковы отличительные особенности тропических почв, содержащих длительную историю развития педосферы тропической суши?

6. Какие миграционные формы металлов преобладают в речном стоке тропического пояса?

7. В чем заключается биогеохимическая специфика мангров?

Тема для самостоятельной работы

По данным, имеющимся в разд. 14.1 и 12.1, сопоставьте массы углерода и двух металлов (по выбору), участвующих в годовом биологическом круговороте тропического и бореального лесов.