У межах ландшафтознавства дослідженням міграції, розсіювання та акумуляції речовин займається геохімія ландшафту. Основи цієї науки започаткували В. І. Вернадський та О. Є. Ферсман69, теоретичні положення сформулював у 20—30-ті роки Б. Б. Полинов, а в повоєнний час розвинули О. І. Перельман70, М. А. Глазовська71 та їх численні учні. В екології розвиток подібного наукового напряму пов’язаний з іменами Дж. Хатчинсона та Ж. Фортескью. Починаючи з 70-х років ХХ ст. в екології інтенсивно розвиваються дослідження потоків речовин в екосисте-мах. Особливого значення надається аналізу круговоро-тів поживних елементів рослин, визначення токсичних концентрацій різних елементів у живих організмах. Аналогічні питання щодо ґрунтів почали розробляти ґрунто-знавці та агрохіміки стосовно поверхневих вод – гідрохіміки та гідробіологи. Загальна схема. Хімічні елементи, що становлять географічну оболонку, по-різному проявляють себе в гео-системах. Це стосується як їх мас у геосистемі, так і особли-востей поведінки – міграції між елементами вертикальної структури, здатності включатися в круговороти, поглина-тися рослинами тощо. Кожний елемент в екосистемі має власну частину. Проте виділяються деякі загальні законо-мірності потоків різних речовин у геосистемах, тому й іс-нують загальні підходи до їх дослідження. Загальну схему потоків мінеральних речовин у гео-системі наведено на рис. А.12 (додаток А). Як видно, основні вхідні потоки речовин до геосистеми надходять з атмосфер-ними опадами R та пилом D за рахунок вивітрювання пер-винних мінералів гірських порід W, розчинення солей осадо-вих порід S, у результаті господарської діяльності А. З атмосферними опадами на поверхню Землі щорі-чно потрапляє 1800 млн т, або 12 т/км2, розчинних речовин, а на територію України – 7,3 млн т, або 12,1 т/км2. Найбільше цим шляхом надходить сірки (до 2,6 т/км2 у південних райо-нах України), трохи менше – кальцію та азоту (табл. Б.4, до-даток Б). За рахунок осаду з атмосфери пилу до геосистем щорічно надходить до 10 т/км2 речовин, а в промислових ре-гіонах – в десятки разів більше. Утворення легкорозчинних солей при вивітрюванні первинних мінералів – процес, що відбувається в усіх геосис-темах, але дуже повільно. Надходження ж до геосистем солей внаслідок розчинення солей осадових порід може бути знач-ним у регіонах, де породи галогенної формації залягають близько до поверхні. В Україні такими регіонами є Прикар-паття та Закарпаття, Дніпровсько-Донецька западина, Донбас та інші, де значно поширені соляні відклади (купольні структури, штоки тощо). Мінеральні речовини, що надійшли до геосистем, мо-жуть знаходитись у вигляді її резервного фонду або здійснювати круговорот у її вертикальному профілі. Резерв-ний фонд становлять речовини, що знаходяться у нерухомих формах, а також легкодоступні речовини, накопичені в гео-системі в надмірних кількостях, через що вся їх маса не може бути охоплена круговоротом. Речовини резервного фонду частково поповнюються за рахунок мігруючих речовин і та-кож можуть включатися в міграційні процеси. Ці процеси зу-мовлені двома основними факторами: потоком води та її вла-стивостями як хімічної речовини (гідрогенезом); синтезом та розчиненням органічної речовини (біогенезом). Роль води як фактора міграції речовин полягає не тільки в її мобільності в геосистемі. У її водному середовищі відбувається переважна більшість хімічних реакцій. Потік води у вертикальному профілі геосистеми супроводжується процесами розчинення, вилужування, іонного обміну, ад-сорбції, в результаті чого хімічні елементи та сполуки пев-них геомас переходять до водного розчину і далі пе-реміщаються з ним. Внаслідок випаровування вологи, кри-сталізації, сорбції та інших гідрогенних процесів з водного розчину випадають мінеральні речовини, акумулюючись у певних геомасах або геогоризонтах. Нарешті, практично тільки з водним розчином мінеральні речовини з ґрунту мо-жуть потрапити до рослин і далі взяти участь у біогенній міграції по трофічній сітці геосистеми. Фізико-хімічні, термодинамічні та інші умови гео-горизонту, крізь який проходить потік водного розчину, ви-значають ступінь рухомості кожного з хімічних елементів та їх сполук. Практично в усіх гсосистемах у вертикальній структурі виділяються суміжні геогоризонти, які значно від-різняються один від одного за цими умовами. Тут різко змі-нюються умови міграції різних речовин – одні з них випа-дають з розчину і концентруються, інші мігрують менш інтенсивно і накопичуються частково, треті не реагують на зміну умов міграції. В геохімії ландшафту місця, де різка зміна умов міграції призводить до накопичення елементів, називаються ландшафтно-геохімічними бар’єрами (термін ввів О. І. Перельман). Залежно від параметрів, значення яких різко змінюються на бар’єрі, виділяють їх різні ти-пи. При цьому на кожному з типів бар’єрів накопичується характерна асоціація хімічних елементів (табл. Б.5, додаток Б). У різних геосистемах кількість та склад ландшафтно-геохімічних бар’єрів неоднакові. Так, у лісових геосистемах України переважають кислі та глейові бар’єри, степових – лужні, випаровувальні та ін. З ландшафтно-екологічної точки зору, крім типу бар’єру, важливо враховувати і його місцеположення у вертикальній структурі геосистеми. Так, бар’єри, розмі-щені в ґрунті нижче його кореневмісного шару, в екологі-чному плані можуть відігравати позитивну роль – токсичні елементи, що тут накопичуються, рослинами споживатися не можуть, і водночас цей бар’єр перешкоджає досягненню то-ксичними елементами ґрунтових вод, лімітуючи їх забруд-нення. Такий бар’єр виконує функцію консерватора («кладовища») забруднень у геосистемі. Натомість бар’єри, розташовані у межах кореневмісного шару ґрунту, можуть бути вкрай небезпечними для рослин. Напрямок гідрогенних потоків речовин у геосистемі відповідає напрямку потоку вологи. При переважанні низхідних потоків води речовини можуть виноситися за межі ґрунту і досягати рівня ґрунтових вод. Внаслідок цього роз-солюються ґрунти, підвищується мінералізація ґрунтових вод, а при інтенсивних потоках вологи в піщаних ґрунтах зростає дефіцит поживних речовин. Проте частіше хімічні елементи накопичуються на бар’єрах у педогеогоризонтах та в зоні аерації. При висхідних потоках води внаслідок фізичного випаровування ґрунтових вод вміст солей у ґрунті та підґрунті зростає, що призводить до засолення геосистем. Важливим фактором міграції речовин у геосистемі є життєдіяльність рослин. Встановлено, що практично всі хімічні елементи, що містяться в географічній оболонці, не-обхідні рослинам і споживаються ними. З них незамінні лише деякі: N, P, K, S, Ca, Mg (макроелементи – споживаються у великих кількостях) та Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, В та СІ (мікроелементи – споживаються у менших кількостях). З атмосфери надземні органи рослин засвоюють мінеральні речовини в дуже незначних кількостях, а основна їх маса поглинається з ґрунту. Корінь здобуває мінеральні речовини шляхом: поглинання іонів з ґрунтового розчину; обмінного поглинання сорбованих іонів (віддає іони Н+ та НСО3–, а замість них отримує іони поживних солей); розчи-нення зв’язаних запасів мінеральних речовин (виділяючи ор-ганічні кислоти, корінь вивільняє з хімічно зв’язаного стану елементи, зокрема важкі метали, і потім легко поглинає їх). Потрапивши до кореня, іони переносяться до інших органів рослин. Це перенесення потребує витрат енергії, джерелом якої є дихання рослин, тому інтенсивність поглинання ними мінеральних речовин визначається едафічними факторами дихання (оптимальним температурним режимом, освітленістю, співвідношенням між вологістю та аерацією ґрунту тощо). Фітоценозом протягом року поглинається значна маса мінеральних речовин (табл. Б.6, додаток Б). З неї частина F залишається в річному прирості фітомаси (для широколистих лісів ця величина становить 70-120 кг/га), частина Fz разом з фітомасою, що поїдається первинними консументами, пере-ходить до наступного трофічного рівня і далі мігрує по трофічній сітці аналогічно потокам енергії (див. розд. 9.1). Частина мінеральних елементів з фітоценозу надходить до атмосфери внаслідок транспірації Т з хімічними виділеннями рослин (фітонцидами) Ph та з пилком К. З досліджень, прове-дених біля Валдайського озера, відомо, що ліс південної тай-ги за рік перекачує в атмосферу близько 8 т/км2 речовин, при цьому з пилком – 04,7 т/км2. Більша частина мінеральних речовин, накопичена фітоценозом протягом року, повертається до ґрунту з річним опадом Z. Ця кількість може становити 80-90 % річної маси накопичених рослинами речовин. Завдяки цьому рослинність виконує в геосистемі важливу роль у замиканні потоків мінеральних речовин (їх організації у круговорот). Це дає змогу геосистемі неодноразово протягом року використову-вати мінеральні речовини в продуційному процесі та утриму-вати їх від вимивання в корененедосяжні педогеогоризонти.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Міграція та обмін мінеральних речовин» з дисципліни «Ландшафтна екологія»
