Степові ландшафти - це трав'янисті, позбавлені дерев рівнинні ландшафти з відносно зімкнутим ксерофітних травостоем. Ці ландшафти поширені в східній частині Європи і в Азії, протягуючись широкою смугою від р.Дунай до Китаю, великі простори займають вони в Північній Америці (тут вони називаються преріями). Невеликі ділянки степів зустрічаються в Південній Америці (Аргентина і Уругвай), де вони називаються пампасами. Причому степ завжди займає проміжне положення між летнезеленим лісами і пустелями. Степу менш ксерофітна, ніж пустелі і більш ксерофітні, ніж лісу.
Райони поширення степів характеризуються помірним кліматом з порівняно невеликою кількістю літніх опадів.
Середні літні температури складають 20-250С, зимові в залежності від ступеня континентальності становлять від -4 -100С до -24-300С. Річна кількість опадів змінюється від 500 - 600 мм до 300-350 мм. Коефіцієнт зволоження становить 0,7-0,4. Найбільша кількість опадів випадає влітку, у вигляді зливових опадів, які стікають в зниження, що не просочуючись у грунт. Зими малосніжні, так само не створюють великих запасів вологи в грунтах.
Степу, як і савани, характеризуються ксерофільних рослинного покриву. Домінантні рослини степів мають тьмяно-зелений або сіро-зелений відтінок вегетативних органів, що пов'язано з наявністю пристосувань до перенесення дефіциту і високих температур: опушення, дрібні розміри або изрезанность листових пластинок, восковий наліт. Трав'янистий покрив степів в загальному є досить густим, але в більш сухих степах він починає зріджуються. Фізіономічно степу різних країн схожі, але по флорі розрізняються, хоча і є загальні пологи. Для всіх степів характерні погодичние флуктуації рослинного покриву: в сухі роки краще розвиваються ксерофільні види, у вологі - менш посухостійкі.
Домінантами справжніх степів є дереново злаки (перисті ковила, типчак, тонконіг, тонконіг). Друга за значимістю синузії - різнотрав'я, що включає різноманітні життєві форми. До складу степового різнотрав'я входять стержнекорневие рослини (гвоздика, волошки), кореневищні (вероніка, підмаренник), корнеотприсковие (полин).
3) різнотрав'я, що займає проміжне положення. Є відмінності в розподілі елементів по органах рослин: кальцій, кремній, залізо і алюміній переважно накопичуються в коренях, натрій і калій - в надземних органах.
Інтенсивність біологічного поглинання для степів (Ах) наступна:
n * 100 n * 10 n n-0, n 0, n-0,0n
Cl S, P K Ca, Mg, Na, Mn Si, Al, Fe
Біомаса в степах на порядок нижче, ніж в лісових ландшафтах - від 100 до 350 ц / га, більша її частина зосереджена в коренях (70-90%). Щорічна продукція П становить 30-55% від біомаси (13-50ц / га), коефіцієнт однорідності ландшафту До в чорноземних і каштанових степах становить 0,77-0,88, а в субтропічних сероземних зростає навіть до 0,95-0,97 . Таким чином БИК степів в порівнянні з лісовими ландшафтами більш прогресивний.
Зоомасси в чорноземних степах більше, ніж в лісових ландшафтах і становить близько 6% від загальної біомаси. У вологі роки виникають в степах хвилі життя характеризуються різким зростанням біомаси і числа видів, бурхливо розвивається фауна. У посушливі роки біомаса зменшується, видове різноманіття падає, ландшафт набуває більш пустельний вигляд. Наземна рослинна маса у вологі роки іноді в 10 разів більше, ніж в посушливі.
Характерна особливість біологічного кругообігу в степах - швидкість. Щорічно в опад надходить 35-60% від біомаси (в тайзі 1,5-4%). Характерно переважання кореневого опаду, тому при його перегнивання весь гумусово-акумулятивний горизонт грунту насичується гумусом. На поверхні грунту накопичується степової повсть, причому співвідношення повсті до опаду зеленої частини, що характеризує швидкість розкладання рослинних залишків у степу, близько до 1. Щорічно в БИК втягується сотні кг водних мігрантів (лугові степи 700 кг / га, південна тайга - 155 кг / га ). У лугових степах з опадом повертається 700 кг / га водних мігрантів (в лісових - 120 кг / га).
У опаде степів, на відміну від осаду широколистяних та хвойних лісів, міститься мало воску, смол, дубильних речовин і багато азоту, кальцію, магнію та інших елементів живлення, повністю нейтралізують органічні кислоти, що полегшує і прискорює в степах процеси гуміфікації. Це визначає насиченість поглинаючогокомплексу грунтів підставами, їх нейтральну і лужну (слабощелочную) реакцію. Тільки в лугових степах можлива слабокислая реакція і деяку кількість обмінного водню в поглинає комплексі.
В цілинному степу вся верхня товща грунту густо переплетена корінням, які поглинають елементи харчування, що звільняються в процесі мінералізації органічних залишків, і не дають їм вийти за межі грунтового профілю. Інтенсивний біологічний круговорот речовин охоплює грунтову товщу більшої потужності, ніж в грунтах інших ландшафтів.
Зональними грунтами степів є чорноземи, які в сухих степах змінюються темно-каштановими грунтами. У преріях і пампасах зональними грунтами є черноземовідниє грунту - бруніземи. Для цих грунтів характерно інтенсивне накопичення гумусу і формування потужних (до 1 м) гумусового (А) і перехідного (АВ) горизонтів, що містять гумус. У верхньому горизонті А в зв'язку з енергійним розкладанням органічних залишків грунтовий повітря містить багато вуглекислого газі, а в розчині існує стійка система: іон кальцію і іон бікарбонату (Ca 2 * + 2HCO3-). У нижній частині перехідного горизонту вуглекислого газу стає менше і з розчину починає осідати (CaCO3), утворюючи іллювіальний карбонатний горизонт (В):
Ca (HCO3) 2 ® CaCO3 + H2 O + CO2
Певну роль в осадженні СаСО3 грають випаровування розчинів і мікроорганізми, які отримують енергію для своєї життєдіяльності за рахунок даної реакції. Таким чином, іллювіальний горизонт є продуктом БИК, він не менш біогенних, ніж гумусовий горизонт. Отже, основні горизонти степових грунтів - гумусовий і карбонатний - породжені однією причиною - біологічнимкруговоротом атомів. Від інтенсивності Бика, потужності гумусового горизонту залежить глибина залягання карбонатного горизонту. Але якщо грунти формуються на карбонатних породах, то закипання від НСl з поверхні. У сильно промитих чорноземів карбонати кальцію зустрічаються з глибин в 1 м.
Накопиченню гумусу в степових грунтах сприяє цілий ряд факторів, і перш за все надходження значних мас рослинного опади, легко розкладається і має високу зольність. На відміну від лісових ландшафтів, в грунтах степів накопичується в 20-З0 разів більше органічної речовини, ніж в біомасі (лугові степі- до 8000 ц / га, сухі степи - 1000-1500 ц / га гумусу). У процесі розкладання рослинного опади степів формуються в основному гумінові кислоти, що дають малорозчинні солі. В результаті, рухомі форми гумусу становлять не більше 10-20% від усієї маси
Важливою умовою накопичення гумусу в грунтах степів є зміна періоду зволоження ґрунтів навесні і восени річним посушливим періодом, коли запас вологи у верхньому півтораметровому шарі грунту знижується до вологості в'янення. Це гальмує життєдіяльність організмів, в результаті чого мінералізація органічних залишків призупиняється і в грунті накопичується гумус. У першій половині літа кліматичні умови сприяють зростанню трав і посиленому поглинанню ними вологи і елементів живлення. Це сприяє підтягування разом з плівковою вологою деяких елементів, витравлюють за вологий весняний період з верхніх горизонтів грунту. Таким чином, степова рослинність не тільки збагачує грунт органічними речовинами, а й створює умови для акумуляції в ній елементів мінерального живлення. Накопиченню гумусу сприяє також наявність зимового охолодження і заморожування ґрунтів. Низькі температур викликають процеси денатурації гумусу, тим самим перешкоджаючи його вимивання. Для чорноземів характерна нейтральна і близька до нейтральної реакція ґрунтового розчину Збереженню нейтральної реакції, а також оструктуріванію грунту сприяє карбонатность материнських грунтоутворюючих порід, а також висока зольність рослинних залишків і багатство золи підставами. У формуванні чорноземних грунтів беруть участь велика кількість мікроорганізмів (за деякими даними понад 3,5 млн. На г грунту). Дуже різноманітна фауна дрібних тварин, що розпушують і перемішують ґрунт. Це різноманітні черви, дрібні гризуни, ковалики, вусачі, пильцееди. Живуть і більші землерои - бабаки, ховрахи. В результаті їх діяльності грунту стають більш повітро-і водопроникними, по норах гумус проникає в нижні горизонти.
Для чорноземних і темнокаштанових грунтів характерні два основних геохімічних бар'єру: 1) биогеохимический у верхній частині гумусового горизонту, де за рахунок біогенної акумуляції накопичуються фосфор, сірку, калій кальцій, місцями магній, натрій, стронцій, мідь, цинк, кобальт, миш'як, срібло, барій, свинець та інші мікроелементи; 2) лужний і термодинамічний - в нижній частині гумусового горизонту в верхній частині карбонатного, де накопичується СаСО3. У цих грунтах переважає окислювальні умови і відсутність оглеения (залізо нерухомо). Можливо при збільшенні зволоження на короткий термін створюється слабовосстановітельная або слабоокіслітельная середа з рухомим марганцем. Цим пояснюється деяке пересування марганцю і чорний колір гумусу. У темнокаштанових грунтах постійно окислювальна середовище, тому колір коричневий, а марганець нерухомий.
Грунтові води степів є істинними іонними розчинами, нерідко високої концентрації. У них майже немає органічних речовин і мінеральних колоїдів. Вони насичені не тільки такими елементами як Са, але іноді також і Mg, Na, S, Cl, N. При випаровуванні вод утворюються мінерали цих елементів. Так як води бідні органічними сполуками, то вони бідні вільної енергією, не агресивні (нейтральні і слаболужні). Часто насичені розчини не володіють ні розчинюючої, ні розкладницької здатністю, що визначає незначний вплив ґрунтових вод на породи, що вміщають.
Повітряна міграція в степах грає велику роль, ніж в лісових ландшафтах і вона посилюється зі збільшенням посушливості клімату. З атмосферними опадами в степові ландшафти надходить близько 1 ц / га солей (в лугові - 1-1,2; в типові 0,75-1,0; в сухі - 0,6-0,9 ц / га). Це значно менше кількості речовин, що поглинаються рослинами і коефіцієнт атмогеохіміческой активності (КА) для лугових степів становить 0,2-0,3; для типових степів - 0,1-0,2 і для сухих степів 0,4-0,6. В степах, особливо в сухих, по повітрю переміщається величезна кількість силікатної пилу і солей. Пилові бурі, що виникають в перехідні (весняно-осінні) періоди, призводять до суттєвих втрат речовини з верхніх горизонтів ґрунтового покриву. Ці втрата значно посилюються при оранці, що супроводжується повним знищенням природного трав'яного покриву. Імовірність виникнення пилову бурю і втрати від неї збільшуються в міру аридизации степу.
Степу включають кілька сімейств, виділення яких пов'язане з зональними і провінційними особливостями. Виділяють: чорноземні лугові степи кальцієві, кальцієво-натрієві, кальцієво-магнієві; середні і південні чорноземні степи кальцієві, калієво-натрієві і кальцієво-магнієві; сухі степи. Останні є перехідними між чорноземними степами і пустелями. Між чорноземними степами і сухими степами немає настільки чітких відмінностей, як між тайгою і широколистяними лісами. Переходи в степах поступові. Між сухими степами і пустелями також дуже поступові переходи і є багато спільних рис.
Сухі степи поділяються на північні і південні. Перші утворюються на темно-каштанових грунтах і характеризуються більш інтенсивним Биком, другі - на світло-каштанових з меншим Биком. Для сухих степів характерна комплексність грунтово-рослинного покриву з поєднанням каштанових грунтів з солонцями.
Євразійські степи змінюються з півночі на південь у міру аридизации клімату. У Північній Америці зміна луговий прерії на справжню і потім на низькотравних відбувається зі сходу на захід (від океану вглиб континенту) і також пов'язана з аридизацією клімату.
Геохімічні проблеми здоров'я населення та сільського господарства.
У лугових і чорноземних степах багатство грунтів обмінним Са визначає ряд особливостей їх флори і фауни: рослини не відчувають нестачі в Ca, тваринний світ має всі ознаки кальцієвої достатності. Великі в грунтах потенційні запаси інших біофільние елементів - азоту, фосфору і калію. Але вони слабо рухливі і культурні рослини часто в них потребують. Особливо різко позначається недостатність фосфору. Тому необхідним є внесення добрив, що містять азот і фосфор, останній особливо, так як він підвищує стійкість рослин до посухи.
Найважливіша сільськогосподарська проблема сухих степів - подолання дефіциту води. Грунту і води сухих степів порівняно багаті більшістю біологічно цінних елементів, але і тут спостерігається дефіцит азоту і фосфору, що пов'язано з їх малою рухливістю. У деяких районах дефіцитні марганець, йод, мідь, кобальт.
Основні геохімічні особливості степових ландшафтів.
* Водна міграція в степах ослаблена. Аридної клімату визначає слабший стік, ніж в лісових ландшафтах, менше значення центру і прямих низхідних водних зв'язків, менш досконале хімічне сполучення всередині автономного ландшафту і між автономними і підлеглими ландшафтами, розвиток испарительной концентрації елементів.
* У лужному середовищі степів створюються сприятливі умови для міграції аніоногенних елементів, які малорухливі в кислих лісових ландшафтах (навпаки, багато катоіногенние елементи, які були дуже рухливі в кислих ландшафтах тут малорухливі). Степу як і пустелі - це царство низьковалентних, переважно великих іонів, що володіють низькими енергетичними характеристиками.
* Провідну роль в степах грають зворотні негативні біокосні зв'язків. Завдяки біогенної акумуляції в грунтах накопичуються значна кількість біофільние елементів. Родючі чорноземні ґрунти степів є продуктів Бика. Нагромаджені потужні запаси гумусу грунтів є найважливішим фактором стабільності степових ландшафтів. Биогенная акумуляція в цих грунтах сильніше, ніж в лісових, вилуговування слабкіше, що пояснюється лужним середовищем, менш сприятливою для міграції більшості металів (немає кислого вилуговування), і слабким промачіваніі в умовах сухого клімату. Отже, різко виражений механізм негативного зворотного біокосні зв'язку, стабілізуючою склад грунтів.
* Степ властива різка геохимическая контрастність між вододілами і долинами. Елементарні ландшафти отримують приблизно рівну кількість тепла, але кількість вологи різному: підлеглі ландшафти отримують її більше, ніж автономні.
* В степах (особливо в сухих) збільшується вплив складу гірських порід. Зменшення в міру аридизации біологічної інформації призводить до збільшення ролі неорганічної інформації (збільшення числа мінералів і різноманітності ґрунтів і вод).