Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Solidago multiradiata , Erigeron aureus и Adiantum aleuticum в каменистой змеевидной почве

Серпентиновая почва - это необычный тип почвы, образованный выветрившимися ультраосновными породами, такими как перидотит, и его метаморфическими производными, такими как серпентинит . Точнее, змеевик почва содержит минералы на змеиной подгруппе , особенно антигорит , лизардит и хризотил или белый асбест, все из которых обычно встречается в ультраосновных породах. Термин «серпентин» обычно используется для обозначения как типа почвы, так и группы минералов, образующих ее исходные материалы.

Серпентиновые почвы обладают отчетливыми химическими и физическими свойствами и обычно считаются бедными. Почва часто бывает красноватой, коричневой или серой из-за высокого содержания железа и низкого содержания органических веществ. В геологическом отношении участки с серпентиновой коренной породой обычно крутые, каменистые и уязвимые для эрозии, что приводит к тому, что многие серпентиновые почвы довольно мелкие. [1] Мелкие почвы и редкая растительность приводят к повышению температуры почвы [2] и засушливым условиям. [1] Из-за своего ультраосновного происхождения, серпентиновые почвы также имеют низкое соотношение кальция и магния и не имеют многих важных питательных веществ, таких как азот (N), фосфор (P) и калий.(К). Серпентиновые почвы содержат высокие концентрации тяжелых металлов, включая хром, железо, кобальт и никель. [3] В совокупности эти факторы создают серьезные экологические проблемы для растений, обитающих в серпантинных почвах.

Родительский рок [ править ]

Серпентинит - это магматическая порода, образованная в результате метаморфической реакции богатой оливином породы, перидотита , с водой. Серпентинит имеет пестрый, зеленовато-серый или голубовато-серый цвет и часто на ощупь восковидный. Камень часто содержит белые полосы хризотила, проходящие через нее, которые являются разновидностью природного асбеста . Асбест связан с множеством заболеваний человека, таких как мезотелиома, в результате длительного воздействия вдыхания частиц пыли. Следует соблюдать осторожность при работе на серпантиновых почвах или при работе с дроблеными серпентиновыми породами.

Серпентинит чаще всего образуется в океанической коре у поверхности земли, особенно там, где вода циркулирует в охлаждающих породах около срединно-океанических хребтов : массы образовавшихся ультраосновных пород обнаруживаются в офиолитах, включенных в континентальную кору, вблизи нынешних и прошлых границ тектонических плит .

Серпентиновые почвы происходят из ультраосновных пород. Ультраосновные породы - это магматические или метаморфические породы, которые содержат более 70% минералов железа или магния. [4]

Распространение [ править ]

Змеиное обнажение высоко в пустыне Сискию на северо-западе Калифорнии - здесь доминирует сосна Джеффри .

Серпентиновые почвы широко распространены на Земле, что частично отражает распространение офиолитов . Встречаются обнажения серпантинных почв на Балканском полуострове, в Турции, Альпах, на Кубе и в Новой Каледонии. [2] В Северной Америке серпантинные почвы также присутствуют на небольших, но широко распространенных территориях на восточном склоне Аппалачских гор на востоке Соединенных Штатов. [5] Однако в Калифорнии находится большая часть серпантинных почв континента.

Ботаника [ править ]

Солдаты восхищаются природной средой в Мэриленде

С экологической точки зрения змеевидные почвы обладают тремя основными характеристиками: плохой продуктивностью растений, высоким уровнем эндемизма и типами растительности, отличными от соседних территорий. [6]

Змеевидные растительные сообщества варьируются от влажных болот и топей до каменистых пустошей и должны быть в состоянии выдерживать суровые экологические условия такой бедной почвы. В результате они часто резко отличаются от участков несмежевых почв, граничащих с серпентиновыми почвами. [4] Вегетативные характеристики часто являются общими для типов флоры, встречающейся на серпентиновых почвах. Они будут демонстрировать «низкорослый» рост с тусклыми восковыми серо-зелеными листьями (как у Eriogonum libertini ), которые позволяют удерживать воду и отражать солнечный свет соответственно. [7] Другие возможные фенотипические признаки включают пигментированные стебли (как у Streptanthus howellii ) и иногда плотоядный характер, как у Darlingtonia californica.. Некоторые примеры обычных растений, устойчивых к серпентину, включают: серую сосну ( Pinus sabiniana ), калифорнийскую сирень ( Ceanothus sp. ), Манзаниту ( Arctostaphylos sp. ), Живой дуб ( Quercus sp.), Калифорнийский красный бутон ( Cercis occidentalis ), калифорнийский конский глаз ( Aesculus californica ) и калифорнийский лавр (лавровое дерево) ( Umbellularia californica ). Районы змеевидной почвы также являются домом для разнообразных растений, многие из которых являются редкими или исчезающими видами, такими как Acanthomintha duttonii , Pentachaeta bellidiflora и Phlox hirsuta.. В Калифорнии 45% таксонов, связанных с серпантином, редки или находятся под угрозой исчезновения. [8] В Калифорнии такие кустарники, как кожевенный дуб ( Quercus durata ) и прибрежная белолистная мансанита ( Arctostaphylos viscida ssp. Pulchella ), типичны для серпентиновых почв. [4]

Чтобы преодолеть химические и физические проблемы, связанные с серпентиновыми почвами, растения выработали устойчивость к засухе, тяжелым металлам и ограниченным питательным веществам. [4] Низкое соотношение кальция и магния приводит к ограничению роста корней и активности корней, ослаблению клеточных мембран и снижению усвоения основных питательных веществ. [9] Адаптивный механизм к почвам с высоким содержанием магния выделяет больше ресурсов на глубокорастущие корни. [7] Тяжелые металлы замедляют рост, вызывают дефицит железа, вызывают хлороз и ограничивают развитие корней. [9] [7] Множественные механизмы адаптации к тяжелым металлам включают исключение металлов путем ограничения поглощения корнями, компартментализацию металлов в различных органах или развитие толерантности к токсичности.[7] На участках с низким содержанием азота физиологические эффекты на растения включают нарушение синтеза белка, хлороз , снижение тургора листьев, уменьшение количества листьев и побегов, снижение скорости роста и низкий урожай семян. [9] Низкий уровень фосфора вызывает аналогичные эффекты низкого содержания азота, но также приводит к уменьшению размера семян, снижению соотношения корней и побегов и усилению водного стресса. [9] Низкая влажность почвы приводит к снижению поглощения и транспорта питательных веществ, уменьшению открытия устьиц и снижению фотосинтетической способности, а также снижает рост и продуктивность растений. [9] Змеиные растения имеют сильно развитую корневую систему, которая способствует усвоению воды и питательных веществ. [7] Например, Noccaea fendleri.(также известный как трава Фендлера) - это гипераккумулятор никеля и Sedum laxum ssp. выражает сочность . В некоторых случаях симбиоз с толерантной к серпентину эктомикоризной помогает облегчить адаптацию растений к эдафическим стрессорам на серпентине. [7]

Адаптация к серпантинным почвам происходила многократно. [7] [4] [1] [10] Устойчивые к серпентину растения эволюционно моложе, чем растения, не являющиеся змеевиками. [11] Неоднородность серпентиновых сообществ в сочетании с их неоднородным распределением ограничивает поток генов, но способствует видообразованию и диверсификации. [11] Неоднородность местообитаний является важным фактором уровня эндемизма и биоразнообразия в этой системе. Хотя неоднородное распространение объясняется высокой скоростью видообразования в сообществах змеевиков, с этим связан ряд проблем. Пространственная изоляция от предельного источника и других групп потока генов , [4]что может сделать эти популяции уязвимыми к изменяющимся условиям окружающей среды. Кроме того, существует высокий поток генов с незмеиными сообществами, которые могут вызывать генотипическое загрязнение , гибридизацию и нежизнеспособное потомство. [4]

Биовосстановление [ править ]

Уникальные растения, которые выживают в серпентиновых почвах, используются в процессе фиторемедиации , типа биоремедиации . Поскольку эти растения разработали специальные приспособления к высоким концентрациям тяжелых металлов, их использовали для удаления тяжелых металлов из загрязненной почвы. [12]

Змеиные пустоши [ править ]

В отличие от большинства экосистем, в извилистых пустошах ближе к ручью растет меньше растений из-за токсичных минералов в воде.

Серпантин Степь является уникальным экорегионом найден в некоторых частях Соединенных Штатов в небольших , но широко распространенных областях Аппалачей и Береговые хребты в Калифорнии , Орегон и Вашингтоне. [13] Богатые видами архипелаги сообществ составляют 1,5% земельной площади государства. [ указать ] В Калифорнии 10% растений штата являются эндемиками змеевиков. Пустоши залегают на выходах измененных ультраосновных офиолитов .

Они названы в честь минералов группы серпентинов , в результате чего образуются серпентиновые почвы с необычно высокими концентрациями железа , хрома , никеля и кобальта . Змеиные пустоши, как в Грасс-Вэлли, Калифорния , часто состоят из лугов или саванн в районах, где климат обычно приводит к росту лесов. [14]

Змеевидные почвы могут быть изменены для поддержки сельскохозяйственных культур и пастбищ для выпаса скота. Это можно сделать, добавив в почву достаточное количество гипса. Добавляя гипс, можно добиться более благоприятного соотношения кальция и магния, создавая лучший баланс питательных веществ для растений. Однако это может иметь последствия для выпаса скота. В статье из « Журнала микроэлементов в медицине и биологии » указывается, что 20% пастбищных животных имеют токсичные уровни никеля в почках, а 32% - токсичные уровни меди в их печени (Miranda et al. 2009). Необходимы дальнейшие исследования, чтобы увидеть, не окажет ли это потенциально негативное влияние на здоровье человека в отношении потребления говядины.

Примеры [ править ]

Природная экологическая зона Soldiers Delight в округе Балтимор, штат Мэриленд , занимает 1900 акров бесплодных змеевиков. В этом районе произрастает более 38 редких, находящихся под угрозой исчезновения видов растений; а также редких насекомых, горных пород и минералов. [15]

Змеиные степи в природном заповеднике Рок-Спрингс, округ Ланкастер, штат Пенсильвания

Природный заповедник Рок-Спрингс в округе Ланкастер, штат Пенсильвания , представляет собой собственность площадью 176 акров (71 га), охраняемую заповедником округа Ланкастер, которая является ярким примером змеиного бесплодия. Изначально это были пастбища, но тушение пожара привело к превращению этого района в лес. В этом бесплодии обитает редкая змеевидная астра , а также ряд редких видов бабочек и шкиперов . [16]

В округе Честер, штат Пенсильвания , Ноттингемский парк, также известный как Серпентиновые степи, был рекомендован UMCES как заслуживающий обозначения национальной природной достопримечательности по многим причинам. Они включали поддержку ряда редких и эндемичных видов, нетронутую популяцию сосны смоляной , а также место, имеющее историческое значение. [14] С 1979 года Служба охраны природы работала с местным сообществом, чтобы защитить и сохранить несколько участков в Серпентиновых степях на государственной линии, которые являются домом для этой хрупкой среды обитания. [17]

См. Также [ править ]

  • Карликовый лес

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c Брэди, Кристи У .; Kruckeberg, Arthur R .; Брэдшоу младший, HD (2005). «Эволюционная экология адаптации растений к серпентиновым почвам». Ежегодный обзор экологии, эволюции и систематики . 36 : 243–266. DOI : 10.1146 / annurev.ecolsys.35.021103.105730 .
  2. ^ а б Крюкеберг, Артур R (2002). Геология и растительный мир: влияние форм рельефа и типов горных пород на растения . Вашингтонский университет Press. ISBN 978-0-295-98203-8. OCLC  475373672 .[ требуется страница ]
  3. ^ Кьяруччи, Алессандро; Бейкер, Алан JM (2007). «Успехи экологии серпантинных почв». Растение и почва . 293 (1–2): 1–2. DOI : 10.1007 / s11104-007-9268-7 . S2CID 35737876 . 
  4. ^ Б с д е е г Kruckeberg, Arthur R (2006). Знакомство с почвами и растениями Калифорнии: серпантины, весенние бассейны и другие чудеса геоботаники . Калифорнийский университет Press. ISBN 978-0-520-23372-0. OCLC  928683002 .[ требуется страница ]
  5. ^ Данн, Кевин Т. (1988). Следы на Аппалачах: естественная история серпентина в восточной части Северной Америки . Нью-Брансуик: Издательство Университета Рутгерса. ISBN 0-8135-1323-5.[ требуется страница ]
  6. Перейти ↑ Whittaker, RH (1954). «Экология серпентиновых почв». Экология . 35 (2): 258–288. DOI : 10.2307 / 1931126 . JSTOR 1931126 . 
  7. ^ Б с д е е г Харрисон, Сьюзен ; Раджакаруна, Нишанта (2011). Серпантин: эволюция и экология модельной системы . Калифорнийский университет Press. ISBN 9780520268357. OCLC  632224033 .[ требуется страница ]
  8. ^ Саффорд, HD; Вирс, JH; Харрисон, SP (2005). "Змеиный эндемизм во флоре Калифорнии: База данных змеиного сходства". Мадроньо . 52 (4): 222. DOI : 10,3120 / 0024-9637 (2005) 52 [222: SEITCF] 2.0.CO; 2 .
  9. ^ a b c d e Зефферман, Эмили; Стивенс, Йенс Т .; Чарльз, Грейс К .; Данбар-Ирвин, Мила; Эмам, Таранех; Фик, Стивен; Моралес, Лаура В .; Волк, Кристина М .; Янг, Дерек Дж. Н.; Янг, Трумэн П. (2015). «Растительные сообщества в суровых условиях менее подвержены заражению: краткое изложение наблюдений и предлагаемые объяснения» . Растения AoB . 7 : plv056. DOI : 10,1093 / aobpla / plv056 . PMC 4497477 . PMID 26002746 .  
  10. ^ Арнольд, Брайан Дж .; Ланер, Бретт; Дакоста, Джеффри М .; Вайсман, Кэролайн М .; Холлистер, Джесси Д .; Соль, Дэвид Э .; Бомблис, Кирстен; Янт, Леви (2016). «Заимствованные аллели и конвергенция в серпантинной адаптации» (PDF) . Труды Национальной академии наук . 113 (29): 8320–5. DOI : 10.1073 / pnas.1600405113 . PMC 4961121 . PMID 27357660 .   
  11. ^ a b Анакер, Брайан Л .; Whittall, Justen B .; Голдберг, Эмма Э .; Харрисон, Сьюзан П. (2011). «Истоки и последствия змеиного эндемизма во флоре Калифорнии» . Эволюция . 65 (2): 365–76. DOI : 10.1111 / j.1558-5646.2010.01114.x . PMID 20812977 . S2CID 22429441 .  
  12. ^ Институт перспективных исследований НАТО по фиторемедиации загрязненных металлами почв, Морель, Ж.-Л., Эчеваррия, Г., и Гончарова, Н. (2006). Фиторемедиация металлизированных почв. Научная серия НАТО, т. 68. Дордрехт: Спрингер.
  13. ^ Андерсон, Роджер С. и др., Сообщества растений саванн , степей и обнаженных пород Северной Америки, гл. 19, Cambridge University Press, 1999, ISBN 0-521-57322-X 
  14. ^ a b «Оценка серпентиновых степей Ноттингемского парка», UMCES-AL, последнее обращение 10 мая 2009 г.
  15. ^ "Архивная копия" . Архивировано из оригинала на 2012-11-08 . Проверено 7 ноября 2012 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )[ требуется полная ссылка ]
  16. ↑ «Природный заповедник Рок-Спрингс», веб-сайт заповедника округа Ланкастер, последнее обращение 10 мая 2009 г. Архивировано 22 февраля 2009 г., в Wayback Machine
  17. ^ "Places We Protect: State-Line Serpentine Barrens, Пенсильвания", последнее обращение 20 июля 2020 г.
  • Whittaker, RH, Walker, R., Kruckeberg, A., «Экология серпентиновых почв». Отдел xxxRadiological Services.1954.pp 258–275.Web. http://www.californiachaparral.com/images xxx / Whittaker_Eco_of_Serpentine_Soils_1954_II.pdf, дата обращения 05/2017.
  • Департамент природных ресурсов. «Природные сообщества - серпантинные луга» .Maryland.gov. xxxWeb. http://dnr2.maryland.gov/wildlife/Pages/plants_wildlife/serpentine.aspx, дата обращения: 05.05.2017.
  • Миранда, М .; Бенедито, JL; Blanco-Penedo, I .; López-Lamas, C .; Merino, A .; Лопес-Алонсо, М. (2009). «Накопление металлов у крупного рогатого скота, выращиваемого в серпантинно-почвенной зоне: взаимосвязь между концентрациями металлов в почве, кормах и тканях животных». Журнал микроэлементов в медицине и биологии . 23 (3): 231–8. DOI : 10.1016 / j.jtemb.2009.03.004 . PMID  19486833 .
  • Эллис, М. «Следует ли нам беспокоиться об асбесте в серпентиновой скале?». Bay Nature.2013.Web. https://baynature.org/article/should-we-be-worried-about-asbestos-in-serpentine-rock/ . Дата обращения 05/2017.
  • Калифорнийский университет. ”Деревья и кустарники для серпантинных ландшафтов Северной Калифорнии xxx”. Отдел сельского хозяйства и природных ресурсов. 2009. Web. http: // anrcatalog . xxxucanr.edu/pdf/8400.pdf, дата обращения 05/2017.
  • USDA. «Змеевидные почвы и адаптации растений». Министерство сельского хозяйства США. Web. https://www.fs.fed.us/wildflowers/beauty/serpentines/adaptations.shtml По состоянию на 05/2017.