авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

Эвапотранспирационная миграция химических элементов в ландшафтах (на примере урала)

-- [ Страница 3 ] --

Таблица 2

Массы рассеянных элементов, вовлекаемых эвапотранспирацией в

аэральную миграцию в ландшафтах Урала, г / км2 · год

Элемент Диапазон значений массопотока
и среднее арифметическое (в скобках)
таежные ландшафты степные ландшафты
Mn 2 000—8 500 (6 300) 440—630 (540)
Zn 970—6 500 (3 600) 390—520 (450)
B 255—8 200 (2 700) 130—560 (340)
Cu 250—3 300 (1 900) 72—320 (200)
Pb 100—2 000 (810) 27—410 (220)
Ni 93—730 (330) 63—72 (68)
Se 10—400 (130) 23—110 (66)
Cd 0,61—90 (58) 0,72—4,5 (2,6)
As 3,8—130 (43) 0,1—6,3 (3,2)
Co 10—41 (22) 13,5—16,2 (15)
Hg 10—40 (20) 0,1—13 (6,6)

В таежных ландшафтах Урала ежегодно с 1 км2 мобилизуется в атмосферу: Са, S, Na и K — 100 n кг, Fе, Mg, Si и Al — 10 n кг, P, Mn, B, Sr, Ba, Zn и Cu — n кг, Ti, Br, Cr, Pb, Se, Ni — 100 n г, Li, Zr, Sc, V, Sb, Ag, Cd, Sn, As, Ga, Hg и Со — 10 n г. Представители группы редких земель и некоторые другие элементы переносятся в очень небольшом количестве, измеряемом 0,1— 1 n г/км2 · год.

Рассматриваемая миграция является существенным компонентом биогеохимического цикла практически всех встречающихся в природе элементов.

Суммарно аэральный массопоток продуктов эвапотранспирации составляет 1,7 т / км2 . год. По нашим определениям, атмосферные выпадения, трансформированные растительностью, рассчитанные применительно к тому же количеству элементов, измеряются величиной 6,3 т / км2·год (рис. 2—3), нетрансформированные растительностью — 2,3 т / км2·год. Это свидетельствует о сопоставимости двух видов миграции (Мельчаков, Суриков, 2006). Аналогичный вывод можно сделать, сравнив эвапотранспирацию с вовлечением зольных элементов в биологический круговорот.

В результате анализа соотношения масс элементов, транспортируемых эвапотранспирацией, установлено следующее.

1) Кларки главных элементов в основных породах, по А.П. Виноградову (1962): Si > Al > Fe > Са > Mg > Na >K > P > S — незначительно влияют на анализируемые величины (без сравнения с рассеянными элементами).

2) Обнаружено отличие от соотношения средних концентраций элементов в речных водах, по В.В.Добровольскому (2003): меньшее значение Si и большее – Р в эвапотранспирации по сравнению с переносом элементов речными водами.

На основании отмеченных особенностей автор делает вывод об избирательном вовлечении химических элементов в эвапотранспирационную миграцию. Соответствующий поток не является только химическим или геохимическим процессом, что представляется закономерным с учетом биогенной природы изученного явления.

3) Активно мигрирующие в большинстве ландшафтно-геохимических обстановок элементы (S, Са, Na и Mg), как правило, имеют более значительные величины анализируемого потока, чем слабоподвижные элементы, и наоборот.

4) Элементы энергичного и сильного биологического накопления, как правило, активно участвуют в аэральном потоке, а роль элементов слабого и очень слабого захвата значительно ниже. Явное несоответствие отмечено лишь по 2-м элементам — Р и Fe, причем роль первого в анализируемом потоке меньше, чем это можно предполагать, а роль второго — больше.

5) Сведения о физиологической роли элементов (по Н.Д. Алехиной с соавт. (2005) и Н.И. Якушкиной (2005) имеют ограниченное значение для данного анализа. При наличии искомой положительной корреляции все три элемента: Na, Si и Al, не являющиеся необходимыми для жизни высших зеленых растений, занимали бы подчиненное положение в эвапотранспирации, однако это не наблюдается. Вероятно, известные представления о растениях как геохимических насосах в целом соответствуют представленной оценке.

Аналогичные выводы получены при анализе рассеянных элементов.

Таким образом, вопрос о соотношении масс элементов, мигрирующих посредством эвапотранспирации, достаточно сложен. П.В. Елпатьевский (1993) считает, что растения обладают способностью оптимизации минерального питания. Несмотря на различия в концентрациях металлов в питательных растворах, во всех случаях сохраняет свое постоянство круг активно поглощаемых элементов и круг лимитируемых. Поступление токсичных элементов — Pb, Cd, Cu, Al — растениями тормозится. В условиях низкогорья Среднего Сихотэ-Алиня соотношение элементов в рассматриваемой миграции: Са > Na > K > S > Mg > Fe > Zn > P > Mn > Cu — принципиально не отличается от нашего результата: Са > S > Na > K > Fe > Mg > Mn > P > Zn > Cu. Вероятно, это закономерно (Мельчаков, 2006).

В результате более дифференцированного анализа определен относительный вклад лесных ярусов горно-таежного и подгольцового поясов в эвапотранспирационную миграцию. Главным поставщиком в данном потоке в горно-таежном поясе является травяно-кустарничковый ярус (92 % от общего массопотока), а в подгольцовом вклад травяно-кустарничкового и древесного ярусов примерно одинаков (соответственно 42 и 58 %).

Также установлено, что анализируемые параметры большинства элементов в подгольцовом поясе в несколько раз уступают соответствующим данным горно-таежного пояса (по сумме элементов в 2,7 раза).

Анализ коэффициентов корреляции (табл. 3) свидетельствует о наличии положительной корреляционной связи между рассматриваемыми потоками.

Таблица 3

Коэффициенты корреляции Пирсона (r)

между величинами потоков, мобилизуемых ярусами ландшафтов

Группа элементов Сравниваемые объекты
Горно-таежный пояс Подгольцовый пояс
Травяно-кустарничковый — древесный ярусы Травяно-кустарничковый — древесный ярусы
1. Главные 0,986 0,991
Рассеянные:
2. Литофильные 0,617 0,713
3. Халькофильные 0,998 0,940
4. Сидерофильные 0,997 0,999

Особенности геохимии эвапотранспирации в степных ландшафтах.

Установлено, что эвапотранспирационная миграция химических элементов в ковыльной степи имеет отличия от таежных ландшафтов (табл. 1—2). Массы большинства главных элементов, вовлекаемых эвапотранспирацией в аэральный поток, в 2 и более раза уступают значениям, установленным для тайги. Приоритетность элементов иная: в эвапотранспирации доминирует S (степь), а не Са (тайга).

Специфика рассматриваемой миграции в степных ландшафтах иллюстрируется следующим примером. Известно, что в зональных элювиальных почвах биологический круговорот и выщелачивание определяют миграцию некоторого количества К и Na, однако их много меньше, чем Са. Поэтому Са занимает господствующее положение в поглощающем комплексе почв. Однако в рассматриваемом массопотоке роль Са и К примерно одинакова, а массы мигрирующего Na почти в 5 раз больше, чем Са.

В группе рассеянных элементов существенных отличий от группы главных элементов не обнаружено: массы большинства элементов в 2 и более раза уступают значениям, установленным для тайги. В группе рассеянных литофильных элементов доминируют Br и Mn: их массы практически равны (в тайге преобладает Mn, а Br на порядок меньше), в группе рассеянных халькофильных элементов — Zn (как и в тайге).

Установлена достоверность различий тайги и степи по величинам эвапотранспирации применительно к ряду элементов (табл.4).

Суммарно величина аэрального потока продуктов эвапотранспирации в степи в 3,3 раза ниже, чем в тайге: соответственно 510 и 1700 кг / км2 · год.

Выявленные отличия геохимии двух зон обусловлены комплексом ландшафтно-геохимических факторов (Мельчаков, 2005, 2006). Различия в массах элементов, мобилизуемых эвапотранспирацией, связаны с тем, что именно в лесных ландшафтах наиболее резко выражена способность организмов создавать среду своего обитания, преобразуя окружающую среду (Перельман, 1999; Перельман, Касимов, 1999). Своеобразным проявлением этой трансформации является изученный массопоток, который вносит вклад в формирование специфических особенностей всех биогенных ландшафтов Земли. В степных ландшафтах роль организмов в создании среды обитания меньше. Количественным выражением отмеченных отличий является разница в биомассе сравниваемых зон, составляющая примерно порядок. Другой существенной причиной являются различия в интенсивности процессов выщелачивания в почвах степи и тайги. Более слабое выщелачивание в зональных типах почв степей связано с щелочной средой, менее благоприятной для миграции большинства металлов, и слабым промачиванием в условиях сухого климата.

Таблица 4

Достоверность различий величин эвапотранспирационного

потока в таежных и степных ландшафтах

Элемент ТТЕСТ1 Элемент ТТЕСТ1
В 0,905338 Mn 0,00418
Na 0,970156 Со 0,533234
Mg 0,004153 Ni 0,003718
Al 0,09635 Cu 0,001843
Si 0,437214 Zn 0,007571
P 0,78416 As 0,009687
S 0,575645 Se 0,805741
K 0,000646 Cd 0,005762
Ca 0,001163 Hg 0,01382
Fe 0,370522 Pb 0,085568

Примечание. 1 Возвращает вероятность, соответствующую критерию Стьюдента. Подчеркнутые числа указывают на статистическую достоверность различий двух объектов на 5%-ном (значения ТТЕСТа <0,05), на 1%-ном (значения ТТЕСТа <0,01) и на 0,1%-ном (значения ТТЕСТа <0,001) уровнях значимости.

Техногенное изменение эвапотранспирационной миграции.

Данный вопрос в литературе практически не освещен. На основании исследований, проведенных в ландшафтах, находящихся почти в 30 км от Среднеуральского медеплавильного комбината, автору удалось установить следующее.

1. Выявлено возрастание масс большинства элементов, вовлекаемых эвапотранспирацией в аэральный поток в ландшафтах: главных элементов в 2—7 раз (как исключение — Mg, массы которого выше в 19 раз), рассеянных элементов — в разы или на порядок.

2. Флуктуации техногенной природы четче идентифицируются эвапотранспирационным потоком рассеянных элементов. Трассерами являются халькофилы, поток которых в рассматриваемой зоне слабого техногенеза выше фонового значения на порядок (соответственно
68 и 7 кг/км2 . год) (Мельчаков, Суриков, 2006).

3. Роль эвапотранспирации в поддержании баланса элементов существенно выше по сравнению с фоновыми ландшафтами (Мельчаков, 2007).

4. Аварийные выбросы комбината резко увеличивают межгодовую изменчивость явления эвапотранспирации. Наибольшее увеличение массопотока отмечено применительно к Tl в 2001 г: до 26 000 г/км2 . год при минимальном за 4 года значении 4,5 (первое число в расчетах среднего не использовалось ввиду явной аномальности).

5. Предложено использование эвапотранспирационных конденсатов для поисков в грунтах и почвах аномалий содержания элементов. Такие изыскания представляются весьма актуальными в районах разного рода техногенных захоронений для индикации возможной опасности для человека и окружающей среды в целом, особенно в тех случаях, когда предполагается хозяйственное использование таких земель (Мельчаков, Суриков, 2006).

6. Аэральный поток продуктов эвапотранспирации в техногенных ландшафтах можно рассматривать с позиций предложенного М. А. Глазовской (1997) понятия геохимических стартеров — совокупности процессов мобилизации ранее накопившихся в твердой фазе почв техногенных или природных соединений, подвижные формы которых токсичны.

Глава 6. Приходно-расходные звенья биогеохимических

циклов элементов

Еще А.А. Григорьев (1966) указал на необходимость изучения проблемы баланса химических веществ в географической среде для понимания функционирования ландшафта. В настоящее время расчет балансов химических элементов дает возможность определить тенденции развития геосистем и выйти на их прогнозирование (Семенов, Снытко, 1992).

Известны неоднократные попытки определения балансов элементов в отдельных регионах (Глазовский, 1985; Елпатьевский,1993; Мельчаков, 1985; Учватов, 1981; Cole, Gessel, Dice, 1967; Henderson, Swank, Waide, Grier, 1978; Johnson, Swank, 1973; Likens et al., 1977; Turner, 1985; Turner, Lindberd, Coe, 1985).

Моделью биосферных циклов массообмена химических элементов должен служить не замкнутый кругооборот постоянных масс, а циклическая система миграционных потоков, в которых мигрирующие массы могут перемещаться из одного массопотока в другой, а избыточное количество тех или иных химических элементов частично выводиться из миграции в одну из фазовых оболочек (Добровольский, 2003а).

Образование больших резервуаров обусловлено неспособностью микроорганизмов полностью замкнуть циклы (Заварзин, 2004).

Одной из наиболее важных (хотя и наименее изученных) приходно-расходных частей баланса вещества в ландшафтах является аэральный поток.

Соотношение приходно-расходной частей биогеохимических циклов элементов в таежных ландшафтах

Среднетаежные среднегорные ландшафты Северного Урала. Соотношение массопотоков химических элементов показано на рис. 2—3, количественная модель миграционных потоков химических элементов  — на рис. 4.

Рис. 4. Массопотоки суммы элементов в таёжных ландшафтах, т/км2 · год

(пояснения по массопотокам см. на рис. 2)

Величины атмосферных выпадений, как правило, превышают эвапотранспирационный транспорт и вынос с речным стоком.

Проведенные в Приокско-террасном биосферном заповеднике многолетние исследования геохимического баланса Fe и нескольких рассеянных элементов (Mn, Cu, Zn, Ni, Cr, Co, Pb, Cd) показали, что баланс всех элементов всегда положителен (Учватов, 1994). В.П.Учватов раздельно анализировал поступление элементов: с жидкими атмосферными осадками, пылью, опадом и вынос: с ионным речным стоком, твердым речным стоком. Применительно к Fe диапазоны соответствующих значений в кг/км2 · год равны: поступление — 360-380, 380-590, 115-252; вынос: 0,25-0,45, 205-460. Следовательно, в заповедном районе, если рассматривать только водорастворимые формы, то поступление превышает вынос на 3 порядка.

Нами определено, что значения эвапотранспирации и выноса с речным стоком обычно в пределах одного порядка.

По аналогии с предложенным М.А.Глазовской (1967) коэффициентом атмогеохимической активности рассчитано отношение масс элементов, вовлекаемых эвапотранспирацией в аэральный поток, к массам элементов, поступающим с опадом (К э/о) – см. табл. 5.

Анализ К э/о показал следующее. 1. В группе главных элементов коэффициенты, как правило, равны 0,n —0,0n. 2. К э/о тяжелых металлов и близких им элементов, напротив, чаще больше 1, причем малым кларкам элементов соответствуют, как правило, наибольшие коэффициенты.

Таблица 5

Отношение масс элементов, вовлекаемых в аэральный

поток посредством эвапотранспирации, к массам

элементов, поступающим с опадом (К э/о)

Элементы К э/о Элементы К э/о Элементы К э/о Элементы К э/о
Главные Главные Рассеянные Рассеянные
Ca 0,23 Si 0,03 Mn 0,22 Cd 97
K 0,08 Al 0,19 Cu 1,58 As 2,39
Mg 0,08 P 0,02 Zn 0,60 Se 22
S 2,69 B 0,90 Co 0,18
Na 6,67 Pb 2,70 Hg 13
Fe 0,68 Ni 1,34


Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.