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 |

Влияние техногенеза на биогеохимические параметры геосистем

-- [ Страница 3 ] --

Автором показано, что по физическому смыслу устойчивость, выраженная через отношение К/r, соответствует энергоэкономному использованию почвенного потенциала. Между параметром устойчивости К/r и начальной концентрацией нитратов в почвенных образцах, соответствующих практически всему спектру технологий на сельскохозяйственных ландшафтах (черные, сидеральные, занятые пары), установлена линейная связь (рис.8).

Рис. 7. Зависимость параметров устойчивости почвенных систем

от начальной концентрации нитратов в почве для различных технологий

Нами было показано, что при высоких значениях нитратов возможен запрет на протекание нитрификации. В этом случае нитрификационный процесс возможен только после осуществления обратного процесса - биологической сорбции нитратов. Биологическая сорбция протекает до некоторого порогового значения C.NO3, с которого нитрификация становится возможной. Такие процессы в биофизике относят к триггерными. Таким образом, на триггерный характер нитрификации как биогеохимического процесса может распространяться термодинамический контроль.

 Триггерный характер нитрификации при высоких значениях начальных-8

Рис. 8. Триггерный характер нитрификации при высоких

значениях начальных концентраций нитратов

В шестой главе «Применение биогеохимической модели к локальным плоским и криволинейным почвенным системам» рассматриваются особенности распределения параметров элементарных ареалов ландшафтов в пространстве плоских и криволинейных почвенных тел. При исследованиях криволинейных почвенных тел использован докучаевский подход к изучению ландшафтных катен. В катенах связь между элементарными ареалами ландшафтов рассматривается через относительное двухмерное пространство полос: верха – середины - низа целого склона как единого почвенного тела.

Рис.9. Вертикальный поперечный срез профиля исследуемого криволинейного почвенного тела (СЗ – северо-западная, ЮВ – юго-восточная экспозиции)

В связи с тем, что склон СЗ экспозиции более пологий, чем склон ЮВ экспозиции, нами для удобства интерпретации используются схемы, в которых масштаб склона СЗ экспозиции сжимается до масштаба склона ЮВ экспозиции. В результате этих преобразований ось симметрии проходит через центр схем. Необходимо различать плоские и криволинейные почвенные системы при описании техногенного минерального воздействия. Эти различия вписываются в рамки хрестоматийных геохимических определений: «при одинаковом модуле техногенного давления степень геохимической устойчивости зависит от структуры ландшафтно- геохимической системы». В основе саморегуляции плоских почвенных систем к внешнему техногенному воздействию лежат мультипликативные свойства техногенных и биогенных потоков минерального азота. Возникает управление по принципу отрицательной обратной связи, которое может формально интерпретироваться в рамках принципа Ле Шателье – Брауна. Эти свойства могут быть учтены в виде корреляций между внешними и внутренними параметрами элементарных ареалов ландшафта почвенной системы. Они отражают устойчивость плоской почвенной системы к внешним воздействиям. Для плоского варианта необязательно отражать ЭАЛ на картографических моделях, т.к. установленные корреляции не имеют пространственной ориентации. Для криволинейных почвенных систем подобные корреляции не удалось установить. В этом случае необходимо выявлять пространственно ориентированные почвенные биогеохимические профили с обязательным использованием картографических моделей, отражающих положение в пространстве водораздела.

Автором показано, что использование биогеохимической модели к ЭАЛ плоских почвенных систем дает одни результаты (А), а при рассмотрении ЭАЛ на «искривленной» поверхности почвенных систем – другие (B,C, D) (рис.10).

Рис. 10. А - Зависимость константы скорости нитрификации от логарифма начальной концентрации нитратов на «плоских» ареалах; В - Параметры устойчивости для «кривых» ареалов; С - Константы скорости нитрификации на «кривом» ареале: контрольная полоса (ряд 1) и антропогенное наращивание минеральной компоненты N40P40K40 на соседней полосе (ряд 2), осень 2004 г.; D - Содержание азотобактера (Chroococcum) на «кривой» поверхности почвенного тела; ЭАЛ №4 соответствует водоразделу

На техногенное влияние, приводящее к значительному варьированию нитратов (рис. 10А), следует биогенный согласованный ответ (отрицательная обратная связь) внутренних нитрификационных параметров. Это фундаментальное свойство почвенного покрова обуславливает и его устойчивость. Для биогеохимических параметров ЭАЛ криволинейных почвенных систем таких простых корреляций не удалось установить. В этих случаях необходимо выявлять биогеохимические профили в пространстве криволинейного почвенного тела и сопоставлять их с картографическими моделями. Симметричность профилей констант скоростей нитрификации исходной и минеральной полос производит эффект выравнивания: максимум СЗ экспозиции на минеральной полосе уравновешивается максимумом ЮВ экспозиции на исходной полосе ( рис.10 С ).

Профиль продуктивности 2003 г (незатемненные точки) соответствует исходному состоянию криволинейной почвенной системы, профиль 2004 г. – тем же ЭАЛ, но при полосном техногенном минеральном воздействии, т.е. возмущенному состоянию (рис. 11А). При сравнении этих профилей обнаруживаются инвариантные свойства ландшафтных катен как локальных геохимических систем (единство изменения и сохранения), следование их закономерностям нелинейной симметрии. Волнообразные профили обладают дискретным характером: максимумы одного профиля соответствуют минимумам другого и наоборот.

Рис. 11. Профили продуктивности на контрольной (2003 г), техногенной (2004 г) полосе (затемненные точки) и профиль гумуса по ЭАЛ склонового рельефа

мг/100 г почвы

 А В Профиль начальных концентраций нитратов по ЭАЛ криволинейной-12

А

 В Профиль начальных концентраций нитратов по ЭАЛ криволинейной почвенной-13

В

Рис. 12. Профиль начальных концентраций нитратов по ЭАЛ

криволинейной почвенной системы при симметричном (А) и

асимметричном (В) полосном техногенном минеральном воздействии

А

В

Рис.13. Схемы симметричного (А) и ассиметричного (В) техногенного минерального воздействия в криволинейной почвенной системе

Волнообразные и дискретные свойства профилей продуктивности указывают на роль «живого вещества», придающего эти свойства геосистемам. Эти особенности представляет интерес для геоинформационных технологий, развивающих концепцию о дискретно-волновых свойствах любых диссипативных систем (О.В. Петров, 2007).

Начальные концентрации нитратов по ЭАЛ исходной и минеральной полос образуют замкнутые контуры. Наблюдается не аддитивное, а явно выраженное кооперативное взаимодействие между биогеохимическими параметрами исходной и возмущенной полос, относящимся к различным экспозициям склонов.

При асимметричном воздействии на криволинейные почвенные системы (рис.13В)

на асимметричное воздействие следует симметричный ответ (рис. 14). Однако ось симметрии проходит не через водораздел (обозначен 0), соединяющий два склона, а по границе техногенного воздействия (-1). Происходит усиление роли симметрии и уже оба биогеохимических параметра (r и K) образуют пространственные профили листообразной формы, подчиняющиеся закономерностям нелинейной симметрии.

 Зависимость параметров нитрификации по элементарным ареалам ландшафта в-17

Рис.14. Зависимость параметров нитрификации по элементарным ареалам

ландшафта в криволинейном почвенном теле (затемненные точки

соответствуют возмущенному состоянию)

Левые верхние части этих структур (СЗ экспозиция) связаны непосредственно с минеральным воздействием. Правые верхние части подобны левым верхним, хотя минеральное воздействие на них не оказывалось. Левая часть замкнутого контура системы соотносится с правой по законам нелинейной симметрии, т.е. наблюдается фрактальное подобие двух структур, расположенных слева и справа от оси симметрии (рис. 14, рис. 13 В).

Таким образом, полученные в этой главе результаты показали принципиальную невозможность описания рельефа путем введения поправочных коэффициентов к параметрам ЭАЛ плоских почвенных систем. В плоских системах к техногенным и биогенным потокам азота применимы представления об отрицательной обратной связи, которую формально можно интерпретировать и в рамках термодинамических представлений. В криволинейных почвенных телах необходимо выявлять биогеохимические пространственные профили с использованием картографических моделей.

В седьмой главе «Бассейновый принцип оценки загрязнений территорий поллютантами» осуществляется переход от локальных почвенных систем, рассмотренных в предыдущих главах, к локальному водосборному бассейну. Рассматривается экологическое состояние локального водосборного бассейна рек Каменка и Мжара. Принцип сопряжения ландшафтов связан с переходом к ландшафтам более высоких иерархий. Локальная ландшафтная катена и плоские почвенные системы, на которых в условиях длительных экспериментов изучалось влияние техногенного воздействия на параметры элементарных ареалов ландшафта, расположены в водосборном бассейне рек Каменка и Мжара. Непосредственно в створе этого бассейна расположен известный туристический центр г. Суздаль. Нами показано, что сельскохозяйственные ландшафты, расположенные в этом бассейне, не оказывают на город негативного экологического воздействия (табл. 1.).

Пробы донных отложений отбирались в створе локального водосборного бассейна вблизи заливного Ильинского луга – геохимического барьера Суздаля. В пробах створа водосборного бассейна определялось содержание диоксинов и полиароматических углеводородов (ПАУ). Суммарная эквивалентная токсичность по 25 конгенерам диоксинов составила всего 0,026 пг/г (табл. 2). Это значение в дальнейшем было принято за фоновое, т.к. ПДК для образцов почв может достигать 10 пг/г.

Содержание ПАУ (табл.3) в пробах почвы в створе локального водосборного бассейна приближается к ПДК, например, по бензапирену (ПДК 20 мкг/кг).

Таблица 1

Диапазон изменения содержания тяжелых металлов в пахотных и подпахотных горизонтах серых лесных почв сельскохозяйственных ландшафтов бассейна рек Каменка – Мжара и донных отложениях реки Каменка (выделено курсивом), мг/кг

Валовое содержание Элемента Пахотный горизонт 0-20 см Подпахотный горизонт 20-40 см
1 2 3
Cu 13,5 – 20,8 / 11,3 – 19,8 9,48 – 11,3
Zn 42,7 – 51,8/ 38,4 – 50,5 40,1 – 53,2
Ni 19,3 – 26,4/ 13,6 – 25,6 15,6 – 23,7
Продолжение табл.1
1 2 3
Cd 0,63 – 0,71 / 0,28 – 0,43 0,37 – 0,42
Pb 11,0 – 19,8 / 14,3 – 28,8 9,2 – 10,6
Co 10,3 – 11,5 / 4,81 – 6,54 5,69 – 6,5
Mn 280 – 370/ 198 – 310 80,3 – 91,4

Таблица 2

Концентрации ПХДД и ПХДФ в почвенных пробах створа локального водосборного бассейна рек Каменка – Мжара

Компонент Содержание компонентов в пробе почвы, пг/г Компонент Содержание компонентов в пробе почвы, пг/г
2,3,7,8-ТХДД <0,5 1,2,3,7,8,9-ГкХДФ <0,5
1,2,3,7,8-ПеХДД <0,5 1,2,3,4,6,7,8-ГпХДФ <0,5
1,2,3,4,7,8-ГкХДД <0,5 1,2,3,4,7,8,9-ГпХДФ <0,5
1,2,3,6,7,8-ГкХДД <0,5 ОХДФ <0,5
1,2,3,7,8,9-ГкХДД <0,5 Сумма др. ТХДД <0,5
1,2,3,4,6,7,8-ГпХДД <0,5 Сумма др. ПеХДД 13,9
ОХДД 26,5 Сумма др. ГкХДД <0,5
2,3,7,8-ТХДФ <0,5 Сумма др. ГпХДД <0,5
1,2,3,7,8-ПеХДФ <0,5 Сумма др. ТХДФ <0,5
2,3,4,7,8-ПеХДФ <0,5 Сумма др. ПеХДФ <0,5
1,2,3,4,7,8-ГкХДФ <0,5 Сумма др. ГкХДФ <0,5
1,2,3,6,7,8-ГкХДФ <0,5 Сумма др. ГпХДФ <0,5
2,3,4,6,7,8-ГкХДФ <0,5
ТЭ = FiСi 0,026

Таблица 3

Содержание полиароматических углеводородов (ПАУ) в почвенных пробах

створа локального водосборного бассейна рек Каменка – Мжара

Название ПАУ Содержание в почве, мкг /кг
Фенантрен 51,4
Антрацен 5,4
Флуорантен 99,0
Пирен 72,9
Бенз[а]- Антрацен 33,9
Хризен 22,9
Бензо[b]- Флуорантен 15,2
Бензо[k]- Флуорантен 8,6
Бенз[а]- Пирен 19,3
Индено - [1,2,3, c, d]- Пирен 9,5


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 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.