ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 131
Скачиваний: 0
СОДЕРЖАНИЕ
химических элементов в земной коре
Особенности распределения химических
2.3. Биологический круговорот химических
2.4. Природные вариации концентраций
химических элементов в организмах
БИОГЕОХИМИЯ ГАЗОВОЙ ОБОЛОЧКИ ЗЕМЛИ
3.1. Биогеохимическая эволюция состава
организмов в массообмене газов
3.2. Геохимия и биогеохимия аэрозолей
3.3. Значение атмосферного массопереноса
водорастворимых форм химических
4.1. Состав Мирового океана — результат
4.3. Трансформация геохимического состава
природных растворов на контакте речных и
5.1. Планетарное значение педосферы
5.2. Органическое вещество педосферы
5.3. Роль почвы в регулировании
углерод-кислородного массообмена
5.4. Биогеохимическая трансформация
минерального вещества педосферы
5.5. Проблема возникновения почв и
эволюция почвообразования в истории
5.6. Распределение рассеянных элементов
биогеохимических циклов тяжелых
ГЛОБАЛЬНЫЕ БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ
7.2. Влияние живого вещества на
геохимию кислорода и водорода в биосфере
7.5. Общие черты циклов и распределения
В БИОСФЕРУ В РЕЗУЛЬТАТЕ МОБИЛИЗАЦИИ ИЗ ЗЕМНОЙ КОРЫ
8.5. Общие черты циклов и распределения
9.3. Общие черты циклов и распределения
масс тяжелых металлов в биосфере
10.1. Биогеохимическая зональность
10.2. Геохимическая неоднородность
10.3. Элементарный ландшафт (элементарная
хорологическая единица биосферы Мировой
11.1. Биогеохимия арктических ландшафтов
12.1. Биологический круговорот элементов
12.3. Водная миграция элементов в зоне
бореальных и суббореальных лесов
13.1. Биологический круговорот элементов
в аридных растительных сообществах
13.2. Особенности биологического
круговорота в экстрааридных пустынях
13.3. Биогеохимические особенности
13.4. Взаимосвязь биогеохимических
процессов с водной и атмосферной
миграцией элементов в аридных условиях
БИОГЕОХИМИЯ ТРОПИЧЕСКОГО ПОЯСА
14.1. Биологический круговорот химических
элементов в распространенных тропических
14.2. Биогеохимические особенности
15.2. Поступление тяжелых металлов
в экогеосистемы островов из атмосферы
биогеохимических циклов хозяйственной
деятельностью человеческого общества
16.2. Локальные (импактные) антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов
Систематическое удаление металлов с водным стоком и выделение их из раствора в прочно фиксированное состояние в мертвом органическом веществе постоянно восполняется поступлением новых масс подвижных форм, поддерживающих биологический круговорот и функционирование экогеосистемы арктической тундры в целом. Главными источниками поступления водорастворимых форм металлов служат океанические аэрозоли, выпадающие с атмосферными осадками, и минералы почвообразующих пород, содержащие рассеянные металлы.
Имеющиеся материалы позволяют оценить мигрирующие массы тяжелых металлов в арктических тундрах острова Шпицберген. Исходя из ранее приведенных данных о концентрации металлов в снеге, величина поступления металлов на западном побережье острова Шпицберген для слоя атмосферных осадков 100 мм/год может быть оценена следующим образом (г/год): железа — 27,5; марганца — 0,8; цинка — 31,1; меди — 1,7; свинца — 0,9; никеля — 0,3.
Согласно А.А.Тишкову (1983) в тундровой растительности на низкой террасе в районе Баренцбурга суммарная масса живых растений составляет 2,9 т/га сухого вещества, количество мертвого растительного материала — 9,6 т/га, годовой прирост (продуктивность) — 0,6 т/га. Годовой прирост растительности из разобщенных куртинок ивы полярной (Salixarctikd) на острове Корнуо-лис (Канадский Арктический архипелаг) составляет всего 0,03 т/га. Поданным В.Д.Александровой (1971), наиболее обильная растительность на острове Земля Александры (архипелаг Земля Франца-Иосифа) приурочена к высокой морской террасе (20 — 22 м над уровнем моря). В растительности преобладают мхи и цетрари-евые лишайники. Живая фитомасса равна 1,6 т/га, масса отмерших органов примерно такая же.
На основании приведенных данных и определенных нами средних концентраций тяжелых металлов в тундровой растительности западного побережья острова Шпицберген в табл. 11.2 представлено распределение масс металлов. Поступление металлов с осадками рассчитано на 300 и 400 мм/год в соответствии с количеством осадков на западном побережье острова.
Сопоставляя количество металлов, захватываемых приростом и поступающих с атмосферными осадками, можно заметить, что поступающих с осадками железа и марганца значительно (на математический порядок) меньше, чем их содержится в годовом приросте. В то же время другие металлы, например медь, поступают из тропосферы в таком количестве, что могут обеспечить прирост и, следовательно, нормальное функционирование экогеосисте-мы арктической тундры. Поступление цинка и свинца из тропосферы даже несколько превышает «норму» захвата этих элементов в биологический круговорот. Возможно, этот факт свидетельствует о повышении концентрации указанных металлов в арктической тропосфере. Однако существующее положение не приводит к нарушению функционирования экосистемы. Регулирование миграционных потоков осуществляется в почве путем взаимосвязанных процессов трансформации соединений металлов с образованием их форм, доступных растениям или мигрирующих с водным стоком. Избыточные количества металлов частично фиксируются мертвым органическим веществом, частично удаляются с водным стоком. Судя по концентрации этих металлов в аккумуляциях торфа в заболоченных долинах, значительная часть избыточных масс свинца связывается в мертвом органическом веществе, в то время как цинк преимущественно выносится с водным стоком.
Таблица 11.2
Массообмен тяжелых металлов в экосистеме арктической тундры острова Шпицберген (по В. В Добровольскому, 1989)
Металл | Округленная средняя концентрация в растительности, мкг/г сухого вещества | Масса металла, г/га | Поступление металла с осадками, г/га год | ||
в живой фито-массе | в мертвом органическом веществе | в годовом приросте | |||
Fe | 2000,0 | 5800,0 | 19200,0 | 1200,0 | 82,5- 110,0 |
Мn | 150,0 | 435,0 | 1440,0 | 90,0 | 2,4-3,2 |
Zn | 60,0 | 174,0 | 576,0 | 36,0 | 93,3- 124,4 |
Сu | 6,3 | 18,3 | 60,5 | 3,8 | 5,1 -6,8 |
Ni | 4,3 | 12,5 | 41,3 | 2,6 | 0,9-1,2 |
РЬ | 3,7 | 10,7 | 35,5 | 2,2 | 2,7-3,6 |
Со | 1,0 | 2,9 | 9,6 | 0,6 | 0,9- 1,2 |
Экогеосистемы заболоченных ледниковых долин, находящиеся в геохимически подчиненном положении по отношению к ландшафтам арктических тундр, получают с поверхностным стоком дополнительное количество элементов минерального питания, в том числе тяжелых металлов. Это способствует увеличению годового прироста в 3 — 4 раза по сравнению с растительностью арктических тундр и соответственному возрастанию масс металлов, вовлекаемых в биологический круговорот. Высокая продуктивность мохово-болотной растительности, в свою очередь, обусловливает накопление значительного количества мертвого органического вещества,
обогащенного тяжелыми металлами, особенно железом и марганцем. Запасы металлов в торфе заболоченных долин оцениваются следующими значениями: железа — десятки килограммов на 1 га, марганца — 1 — 2 кг/га, цинка — 100 — 300 г/га, меди, свинца, никеля — десятки граммов на 1 га.
11.2. Биогеохимия тундры
Тундровые ландшафты занимают крайнюю северную полосу материковой суши, контактирующую с морями Арктического бассейна. Климатические условия тундровой зоны дают возможность для большей активности биогеохимических процессов по сравнению с Арктикой. Тундровая растительность состоит из мхов, лишайников, травянистых растений, кустарничков и кустарников. В северных вариантах преобладают мхи и лишайники, на крайнем юге — кустарники. Типичная тундровая растительность имеет мохово-кустарничково-травянистый состав.
Почвенная микрофлора разнообразна; численность микроорганизмов выше, чем в арктических почвах. Количество бактерий колеблется от 500 до 3 500 103 экземпляров в 1 г почвы.
Содержание зольных элементов и азота в биомассе тундровой растительности примерно равно. Среди зольных элементов наибольшие концентрации свойственны кальцию, калию, магнию, фосфору и кремнию. Концентрации других элементов редко превышают 0,1 %.
Изучение рассеянных элементов в растениях, почвах и рыхлых почвообразующих породах тундровых ландшафтов Кольского полуострова (Добровольский В. В., 1963), полуострова Ямал (Московченко Д. В., 1995), северной части Евразии (Евсеев А. В., 1992), Аляски (Шаклетт X.Т., 1962) показало, что разные систематические группы растений селективно поглощают подавляющую часть тяжелых металлов, в то время как титан, цирконий, иттрий, галлий поглощаются слабо. На рис. 11.1 приведены графики интенсивности поглощения рассеянных элементов распространенными растениями тундры, расположенной на плоских поверхностях Хибинского горного массива (Кольский полуостров). Значения К6 свинца, цинка, олова, никеля и меди на математический порядок больше значений К6циркония, титана, ванадия.
Рис. 11.1. Интенсивность биологического поглощения металлов
типичными растениями Хибинских тундр (по В.В.Добровольскому,
1963):
1 — лишайники; 2 — мхи; 3 — злаки; 4 — камнеломки
Особенно заметно отражают изменение концентраций металлов камнеломки (представители рода Saxifraga) и мхи (бриофиты). Х.Т. Шаклетт провел детальные биогеохимические исследования в
тундровых ландшафтах Аляски и установил, что бриофиты могут выдерживать более высокие концентрации металлов, чем сосудистые растения. Некоторые мхи являются индикатором залежей руд, содержащих повышенное количество меди.
В условиях хорошего дренажа, существующих обычно на положительных элементах рельефа и склонах, формируются кислые бурые тундровые почвы. Для них характерна аккумуляция слаборазложившихся растительных остатков и образование обособленного торфянистого горизонта. Ниже этого горизонта профиль почв мало дифференцирован. В маломощном и плохо выраженном гумусовом горизонте, расположенном под торфяным горизонтом, содержание гумуса около 1 — 2,5%.В составе гумуса преобладают хорошо растворимые фульвокислоты; рН почв в верхних горизонтах приближается к 5. Кислые почвенные растворы способствуют водной миграции металлов преимущественно в виде комплексных органических соединений.
На территории низменных равнин с затрудненным дренажем в нижней части почвенного профиля устойчиво существуют условия дефицита кислорода. Это способствует формированию тущ рово-глеевых почв с глеевым горизонтом серого цвета. Горизог начинается сразу под торфяно-гумусовым горизонтом и продолжается до поверхности вечной мерзлоты. Иногда между гумусовым горизонтом и оглеенной частью почвенного профиля обоcобляется маломощный горизонт с чередованием серых и ржавых пятен, свидетельствующих об осаждении гелей оксидов Fe3+ и органоминеральных соединений.
Биомасса растительности тундровых экогеосистем возрастает по мере перехода от лишайниково-моховой тундры к кустарничковой от 4,0 — 7,0 до 28,0 — 29,0 т/га сухого вещества. В переходной подзоне лесотундры биомасса превышает 100 т/га. Масса органического вещества, находящегося на поверхности почвы и состоящего из оторфованных растительных остатков, достигает 80 — 90 т/га сухого вещества. В северных вариантах тундры биомасса растительности составляет более 50 % от суммарной массы растительности и мертвого органического вещества. По направлению к югу это соотношение меняется, и в кустарничковых тундрах биомасса меньше массы растительных остатков. Характерная черта структуры тундровой растительности — сильное преобладание массы подземных органов растений (70 — 80 %) над массой надземных органов.