ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 28.03.2024
Просмотров: 199
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
Мангровая растительность чутко отражает изменение содержания металлов в окружающей среде. Из данных табл. 14.7 видно, что в листьях и тонких ветвях мангровых деревьев, растущих в приливно-отливнои зоне островов, сложенных магматическими породами, железа более 300 мкг/г, марганца более 50 мкг/г золы, в то время как в аналогичных видах, произрастающих в лагунах коралловых островов, содержание железа не достигает 200 мкг/г, а марганца — 40 мкг/г золы. Для стронция распределение концентраций противоположное: в листьях мангровых деревьев на коралловых островах содержание этого элемента более 1000 мкг/г золы, а в условиях магматических островов — меньше этого значения.
Таблица 14.7
Концентрация тяжелых металлов и стронция в мангровой
растительности островов Индийского океана, мкг/г золы
(по В.В.Добровольскому, 1990)
Растительное сообщество | Химический элемент | ||||||
Fe | Мn | Zn | Сu | Рb | Ni | Sr | |
Мангры коралловых островов | |||||||
Rhizophoramucronata: о. Северный Пуавр, листья и тонкие ветви | 126,3 | 36,8 | 28,4 | 18,4 | 0,0 | 5,0 | 1200,0 |
о. Южный Пуавр, листья и тонкие ветви | 162,5 | 25,0 | 50,0 | 35,0 | 8,8 | 8,1 | 2000,0 |
о. Северный Фаркуар, листья | 86,6 | 13,8 | 42,0 | 15,8 | 6,9 | 6,0 | 1333,0 |
о. Северный Фаркуар, тонкие ветви | 76,9 | 32,0 | 60,0 | 36,0 | 6,4 | 2,5 | 3200,0 |
Мангры силикатных островов | |||||||
Rhizophoramucronata: о. Силуэт, листья и тонкие ветви | 357,1 | 71,4 | 45,3 | 10,7 | 0,7 | 3,8 | 793,0 |
Bruguieragymnorhiza: о. Силуэт, листья и тонкие ветви | 437,5 | 306,2 | 70,0 | 20,6 | 2,5 | 0,9 | 963,0 |
Полученные данные о зольности вегетативных органов мангровых растений и концентрации в них тяжелых металлов позволяют в первом приближении оценить значения масс тяжелых металлов, захватываемых мангровыми фитоценозами на протяжении года. Наименьшая зольность свойственна ризофорам как «авангарду» мангровых сообществ — 10— 12 %. Учитывая более высокие значения зольности других мангровых деревьев и кустарников, можно считать, что среднее значение зольности вегетативных органов мангровой растительности составляет 10 — 20% от массы сухого растительного вещества.
Сумма зольных элементов, вовлекаемых в биологический круговорот в манграх, определенная на основании данных ученых США Д.Пула, А.Луго и С.Снедакера (1975) и результатов наших исследований, составляет от 8 до 30 ц/га в год, в среднем около 19 ц/га или 190 т/км2 в год. Результаты расчетов массы элементов, захватываемые на протяжении года в биологический круговорот, приведены в табл. 14.8. Средние значения концентрации элементов в золе рассчитаны для мангров, растущих на коралловых рифах и вследствие этого содержащих минимально возможные количества тяжелых металлов.
Мангры с единицы площади захватывают весьма большую массу зольных элементов, соизмеримую смассой, захватываемой тропическим лесом. Но соотношение масс элементов в продукции тропического леса и мангровых зарослей сильно различается. Мангры, растущие на коралловых рифах, захватывают значительно меньше железа и марганца. Массы других тяжелых металлов различаются не так сильно.
Особое место занимает стронций, масса которого в годовой продукции мангров в несколько раз больше, чем в продукции влажного тропического леса.
Таблица 14.8
Массы тяжелых металлов и стронция, вовлекаемые в биологический круговорот в мангровых зарослях
-
Химический элемент
Средняя концентрация в золе, мкг/г
Захватываемая масса, кг/(км2 • год)
Fe
113
21,5
Мn
27
5,1
Zn
45
8,5
Сu
26
4,9
Рb
4,7
1,4
Ni
5,4
1,0
Sr
1920,0
367,0
Поглощаемые деревьями металлы аккумулируются преимущественно в листьях и удаляются по мере их отмирания. Процессы преобразования продуктов растительного опада и почвообразования в мангровых ландшафтах весьма специфичны. Часто деревья растут непосредственно на плотных рифовых известняках, поверхность которых лишена рыхлых образований. В тех случаях, когда имеются карбонатные или карбонатно-глинистые илы, формируются почвы с очень слабо дифференцированным профилем. В нем обычно выделяется только один гумусовый горизонт мощностью от нескольких до 10 см. В микробиологических процессах, протекающих в мангровых почвах, важную роль играют сульфат -редуцирующие бактерии. В условиях неглубокого расположения уровня морской воды (10—15 см) и отсутствия ежесуточных приливов на поверхности почвы образуется маломощный торфянистый горизонт. Примером может служить низменная прибрежная равнина обширного мелководного залива Батабано в юго-западной части Кубы.
Весьма своеобразен состав органического вещества мангровых почв. Содержание гумуса редко превышает 1 % от сухой почвенной массы и лишь в торфянистом горизонте составляет 5 % и более. Большая часть органического вещества мангровых почв представлена устойчивым к разрушению мелким растительным детритом. Количество детрита возрастает с уменьшением размера гранулометрических фракций и в карбонатных мангровых почвах среди частиц < 0,01 мм он составляет больше 95 %. Активные соединения гумуса, извлекаемые экстракцией 0,1 н. раствора NaOH, составляют 10 — 20 % от общего количества органического вещества. В то же время независимо от общего содержания органического вещества в верхнем горизонте почвы легкорастворимые фульватные соединения преобладают над гуматными. Отношение углерода гуминовых кислот к углероду фульвокислот наиболее низкое в почвах, образованных на глинистых илах.
Фульвокислоты быстро нейтрализуются карбонатами, о чем свидетельствует увеличение значения рН водной экстракции от 7,2 — 7,7 в гумусовом горизонте до 8 и более на глубине 10 — 20 см. Носитель основной массы металлов, находящихся в карбонатных мангровых почвах, — дисперсный органический детрит. Часть металлов, освобождаясь при разложении детрита, связывается с водорастворимыми фульвокислотами и выносится из гумусового горизонта до глубины 15 — 20 см. Дальнейшее вымывание затрудняется нейтрализацией фульвокислот и образованием нерастворимых в воде фульватов кальция.
Завершая обзор биогеохимии мангров, следует отметить, что они играют роль биогеохимических фильтров, регулирующих сток химических элементов с побережий в океан. Этим обусловлены главные биогеохимические особенности мангров — их высокая продуктивность и вовлечение в биологический круговорот значительных масс тяжелых металлов и стронция. Величина концентраций железа и стронция в вегетативных органах мангровых деревьев служит индикатором карбонатного или силикатного состава пород, слагающих острова и побережья.
Рекомендуемая литература
Вальтер Г. Растительность Земного шара. — М.: Прогресс, 1968.
Добровольский В. В. Геохимические особенности экваториальных ландшафтов Африки // Геохимия ландшафтов. — М.: Изд-во МГУ, 1975. — С. 110-132.
Контрольные вопросы
1. Дайте оценку распределения живого вещества на территории тропического пояса в связи с разной степенью атмосферного увлажнения.
2. Каковы главные черты структуры биомассы и годовой продукции | в тропических лесах?
3. В чем заключается главная биогеохимическая особенность циклического массообмена тропического леса?
4. Сопоставьте роль бореальных и тропических лесов в глобальном круговороте масс углерода и кислорода.
5. Каковы отличительные особенности тропических почв, содержащих длительную историю развития педосферы тропической суши?
6. Какие миграционные формы металлов преобладают в речном стоке тропического пояса?
7. В чем заключается биогеохимическая специфика мангров?
Тема для самостоятельной работы
По данным, имеющимся в разд. 14.1 и 12.1, сопоставьте массы углерода и двух металлов (по выбору), участвующих в годовом биологическом круговороте тропического и бореального лесов.
Глава 15
ОСОБЕННОСТИ БИОГЕОХИМИИ
МОРСКИХ ОСТРОВОВ
Океан оказывает мощное и разностороннее воздействие на биогеохимические процессы, протекающие на суше. Влияние морских бассейнов на климатические условия обширных территорий обусловливает распространение растительных формаций с разной биомассой и продуктивностью и, следовательно, является важным фактором регулирования массы живого вещества на суше. Вместе с тем в последнее время все более отчетливо выявляется роль океана как источника масс химических элементов и соединений, которые поступают в наземные экогеохимические системы. В разд. 3.3 рассмотрены глобальные аспекты массообмена между океаном и сушей, в настоящей главе изложены результаты изучения биогеохимических особенностей островов, которые испытывают наиболее сильное геохимическое воздействие океана.
15.1. Массоперенос солей.
Роль колоний птиц
Наиболее очевидным геохимическим воздействием моря на сушу является массоперенос морских солей на прибрежную территорию. По данным Э. Эрикссона (1958), на северном побережье Мексиканского залива при среднегодовой скорости ветра 3 м/с через береговую линию протяженностью 1 км в течение года переносится около 3000 т солей. При определенных условиях выпадение морских солей на поверхности суши весьма значительно. Согласно В. М. Боровскому и Е. У. Джамалбекову (1974) на западном окончании полуострова Мангышлак в 1,5 км от берега Каспийского моря за 69 дней выпало около 667 кг/га солей. В то же
время многочисленные данные свидетельствуют, что с удалением от берега моря концентрация растворимых солей в атмосферных осадках быстро уменьшается. Исследования Д. К. Михаленка (1989) на побережье Восточного Крыма показали, что атмосферные осадки с повышенным содержанием ионов морских солей распространяются в глубь территории всего на 10—12 км. По-видимому, зона геохимического воздействия океана на сушу несравнимо меньше ареала гидротермического воздействия, распространяющегося на тысячи километров в глубь континентов. При этом убывание поступающих масс химических элементов происходит очень быстро, возможно, в нелинейной зависимости от расстояния. Следовательно, на континентах влияние массопереноса морских солей ограничено узкой прибрежной полосой и не распространяется на внутриконтинентальные области. Иная ситуация существует на небольших островах, вся территория и биота которых находятся под воздействием массопереноса с моря. По этой причине биогеохимические процессы массообмена на островах обладают специфическими особенностями.
Важное значение имеет не только непосредственное поступление солей на поверхность почвы, но и аккумуляция их растительностью. Для изучения распределения морских солей в растительности прибрежной зоны были проведены детальные исследования на Соловецких островах, расположенных на 65 ° с. ш. в Белом море (Добровольский В. В., Козаренко А. С., 1989). Выбор объекта обусловлен тем, что благодаря низкой ровной поверхности, полого уходящей под уровень моря, и высоким приливам (до 4 — 5 м) на берегах Соловецкого архипелага образовалась широкая прибрежная зона с серией последовательно сменяющихся экотопов.
Таблица 15.1
Концентрация главных солеобразующих катионов в растениях
Соловецких островов по мере их удаления от моря, % сухой массы
Растение | Расстояние от моря, м | Зольность, | Химический элемент | |||
Na | К | Mg | Са | |||
Береза | 5 10 25 50 200 2000 | 3,6 5,2 4,6 4,7 4,6 4,6 | 0,057 0,088 0,032 0,023 0,029 0,050 | 0,58 0,72 0,76 0,60 0,71 0,83 | 0,84 1,10 0,86 0,28 0,88 0,04 | 1,27 1,72 1,49 1,24 1,88 1,45 |
Черника | 10 25 50 100 200 | 3,6 4,1 3,6 4,0 3,7 | 0,230 0,140 0,100 0,100 0,090 | 0,68 0,69 0,60 0,70 0,56 | 0,42 0,48 0,24 0,29 0,30 | 0,59 0,71 0,59 0,56 0,66 |
Лишайник пармелия | 10 25 50 100 200 2000 | 3,6 2,3 2,7 1,6 2,7 2,4 | 0,100 0,047 0,023 0,021 0,037 0,027 | 0,67 0,17 0,32 0,12 0,21 0,19 | 0,45 0,20 0,47 0,13 0,19 0,16 | 1,04 0,46 0,78 0,30 0,89 0,42 |