Диссертация (1154527), страница 39
Текст из файла (страница 39)
ПОТЕНЦИАЛ БИОТИЧЕСКОГО БЛОКА ЛЕСНЫХЭКОСИСТЕМ ПО ИММОБИЛИЗАЦИИ И МОБИЛИЗАЦИИ ТЯЖЕЛЫХМЕТАЛЛОВ И РАДИОНУКЛИДОВ6.1. Тяжелые металлы (Cu, Zn, Cd)Интегральным отражением специфики биопоглощения и локализации ТМ вразличных компонентах фитомассы лесных экосистем являются величинызапасов металлов, рассчитанные с учетом биомассы, породного состава лесов идоли лесопокрытой площади (табл.
6.1). Таким образом, факторами, влияющимина величину запасов фитомассы, являются, помимо состояния древостоя (еговысоты, диаметра, полноты) и его видового состава, также наличие необлесенныхболот,водныхобъектов,вырубок,просек,дорогииныхобъектовинфраструктуры. Коэффициент корреляции между запасами стволовой древесиныв лесных кварталах и долей их лесопокрытой площади равен +0,71. Помимостаровозрастных насаждений, в расчетах учтены также запасы фитомассымолодняков, болот и антропогенно измененных земель, не покрытых лесом,следовательно, оценки, приводимые в настоящей главе, максимально точноотражают реальные масштабы биогеохимических круговоротов в ЮжнойМещере.В приведенных в табл.
6.1 значениях запасов ТМ проявляются наиболеехарактерные закономерности их транслокации, аккумуляции и барьерныхмеханизмов в растительности лесных экосистем.Во-первых, как следует из табл. 6.1, на долю стволовой древесиныприходится около 59% биомассы фитоценоза, однако с данной фракциейфитомассы ассоциировано менее половины запасов ТМ (23-40% от общегоколичества запасов ТМ в биоблоке экосистем).
При этом минимальноенакопление в стволовой древесине характерно для Zn (22,6%), что еще разиллюстрирует закономерность, рассмотренную в главе 5.1. Zn, существенная долякоторого в ксилемном соке мигрирует в комплексе с хелаторами, поступает вветви и листья деревьев, в то время как его геохимический аналог Cd,мигрирующий в ксилемном соке в основном в свободной ионной форме (Cd2+),197накапливаетсявксилеме,притягиваясьотрицательнымизарядамиполигалактуроновых кислот клеточных стенок.Таблица 6.1 – Запасы органического вещества и тяжелых металлов в лесныхэкосистемах Южной Мещеры *Ярусы, фракции фитомассыБиомассат/га%Cuг/га%Znг/га%Надземная частьПодземная частьДревесный ярус63,91 58,7 116,80 39,7 617,69Древесина ствола6,726,2 20,54 7,0 502,76Кора стволаДревесина толстых4,924,58,152,870,26ветвей1,131,0Кора толстых ветвей3,111,1 109,943,873,6 24,24 8,2 225,04Тонкие ветви3,703,4 26,43 9,0 337,68Хвоя, листваИтого в надземной84,24 77,4 199,27 67,8 1863,37фитомассе6,996,4 14,94 5,1 109,26КомельДревесина толстых5,625,2 12,48 4,276,80корней2,212,0 10,71 3,6 181,60Кора толстых корней4,243,9 21,00 7,1 234,07Тонкие корниИтого в подземной19,05 17,5 59,12 20,1 601,74фитомассеПодлесок, травяно-кустарничковый и5,525,1 35,69 12,1 269,18мохово-лишайниковый ярусы108,81 100 294,08 100 2734,30Итого по фитоценозуCdг/га%22,6 11,00 36,618,4 2,48 8,32,61,464,94,08,212,30,591,591,262,05,34,268,1 18,39 61,24,02,438,12,82,177,26,68,61,492,695,08,422,08,7829,29,82,899,610030,06100Примечание.
* Рассчитано в среднем для территории Солотчинского лесхоза с учетоммолодняков и структуры земель лесного фонда лесхоза (болот, вырубок и т.д.).Сопоставление процентной доли ТМ, ассоциированной с той или иной фракциейфитомассы, с процентной долей биомассы (или продуктивности – см.
табл. 6.2) самой фракции,позволяет судить о рассеянии или накоплении элемента в данной фракции. Полужирнымшрифтом отмечены случаи накопления ТМ в соответствующих биообъектах (% ТМ больше %биомассы (продукции), приходящейся на данную фракцию); полужирным шрифтом сподчеркиванием – случаи интенсивного накопления (% ТМ в 2 и более раза больше %биомассы (продукции), приходящейся на данную фракцию); курсивом – случаи рассеяния (%ТМ меньше % биомассы (продукции), приходящейся на данную фракцию); курсивом сподчеркиванием – интенсивного рассеяния (% ТМ в 2 и более раза меньше % биомассы(продукции), приходящейся на данную фракцию)Во-вторых, характерной особенностью биофильных ТМ (Cu и Zn) являетсяих интенсивное накопление в тонких ветвях и фотосинтезирующих органах.Накопление Cd в данных фракциях фитомассы снижено из-за существованиябиологического барьера (повышения избирательности мембранных транспортныхсистем).
Для Zn также типична интенсивная аккумуляция в коре деревьев.198В-третьих, для рассматриваемых ТМ и особенно для токсичного Cdхарактерно накопление в подземной биомассе (преимущественно в тонкихкорнях), связанное с существованием биологического барьера (поясков Каспари),препятствующего их интенсивной транслокации в надземные органы.Полученная нами информация о содержании ТМ в растениях подлеска,травяно-кустарничкового и мохово-лишайникового ярусов (см. Приложение И), атакже значения запасов их биомассы и продукции (табл.
2.8) позволили выйти наоценку запаса и ежегодной аккумуляции ТМ, ассоциированных с нижнимиярусами сообществ (рис. 6.1). Как следует из табл. 6.1, для Cu, Zn и Cd характернонакопление в нижних ярусах фитоценозов. Доля биомассы и запасов ТМ,ассоциированных с нижними ярусами, составляет 5,1-12,1% от общего количествазапасов биомассы и ТМ в биоблоке экосистем. При этом вклад растений нижнихярусов в продукционные процессы почти в 5 раз выше, чем в запасы вещества, всоответствии с этим возрастает и их роль в фиксации ТМ в ежегодном приростебиомассы (табл. 6.2).Как следует из табл. 6.2, долговременная иммобилизация ТМ в тканяхстволов (в ежегодном приросте древесины и коры) составляет 5,5-7,5% отвеличины суммарной ежегодной фиксации ТМ в приросте всех основныхкомпонентовфитоценоза.Иммобилизациявстволахдеревьевявляетсяважнейшим источником естественной биогеохимической буферности экосистем кпотенциальному загрязнению, поскольку обеспечивает не только долговременноеизъятие элементов из миграции, но и вероятное последующее их отчуждение прирубках.
В целом – на фоне рецикличной миграции – такая иммобилизацияневелика: как следует из табл. 6.2, циклические потоки ТМ, связанные собновлением листвы, хвои и тонких корней, в 6,8 (Cd) – 11,3 (Zn) разамасштабнее. Наиболее существенны циклические потоки для биофильного Zn,интенсивнопоглощаемогогумидокатнымивидамиинакапливаемоговметаболически активных тканях. Минимальный масштаб рецикличной миграциихарактерен для токсичного Cd, что связано как с его ограниченной транслокациейв тонкие ветви и листья, так и с повышенной аккумуляцией в древесине стволов.19980а)7060Cu501 (г/га)402 (г/га/год)3020100А1А2А3А4А5В2В3В4В5С2; С3 С4; С5Типы лесорастительных условий600б)500Zn4001 (г/га)3002 (г/га/год)2001000А1А2А3А4А5В2В3В4В5С2; С3 С4; С5Типы лесорастительных условийв)65Cd41 (г/га)32 (г/га/год)210А1А2А3А4А5В2В3В4В5С2; С3 С4; С5Типы лесорастительных условийРисунок 6.1 – Запасы тяжелых металлов (а – Cu; б – Zn; в – Cd) в фитомассенижних ярусов (1) и количество ТМ, ежегодно фиксируемое в приростефитомассы нижних ярусов (2) подтаежных сообществ Южной Мещеры дляразличных типов лесорастительных условий200Таблица 6.2 – Биологическая продуктивность лесных экосистем Южной Мещерыи вовлечение тяжелых металлов в продукционные процессыЯрусы, фракции фитомассыНадземная частьПодземная частьДревесный ярусДревесина стволаКора стволаДревесина толстыхветвейКора толстыхветвейТонкие ветвиХвоя, листваИтого в надземнойфитомассеКомельДревесина толстыхкорнейКора толстыхкорнейТонкие корниИтого в подземнойфитомассеПодлесок, травянокустарничковый имохово-лишайниковый ярусыСредняя аккумуляция вежегодно нарастающем слоеторфа (0,218 мм)Итого по фитоценозуПродукцияорганическоговеществат/га×год%Тяжелые металлы в продукции, г/га×год(1) и % (2)1,3020,14915,71,8Cu122,3055,10,4571,0Zn113,51511,40123,02,5Cd120,230 5,90,057 1,50,1061,30,1760,41,5110,30,0310,80,0240,30,0880,22,3500,50,0130,30,5521,6066,619,33,58611,7697,925,913,381165,9273,037,00,2250,5915,815,23,74044,918,38240,4208,08446,51,14829,60,1191,40,2530,61,9180,40,0260,70,0730,90,1640,41,0060,20,0170,40,0280,30,1380,32,2620,50,0170,42,15225,910,68323,5116,47626,01,34734,72,37428,511,32824,7121,66227,21,40736,32,08625,115,28833,6115,35425,81,27933,00,1211,50,5631,22,8110,60,0461,28,32010045,471100447,9111003,880100Примечание: см.
примечание к табл. 6.1Определенную прибавку к иммобилизации ТМ в приросте стволовойдревесины и коры может дать аккумуляция элементов в ежегодно нарастающемслое торфа, которая также представляет собой долговременное изъятие ТМ измиграции и, следовательно, фактор естественной буферности экосистем.Согласно нашим расчетам (см. табл. 6.2), аккумуляция ТМ в ежегоднонарастающем слое торфа в 5-10 раз меньше их долговременной иммобилизации втканях ствола (11-20% от величины ежегодной долговременной иммобилизации встволе).
Величины ежегодного прироста ствола и ежегодного нарастанияторфяной массы в Южной Мещере различаются в среднем в 12 раз и составляютсоответственно 17,5 и 1,5% от общей продукции экосистем. Разница в масштабах201ежегодных приростов ствола и торфяных аккумуляций – это одна из причинразличий в величине аккумуляции ТМ в тканях ствола и в торфе. Вторая причина(особенно значимая для Zn) – это особенности химического состава растений иторфа. Согласно результатам изучения пирогенной и биогенной трансформациимикроэлементного состава зольной части торфа (Тобратов С.А., Железнова О.С.,2016), ее состав формируется «по остаточному принципу»: в золе торфанакапливаются наиболее стабильные и наименее эссенциальные элементы (Al, Si,Mg),тогдакакмикроэлементытяготеюткпребываниювсоставефункционирующего, а не захороненного органического вещества.На рис.
6.2 (а) показана структура земель лесного фонда для Солотчинскоголесхоза. Рис. 6.2 (б-е) и материалы Приложения М иллюстрируют масштабыбиогеохимических круговоротов на землях лесхоза, относящихся к разнымкатегориям. Как следует из приведенных материалов, максимальный потенциалгеохимической устойчивости характерен для старовозрастных насаждений: на ихдолю приходится максимальный процент биомассы и продукции тканей ствола(83 и 63%, соответственно), превышающий долю их площади в структуре земельлесного фонда (55%).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
