Диссертация (1154527), страница 41
Текст из файла (страница 41)
6.3 следует, что геохимические функции и потенциальнаяопасность ТМ определяются степенью их биофильности: чем она выше, тембезопаснее потенциально возможное антропогенное поступление элемента, тогдакак в случае с типичными токсикантами даже текущий уровень атмосферныхвыпадений может оказаться избыточным.Индикатором биофильности может служить сопоставление объемоврецикличной миграции ТМ с их «актуальными» (доступными для поглощения)запасами в почве. Как следует из табл. 6.3 и рис. 6.9, «актуальные» почвенныезапасы биофильных Cu и Zn превышают масштабы их рецикличной миграциисоответственно в 2,3 и 4,8 раза.
Следовательно, полное обновление «актуальных»214запасов Cu и Zn за счет биопоглощения и разложения опада происходит в среднемза 2-5 лет. Для токсичного Cd масштабы рецикличной миграции меньше почти в19 раз (рис. 6.9). Сравнение единовременных запасов ТМ на территории (строка«содержание в биоблоке» в табл. 6.3) с ежегодной рецикличной миграциейпоказывает, что ежегодно обновляется 11,5-15% запасов элементов, причем длябиофильных Cu и Zn эти величины максимальны и очень близки (14,1 и 15,0%,соответственно).Таблица 6.3 – Баланс тяжёлых металлов в лесных экосистемах Южной МещерыСтатьи балансаЗапасы в 0-10 см слоеминеральных и органическихпочв (г/га)• валовое содержание• «потенциальные запасы»• «актуальные запасы»Содержание в биоблоке (г/га)• в т.ч. в надземной части0древесного ярусаРецикличная миграция *(г/га*год)• в т.ч. при обновлениихвои и листвы• в т.ч. при обновлениитонких корнейПоступление с атмосферными+ осадками и «сухими»пылевыпадениями (г/га*год)Долговременнаяиммобилизация в фитомассе **(г/га*год)• в т.ч.
в древесине и корестволов– Накопление в ежегоднонарастающем слое торфа(г/га*год)Вынос с поверхностнымиводами (г/га*год)Сумма расходных статейбаланса (г/га*год)Невязка баланса (г/га*год)CuZnCd12 (%)12 (%)12 (%)2746,7924,494,835473,411938,21224,022738,94023,01959,029834,45278,32570,2148,798,164,03463,02284,61491,8294,083799,52734,303587,430,06700,2199,272574,51863,372444,718,39428,441,326533,9411,138539,43,44280,211,769152,1165,927217,70,59113,810,683138,0116,476152,81,34731,47,74100,076,22100,04,293100,03,01539,026,83435,20,3137,32,76235,724,91632,70,2876,70,5637,32,8113,70,0461,12,5833,350,4466,21,54335,96,1679,680,09105,11,90244,3+1,58+20,40-3,87-5,08+2,39+55,67215Примечания к табл.
6.3. Статьи баланса: «+» – приходная, «–» – расходные, «0» стационарные составляющие миграционных процессов (геохимический фон ландшафта, вневозмущенных условиях среды равновесный с входными и выходными потоками вещества).Расчет произведен относительно приходной статьи баланса в соответствии с идеологиейметода критических нагрузок (Manual on Methodologies ... , 2004).В идеальных условиях атмосферная поставка ТМ должна уравновешиваться расходнымистатьями. Отрицательная невязка баланса свидетельствует о дефицитности элемента длябиоблока экосистем (покрывается за счет выветривания, вовлечения в питание растенийтранзитных потоков грунтовых вод, а также процессов «самоподкормки» (Учватов В.П., 1994));положительная невязка – индикатор избыточности (приводит к возрастающим год от годааккумуляциям избытка элемента в почвах и отчасти в фитомассе, что в конечном итоге можетвыводить природные системы из геохимического равновесия и способствовать развитиютоксических эффектов).*Ежегодно обновляемая часть биообъектов с небольшим характерным временем жизни(ветвей, корней, хвои, листвы, побегов трав и кустарников, таллома лишайников и т.п.).**Накопление в ежегодном приросте стволовой древесины, коры ствола, а такжедревесины и коры комлевой части деревьев.
Наибольшее значение при оценках геохимическойустойчивости имеет накопление в надземной древесной массе, которая, в отличие от комля,подвергается отчуждению из ландшафта при рубках. Как видно из таблицы, на нее приходитсяоколо 90% долговременной биогенной аккумуляции ТММинимальное участие в рецикличной миграции и минимальный процентобновления (11,5%) характерны для токсичного Cd; при этом роль тонких корнейв 2,3 раза превышает роль хвои и листвы. Это является отражениемустановленнойвглаве5.1закономерностиповышенияселективностибиопоглощения ТМ в надземной фитомассе, что связано с необходимостьюзащиты фотосинтезирующих органов от токсичных элементов. Для Cu и особеннодля Zn, напротив, наиболее масштабные рецикличные потоки связаны собновлением хвои и листвы.
Помимо минимального участия в рецикличноймиграции, для Cd также характерно в 5 раз меньшее вовлечение вдолговременную биоаккумуляцию и в торфонакопление по сравнению с Cu и Zn(относительно современных уровней атмосферной поставки каждого из них:соответственно 7,3% (Cd) против 35-39% (Cu и Zn) и 1,1% (Cd) против 3,7-7,3%(Cu и Zn)).Анализ балансовых расчетов свидетельствует о том, что в экосистемахЮжной Мещеры Zn является слабодефицитным элементом (невязка балансаравна -5,1%), а Cu и Cd – избыточными (невязка балансов равна +20,4% и +55,7%,соответственно) (табл.
6.3, рис. 6.10).216а) Cu25025002002000150б) Zn3000г/гаг/га300150010010005050000в) Cd6050г/га403020100Содержание в биоблокеРецикличная миграция (г/га/год)"Актуальные" почвенные запасыРисунок 6.9 – Содержание тяжелых металлов в биоблоке, масштабы ихрецикличной миграции и «актуальные» (доступные для биопоглощения)почвенные запасы в экосистемах Южной Мещеры100Атмосферные выпадения75Долговременная иммобилизацияв древесине ствола5025Долговременная иммобилизацияв коре ствола%0Долговременная иммобилизацияв комле-25-50Вынос с поверхностнымиводами-75Накопление в ежегоднонарастающем слое торфа-100-125CuZnCdРисунок 6.10 – Баланс тяжелых металлов в лесных экосистемах Южной Мещеры217Как следует из рис.
6.10 и табл. 6.3, главной причиной дефицитности Zn –типоморфного элемента кислых гумидных ландшафтов – является его активнаямиграция в водной среде и, как следствие, повышенный водный вынос.Примечательно, что, несмотря на активное поглощение Zn подтаежнойгумидокатной растительностью, его участие в биогенной миграции в процентномотношении аналогично Cu. Так, масштабы рецикличной миграции Cu и Zn в 5 раззначительнее их атмосферных выпадений, а долговременная иммобилизация вфитомассе составляет 35-39% от уровней атмосферной поставки каждого из них.Следовательно,биотическийблокподтаежныхэкосистемспособениммобилизовать менее половины (39-46%) атмосферных выпадений Zn и Cu (засчет аккумуляции в приросте древесины и коры стволов и комлевой частидеревьев, а также накопления в ежегодно нарастающем слое торфа).
Приуменьшении доли антропогенно измененных земель (пустошей) и увеличениилесопокрытойплощадирольбиотическогоблокавдолговременнойиммобилизации Cu и Zn возросла бы; в соответствии с этим повысился быдефицит Zn и снизилась избыточность Cu, приход и расход которой стал бы болеесбалансированным.Следует подчеркнуть, что в иммобилизации Zn важную роль играет кораствола: она иммобилизует 15% атмосферной поставки Zn и лишь немногимуступает по данному показателю стволовой древесине (18%) (рис.
6.10). Для Cu,напротив, наблюдается существенное различие в иммобилизующей способностидревесины и коры: ежегодное накопление Cu в приросте древесины в пять раззначительнее,чемвкоре.Данныеособенностиявляютсяотражениемзакономерностей транслокации и аккумуляции элементов, установленных в главе5.1: накопления Zn в коре гумидокатных видов; его ограниченной аккумуляции вдревесине из-за миграции в ксилемном соке в комплексе с хелаторами;повышенной аккумуляции в древесине Cu, связанной с ее важной ролью влигнификации ксилемы, с высоким сродством к материалу клеточных стенок инизкой мобильностью в древесине.218Наиболее опасна положительная невязка баланса в отношении токсичногоCd.
Как следует из рис. 6.10 и табл. 6.3, биотический блок способениммобилизовать менее 10% (8,4%) атмосферной поставки Cd, что полностьюсогласуется с ранее полученными данными для центра Русской равнины(Тобратов С.А., 2014). При этом сокращение площади пустошей и повышениелесистости территории принципиального влияния на баланс Cd, по-видимому, неокажет в связи с его низкой биофильностью.При потенциальном техногенном загрязнении наибольшая устойчивостьэкосистем Южной Мещеры будет проявляться в отношении Zn. При этомтекущий (и отнюдь не экстремальный) уровень атмосферных выпадений Cu иособенно Cd уже является избыточным.
Проблема избыточности Cd усугубляетсяего высокой подвижностью в кислой среде и сходством строения его атома сатомом Zn, в связи с чем Cd способен идти по пути Zn при биопоглощении.Согласноопубликованнымданным(МосковченкоД.В.,2006),среднеесодержание Cu, Zn и Cd в золе торфов Западной Сибири составляетсоответственно 144; 414 и 0,93 мг/кг, тогда как по полученным нами результатамв Южной Мещере они соответственно равны 43, 230 и 3,77 мг/кг. Длябиофильных Cu и Zn, следовательно, характерно избирательное поглощение иззольной части торфов вегетирующей растительностью, в то время как токсичныйCd накапливается в торфе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
