Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Географические науки
Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Диссертационная работа:

Санникова, Анна Борисовна. Тяжелые металлы в почвах и растениях геохимических ландшафтов Северо-Западного Кавказа : диссертация ... кандидата географических наук : 25.00.23. - Новороссийск, 2005. - 314 с. : ил.

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СтР-

Введение 4

Глава 1. Методика исследований 13

Глава 2. Физико-географические особенности ландшафтов региона и

их геохимическая систематика 18

Глава 3. Влияние горных пород региона на распространенность и

распределение тяжелых металлов в почвах и растениях .... 38

  1. Геохимические особенности горных пород 38

  2. Влияние горных пород на распространенность и распределение тяжелых металлов в почвах 53

  3. Влияние геохимических особенностей горных пород на распространенность и распределение тяжелых металлов в основных растениях региона 73

Л Глава 4. Влияние геоморфологических особенностей на

концентрацию тяжелых металлов в почвах и растениях

геохимических ландшафтов региона 81

Глава 5. Связь физико-химических особенностей почв с

распространенностью и распределением тяжелых металлов

в них и в растениях 95

  1. Взаимосвязь распределения тяжелых металлов в почвах с классами водной миграции 97

  2. Содержание гумуса и концентрации тяжелых металлов в верхнем почвенном горизонте 113

  3. Показатель рН и концентрации тяжелых металлов в гумусовом горизонте почв 119

  4. Распределение тяжелых металлов по вертикальному профилю

,ф почв 125

5.5. Содержания подвижных форм тяжелых металлов в почвах ... 129

5.6. Влияние физико-химических свойств почв на распределение

ряда тяжелых металлов в основных видах растительности ... 134 Глава 6. Влияние состава растительного покрова на содержание

тяжелых металлов в почвах региона 150

  1. Распределение тяжелых металлов в почвах и растениях ландшафтов, отличающихся типом растительного покрова ... 150

  2. Особенности распределения тяжелых металлов в отдельных морфологических частях растений 163

  3. Особенности биологического круговорота тяжелых металлов в лесных ландшафтах Северо-Западного Кавказа 169

Глава 7. Влияние техногенеза на распределение тяжелых металлов в

геохимических ландшафтах региона 177

  1. Общая характеристика техногенных эколого-геохимических преобразований ландшафтов региона 177

  2. Количественная оценка процессов перераспределения тяжелых металлов в техногенных ландшафтах 180

  3. Изменение особенностей распределения тяжелых металлов в почвах и растениях аналогичных биогенных ландшафтов в условиях воздействия различной по интенсивности техногенной нагрузки 191

Заключение 198

Литература 203

Приложения 213

Введение к работе:

Актуальность работы. В связи с возрастающими масштабами хозяйственной деятельности человека в последние годы проблема «металлизации» биосферы становится наиболее актуальной. Прежде всего, это связано с проявлением токсичных эффектов аномально-высоких концентраций тяжелых металлов. При этом процессы загрязнения тяжелыми металлами затрагивают не только техногенные, но и биогенные (природные) ландшафты. Для изучения распространенности и распределения тяжелых металлов в их почвах и растениях, в первую очередь, необходимо установить ландшафтно-геохимические особенности исследуемой территории и определить влияние как исходных природных, так и накладывающихся техногенных факторов миграции, концентрации и перераспределения металлов.

Актуальность исследований распространенности и распределения тяжелых металлов в изучаемом регионе - Северо-Западном Кавказе обусловлена следующим:

  1. Территория исследований, основная часть которой занята лесными ландшафтами, является важнейшей рекреационной зоной России (особенно ее Черноморское побережье).

  2. Всё большие площади в регионе занимают техногенные ландшафты, и прежде всего - сельскохозяйственные и селитебные.

  3. Помимо антропогенных, на изучаемой территории находятся многочисленные природные источники аномально-высоких концентраций тяжелых металлов - месторождения и рудопроявления полезных ископаемых.

  4. Регион характеризуется большой ландшафтно-геохимической изменчивостью условий миграции, концентрации и перераспределения тяжелых металлов.

5
Высокая пространственная неоднородность естественного

биогеохимического фона тяжелых металлов, усложняемая на отдельных участках техногенным воздействием, обусловила сложившуюся специфическую обстановку в регионе, знание которой имеет выжное научное, прикладное и социальное значение.

Цель и задачи работы. Основная цель работы - изучить распространённость и распределение в почвах и основных растениях ландшафтов Северо-Западного Кавказа ряда тяжелых металлов (Си, Zn, Pb, Ва, Ni, Mn, Cr, Sr) и определить влияние на их миграцию, концентрацию и перераспределение природных и техногенных факторов. В соответствии с этим были поставлены следующие задачи: -изучить физико-географические особенности ландшафтов региона и выполнить

их геохимическую систематику; -определить региональный фоновый уровень содержания и распределения Си,

Zn, Pb, Ва, Ni, Mn, Cr, Sr в горных породах, почвах, основных древесных

породах геохимических ландшафтов; -изучить влияние горных пород региона на распространенность и

распределение тяжелых металлов в почвах и растениях; -исследовать влияние геоморфологических особенностей на концентрацию

тяжелых металлов в почвах и растениях геохимических ландшафтов региона; -установить связь физико-химических особенностей почв региона с

распространенностью и распределением тяжелых металлов в них и в

растениях; -определить влияние растительного покрова на содержание тяжелых металлов

в почвах региона; -оценить влияние техногенеза на концентрацию и перераспределение тяжелых

металлов в геохимических ландшафтах Северо-Западного Кавказа.

Фактический материал. В работе использован фактический материал комплексных региональных эколого-геохимических исследований, проведенных сотрудниками НИИ Геохимии биосферы РГУ за период в 15 лет. В результате данных работ была составлена и уточнена карта геохимических ландшафтов Краснодарского края и Республики Адыгея масштаба 1:500000 (издана Северо-Кавказским аэрогеодезическим предприятием Роскартографии в 2000 г.), послужившая основой при изучении распространенности и распределения тяжелых металлов в почвах и растениях региона и установлении влияния на них природных и техногенных факторов миграции. На отдельных участках исследуемой территории, наиболее подверженнных антропогенному преобразованию, была проведена детализация работ в масштабе 1:25000-1:10000.

В ходе полевых исследований было отобрано проб горных пород - 430, проб из гумусового горизонта А почв - свыше 3700, из горизонтов В и С — по 120. Общее количество биогеохимических проб основных растений региона составило более 2530, в том числе листьев граба - 601, дуба - 486, бука - 184, ясеня — 30, клена - 30, а также 540 проб различных морфологических частей этих растений.

Все пробы подвергались спектральному атомно-эмиссионному анализу, выполненному в аккредитованной аттестованной Центральной лаборатории ГТТТ «Севкавгеология», город Ессентуки. Химическими анализами в лабораториях кафедры геологии и геохимии ландшафта географического факультета Ml 11У и Ростовской областной станции химизации сельского хозяйства определялись содержания тяжелых металлов в подвижных формах (ацетат-аммонийным буферным раствором) в 30 пробах почв, типоморфные ионы в водных вытяжках 300 проб почв, процентное содержание гумуса и величина рН почвенного раствора в 221 почвенном образце.

Личный вклад. Автор работы участвовала в составлении и уточнении карты геохимических ландшафтов Краснодарского края и Республики Адыгея

7 масштаба 1:500000, изданной в 2000 году, в детальных эколого-геохимических исследованиях с литохимическим и биогеохимическим опробованием, в подготовке отобранных проб к анализу и непосредственном выполнении химических анализов почвенных проб в лаборатории кафедры геологии и геохимии ландшафта географического факультета Mill У.

Научная новизна работы. Впервые для территории Северо-Западного Кавказа на основе его ландшафтно-геохимического строения подробно, с учетом мониторинговых работ за 10-15-летний период, изучена роль природных и техногенных факторов миграции, оказываемая ими на распространенность и распределение рассматриваемых металлов в горных породах, почвенных горизонтах и морфологических частях наиболее распространенных растений региона.

Выполнение диссертационных исследований позволило:

определить региональные фоновые содержания и выявить основные закономерности распределения и миграции тяжелых металлов в горных породах, почвах, основных растениях геохимических ландшафтов Северо-Западного Кавказа;

провести почвенно-биогеохимическое картографирование территории по фоновому уровню содержаний валовых форм тяжелых металлов в гумусовом горизонте почв и в листьях основных растений, а также составить карту вторичных литохимических полей региона по зонам аномальных концентраций в почвах;

выявить ведущие биогенные факторы, определяющие поведение тяжелых металлов в регионе и оценить их с применением новых количественных параметров (абсолютного разброса - АР, показателей абсолютного и относительного накопления - ПАН и ПОН, по В.А. Алексеенко, 2003);

8 — оценить влияние различных техногенных факторов на перераспределение тяжелых металлов в отдельных ярусах геохимических ландшафтов исследуемой территории и охарактеризовать современную эколого-биогеохимическую обстановку в регионе, перспективы его дальнейшего устойчивого развития.

Научно-практическая значимость работы. Разработка научных проблем,
связанных с изучением миграции, концентрации и перераспределения тяжелых
металлов в системе «почва-растения», приобретает все большее значение с точки
зрения устойчивости и стабильности экосистем на пороге возможных изменений
физико-географических и геохимических особенностей территорий из-за
глобального и регионального антропогенного воздействия. Это имеет большое
практическое значение для разработки стратегии рационального
природопользования, для совершенствования организации почвенно-
биогеохимического мониторинга. Ландшафтно-геохимические исследования
территории, определение недостатка или избытка того или иного элемента в
почвах будут способствовать целенаправленному проведению комплекса
мероприятий по профилактике эндемических заболеваний

сельскохозяйственных растений, животных и человека.

Карты фоновых содержаний тяжелых металлов в почвах и растениях найдут применение при разработке системы мероприятий, направленных на оптимизацию пищевого режима живых организмов по микроэлементам; при определении необходимого количества микроудобрений для сельхозландшафтов региона; будут способствовать обеспечению рационального размещения культур в севообороте и эффективному использованию естественного плодородия почв.

Карта вторичных литохимических полей может быть использована хозяйственными и природоохранными организациями при составлении земельных кадастров, проведении экологической экспертизы, планировании размещения новых населенных пунктов, промышленных предприятий,

9 транспортных коммуникаций, при отведении территорий под

сельскохозяйственное пользование.

Установленные закономерности распределения тяжелых металлов в морфологических частях растений целесообразно применять при оценке экологического воздействия выбросов промышленных предприятий на окружающую среду.

Выявленные древесные породы, способные накапливать тяжелые металлы в значительных концентрациях, могут служить в качестве биогеохимических барьеров, в новой технологии — фиторемедиации почв.

Результаты исследований и научные выводы диссертации используются в учебном процессе Новороссийского политехнического института КубГТУ. Они включены в лекционные спецкурсы «Геохимия ландшафтов», «Химия окружающей среды» и «Ландшафтоведение» для студентов специальностей «География», «Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов».

Основные защищаемые положения.

  1. При разработке систематики геохимических ландшафтов региона выявлено уменьшение (в 3-1,5 раза) абсолютного разброса фоновых концентраций Ni, Мп, Ва и увеличение (в 2 раза) - Си в почвах техногенных ландшафтов, по сравнению с природными.

  2. В почвах Северо-Западного Кавказа из природных факторов миграции на распространенность и распределение Sr, Cr, Ni, Pb преимущественное влияние оказывают горные породы; Мп, Ва, Zn - состав растительного покрова; Си — физико-химические особенности почв.

  3. В основных растениях региона из природных факторов миграции на распространенность и распределение Мп, Ва, Sr оказывают преобладающее влияние физико-химические свойства почв, Ni, Си, Zn - состав растительного покрова, Сг и РЬ — горные породы.

10 4. При техногенном преобразовании лесных ландшафтов региона в сельскохозяйственные наибольшие эколого-геохимические изменения почв отмечены при создании виноградников и садов: возрастание количества в гумусовом горизонте их почв Sr может достигать 147,8 т/км (виноградники), Си -100,2, Сг - 14,4, Zn - 13,8 т/км (пойменные яблоневые сады); а снижение содержаний Mn, Pb, Ni может составлять соответственно 145,0; 5,4; 4,2 т/км2 (виноградники), Ва - 97,8 т/км (пойменные яблоневые сады).

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались во время прохождения автором стажировок на кафедре геологии и геохимии ландшафта географического факультета Mill У (Москва, 1998-1999 гг.) и в Междисциплинарном экологическом центре Горной академии Технического университета (Фрайберг, Германия, 2001-2002 гг.). Также они докладывались, обсуждались и были опубликованы в материалах и тезисах докладов 22 различных совещаний, конференций, симпозиумов. Среди которых: I Международная конференция "Вулканизм и биосфера", Туапсе, 1998; Международный симпозиум «Геохимические барьеры в зоне гипергенеза», Москва, 1999; Международная научно-практическая конференции "Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде", Казахстан, Семипалатинск, 2000; Всероссийская научная конференции "Университеты России — Фундаментальные исследования: география", Новороссийск, 2000; III Международное совещание "Геохимия биосферы", Новороссийск, 2001; международная научная конференция «География, общество, окружающая среда», Калининград, 2001; международная конференция «География и природопользование в современном мире», Барнаул, 2001; Годичное собрание Всероссийского минералогического общества «Роль минералогических исследований в решении экологических проблем (теория, практика, перспективы развития)», Москва, 2002; международный симпозиум «Биокосные взаимодействия «Жизнь и камень», Санкт-Петербург, 2002; III Международной

конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», Москва, 2004.

Связь работы с крупными научными программами. В основе диссертационной работы - результаты пятилетних (1998-2003) научных исследований автора, в том числе данные научно-исследовательских работ (НИР), выполненных автором в качестве ответственного исполнителя в рамках научных программ Минобразования РФ и грантов научных фондов.

По Межвузовской программе «Университеты России — Фундаментальные исследования», направление 8 «География», раздел 8.3. «Экогеохимия» выполнялись проекты: «Особенности биологического круговорота тяжелых металлов в лесных ландшафтах Западного Кавказа» (учетный номер проекта 015.08.01.16), 1998-2000 гг.; «Влияние природных и техногенных факторов на распределение металлов в почвах и растениях в горных районах» (шифр НИР -УР.08.01.003), 2001-2003 гг. В рамках научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма 207 «Экология и рациональное природопользование», раздел 5 «Проблемы устойчивого функционирования лесных и урбосистем» выполнялась НИР «Динамика изменений пойменных лесных экосистем в условиях развития техногенных процессов (на примере Западного Кавказа)» (номер государственной регистрации 05.01.005), 2001-2002 гг.

По гранту REC-004 фонда SRDF (США), раздел: «Системные исследования динамики и биогеохимических последствий загрязнения окружающей среды Юга России» исполнялась НИР «Качественная оценка состояния окружающей среды Краснодарского края», 2000 г. По фантам РФФИ № 01-05-64614а и № 02-05-06335мас была выполнена НИР «Влияние антропогенной деятельности на эколого-геохимические особенности пойменных ландшафтов в связи с проблемой их устойчивого функционирования (на примере Западного Кавказа)", 2001-2002 гг. По гранту Минобразования РФ конкурса 2000 года по

12 фундаментальным исследованиям в области естественных и точных наук, раздел конкурса 10 «География» - проект «Влияние физико-географических особенностей Западного Кавказа на распределение ряда химических элементов в почвах и основных видах растительности», 2001-2002 гг.

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы директору НИИ Геохимии биосферы РГУ д.г.-м.н. В.А. Алексеенко, заведующему кафедрой геологии и геохимии ландшафта Mill У д.г.н. В.В. Добровольскому, заведующему аналитической лабораторией кафедры к.г.н. Л.В. Алещукину, заместителю проректора по научной работе РГУ к.г.н. В.Н. Серикову за научную поддержку и ценные консультации. Автор также очень признателен друзьям и коллегам, сотрудникам НИИ Геохимии биосферы РГУ, принимавшим участие в проведении полевых работ и исследований, положенных в основу данной диссертации, и сотрудникам кафедр физической и эволюционной географии СПбГУ и геологии и геохимии ландшафта Mill У за внимание, ценные советы и помощь в процессе подготовки работы.

Подобные работы
Липка Оксана Николаевна
Ботаническое разнообразие и современное состояние растительности хребта Маркотх : Северо-Западный Кавказ
Скрипчинская Евгений Андреевна
Природно-ресурсный потенциал лекарственных растений лесостепных ландшафтов Ставропольской возвышенности
Мельниченко Татьяна Николаевна
Криогенные процессы в структуре и динамике ландшафтов северо-запада Среднесибирского плоскогорья
Трихунков Ярослав Игоревич
Морфоструктура и опасные геоморфологические процессы Северо-Западного Кавказа
Антипцева Юлия Олеговна
Эколого-геоморфологические аспекты рекреационного использования особо охраняемых природных территорий Северо-Западного Кавказа : на примере Лагонакского нагорья
Зыкова Елена Николаевна
Накопление тяжелых металлов в почвах техногенных ландшафтов на примере Северодвинского промышленного района
Комиссаров Максим Сергеевич
Разработка систем мониторинга загрязнения почв тяжелыми металлами на территории Подмосковного угольного бассейна
Миненко Александр Анатольевич
Совершенствование методики оценки загрязнения почв горнопромышленного региона тяжелыми металлами
Тах Ирина Петровна
Пространственное распределение и нормирование концентраций тяжелых металлов в водной экосистеме : река Белая, Северо-Западный Кавказ
Казанцев Иван Викторович
Экологическая оценка влияния железнодорожного транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах и растениях полосы отвода

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net