Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Миграция элементов с транспирационным потоком в аридных ландшафтах

ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Кудерина, Татьяна Маратовна

Миграция элементов с транспирационным потоком в аридных ландшафтах

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Современное состояние изученности транспирационных потоков в аридной зоне.

1.1. Общие закономерности транспирации.

1.2. Транспирационное солевыделение в аридных регионах.

1.3. Возможность построения ландшафтно-геохимических моделей.

ГЛАВА 2.Методика исследований.

ГЛАВА 3. Общая характеристика региона исследований.

3.1. Физико-географическая характеристика современного Приаралья.

3.2. Обоснование выбора ключевых участков исследования.

3.3. Ландшафтно-геохимическая характеристика ключевых участков исследования.

ГЛАВА 4. Транспирационные потоки влаги в аридных ландшафтах.

4.1. Транспирация влаги различными видами растительности по ключевым участкам наблюдения.

4.2. Сравнительная характеристика транспирационных потоков влаги разных видов растительности.

4.3. Содержание влаги в компонентах ЭЛГС.

4.4. Суммарный транспирационный поток влаги.

ГЛАВА 5. Миграция элементов с транспирационным потоком в аридных ландшафтах

5.1. Содержание элементов в транспирационной влаге;

5.2. Географическая дифференциация транспирационной влаги основных видов растительности по степени минерализации.

5.3. Поток солей с транспирационной влагой растительности.

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Миграция элементов с транспирационным потоком в аридных ландшафтах"

В настоящее время проблема опустынивания территорий принимает планетарные масштабы. Возникающие пустынные ландшафты подлежат изучению как с точки зрения их функционирования, так и дальнейшего природопользования. В аридных условиях при отсутствии речного и подземного стока растительность играет важную роль в перераспределении элементов в геохимических ландшафтах. Для расчета баланса влаги и вещества возникает необходимость качественного и количественного определения всех составляющих потоков в ландшафте, среди последних наименее известен поток влаги и вещества с транспирацией растений. Актуальность исследований связана с геохимической характеристикой транспирационных потоков живых растений в аридной зоне, которая еще практически не изучена. Нет четких представлений о качественном составе и количественном уровне транспирации растений, региональных особенностях транспирационных потоков, их влиянии на другие компоненты ландшафта и об участии этих потоков в миграции вещества в ландшафте в целом. Настоящая работа преследует целью восполнить эту проблему применительно к Приаралью.

Целью работы - изучение особенностей миграции элементов с транспирационным потоком в аридных ландшафтах Приаралья. Основной задачей исследовательской работы являлась отработка методики определения транспирационной влаги и ее состава с живых растений и оценка роли транспирационных потоков в аридных ландшафтах в формировании ландшафтно-геохимического облика территории.

Научная новизна работы заключается в экспериментальном изучении транспирации с живых (то есть в естественных условиях и без повреждения растения) растительных объектов одновременно с миграционными потоками вещества в других компонентах ландшафта и определение ее геохимической роли в аридной зоне.

1. Впервые для территории Приаралья проведена качественная и количественная характеристика транспирационной влаги в различных географических условиях.

2. Теоретически обоснован и опробован при исследовании элементарных геохимических ландшафтов осушенного дна и коренного берега Аральского моря новый подход к определению транспирационной влаги.

3. По полученным экспериментальным данным выявлена географическая дифференциация суммарного транспирационного потока.

При таком комплексном подходе появляется возможность прогноза развития аридных территорий при развитии галоксерофильной растительности.

Практическое значение. Решенные в работе задачи позволяют, в целом, глубже понять биогеохимическое значение транспирации в ландшафтах аридной зоны и, в частности, в Приаралье. Полученные качественные и количественные показатели транспирационных потоков позволяют учитывать действительную транспирацию при составлении баланса влаги и вещества исследуемой териритории.

Практическое значение исследования приобретают в связи с проблемами фитомелиорации, где определенную роль играет способность растительного покрова в аридных условиях посредством транспирационных потоков изменять ландшафтно-геохимическую обстановку пустынных ландшафтов

Для уменьшения отрицательных воздействий опустыненых ландшафтов предлагаются различные способы фитомелиорации. В современных условиях растительность способствует поступлению на поверхность элементов, содержащихся в перекрытых солевых горизонтах и низкозалегающих грунтовых водах. Для практической фитомелиорации важны выводы экспериментальных исследований, определяющие возможность выбора видов растений в соответствии с их геохимическими характеристиками, в том числе, и с реальными транспирационными потоками в конкретных природных ландшафтах (участие в исследовании осушенного дна для целей мелиорации при сотрудничестве с Институтом физиологии растений РАН)[65].

При проведении исследований по характеристике подстилающей поверхности очага солепылевыноса, каким в настоящее время является Восточное Приаралье, транспирация с растительности является одним из источников поступления вещества для атмопереноса (участие в проекте МНТЦ «Исследование процессов пылесолепереноса с вновь опустынивающихся территорий» при сотрудничестве с Институтом физики атмосферы РАН и НИФХИ им. Л.Я.Карпова)[2].

Методологической базой исследований современных ландшафтов явился системный подход - сопряженный анализ ландшафтно-геохимических систем [27,68]. Методика определения транспирационной влаги отрабатывалась в рамках ландшафтно-геохимических исследований. Для решения поставленной задачи использовались ландшафтно-геохимические методы и методы, используемые при изучении физиологии растений. Общее количество отобранных для различных видов анализа образцов составляет: пробы почв - 126, растительных образцов - 103, грунтовых вод - 21, транспирационной влаги - 61, аэрозолей - 5.

Фактические материалы. В основу работы положены экспедиционные и химико-аналитические материалы, полученные, обработанные и проанализированные автором в 1990-1999гг. Полевые исследования проводились в северном, западном, восточном и южном Приаралье и в аридных предгорьях Тянь-Шаня в творческом сотрудничестве с Институтом физиологии растений РАН, Институтом физики атмосферы РАН и НИФХИ им. Л.Я.Карпова.

Автор выражает искреннюю признательность и благодарность сотрудникам Института географии РАН, оказавшим консультативную и лабораторную поддержку, а также научным сотрудникам Института физиологии растений РАН и Института физики атмосферы РАН, Научно-исследовательского института физической химии им.Л.Я.Карпова за совместные экспедиционные и лабораторные работы.

Заключение Диссертация по теме "Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов", Кудерина, Татьяна Маратовна

Выводы

Результаты выполненных исследований позволили дать качественную и количественную оценку транспирационной влаги и химических элементов в аридных ландшафтах Приаралья.

1. Исследования пустынной галофильной растительности показали ее существенное влияние на перераспределение влаги и вещества в аридных ландшафтах Приаралья. При этом наибольшей транспирацией отличаются виды-эдификаторы, к ним относятся тамариски (Tamarix sp.), саксаул и галофитные кустарнички (сарсазан, соляноколосник). Галофильные представители травянистых видов (Aueleropus sp.) также обладают значительной интенсивностью транспирации.

2. Разработанная методика определения транспирации с живого растения позволила более полно и точно оценить качество, количество и характер ее влияния на конкретный ландшафт. В результате экспериментальных работ дана количественная оценка факторов, влияющих на интенсивность транспирации растений: температура и влажность воздуха, инсоляция, грозы и пыльные бури, степень засоления почв и близость залегания к поверхности грунтовых вод, возраст растения и период вегетации, место его произрастания.

3. Установлено, что суммарные потоки транспирации для растительных ассоциаций в целом повышаются соответственно по ландшафтному ряду: предгорные пустыни - дельта - осушенное дно. Таким образом, по мере аридизации климата возрастают транспирационные потоки с растительной ассоциации в целом. Степень засоления при этом оказывает влияние, но не играет определяющей роли.

4. Максимальная интенсивность транспирационного потока солей наблюдалась на осушенном дне Аральского моря, на Узункаирском полигоне. Затем следуют сухостепные ландшафты Северного Приаралья (Челкар) и полупустыни предгорий Тянь-Шаня (Капчагай). Минимальные транспирациионные потоки солей наблюдались в дельтах рек Сырдарьи и Амударьи. Типизация растительности по качеству транспирационной влаги позволяет определить качественное влияние растительности на ландшафт. Так, на наиболее засоленные участки занимают тамарицетники с участием прибрежницы солончаковатой, для которых важнейшим компонентом транспирационной влаги являются соли ЫаС1. Ксеропсаммофиты саксаул и лебеда характеризуются карбонатной минерализацией транспирационной влаги. Соляноколосник, являясь галофитом, выделяет с транспирацией также карбонаты. Солянки и сарсазанники на отакыривающихся площадях имеют смешанную минерализацию транспирационной влаги.

Таким образом, полученные качественные и количественные показатели транспирационных потоков позволяют учитывать действительную, а не расчетную транспирацию, что имеет большое практическое значение. Эти показатели могут быть использованы при составлении баланса влаги и вещества исследуемой териритории, при исследовании подстилающей поверхности очагов солепылевыноса, а также для выбора типов растительности при фитомелиорации.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Кудерина, Татьяна Маратовна, Москва

1. Айвазян А.Д. Геохимические особенности флоры ландшафтов юго-западного Алтая. Автореферат на соиск. уч. степ, к.г.н. М., 1974.24 с.

2. Акрамов З.М., Рафиков A.A. Прошлое, настоящее и будущее Аральского моря. Ташкент,»Мехнат» 1990. 144 с.

3. Бейдеман И.Н.К методике изучения водного режима растений. Бот.журн. 1956,т.41,№З.С. 213-219.

4. Бейдеман И.Н. Справочник по расходу воды растениями в природных зонах СССР.Новосибирск.Наука. 1983.257 с.

5. Берг Л.С. Аральское море. Изв. РГО т.5,1908. С. 3-65.

6. Богданова Н.М., Костюченко В.П. Процессы соленакопления на осушившемся дне Аральского моря и их связь с геоморфологическими и литологическими условиями. -Изв АН СССР. Сер.геогр.,1977,№З.С44-56.

7. Богданова Н.М., Костюченко В.П. Засоленность почвогрунтов осушившегося дна Аральского моря. Изв.АНСССР.сер.геогр.1978,№2,с.35-45.

8. Богданова Н.М., Кабулов С.К. Изменения природных условий при снижении уровня моря в Юго-Восточном Приаралье. Проблемы освоения пустынь. 1980.№3. С.3-9.

9. Богданова Н.М., Востокова Т.А., Островский И.М., Рубанов И.В. Условия формирования солевых накоплений в южном Приаралье. Изв. АН СССР, сер.геогр. 1981.№3,с.98-106.

10. П.Богданова Н.М. Геоморфологические особенности осушившегося дна

11. Аральского моря. Геоморфология №3. Москва, 1984. С.44-50. 12. Боровский В.М. Геохимия засоленных почв Казахстана. М., Наука. 1978. 192 с.

12. Боровский В.М. Усыхание Аральского моря и опустынивание в Приаралье. В кн.: Усыхание Аральского моря и опустынивание в Приаралье. «Наука» Каз.ССР. АлмаАта,1981.

13. Будникова Т.И. Формирование рельефа и современные рельефообразующие процессы на осушенной части дна Аральского моря. . В кн: Динамика природных процессов равнинных и горных территорий Казахстана. Ал ма-Ата:Наука.1982. С. 32-36.

14. Быков Б.А. и др. Биологическая продуктивность растительности Казахстана. Алма-Ата. Наука. 1974. 28 с.

15. Вернадский В.И. Биосфера. М., Мысль. 1967. 376 с.

16. Виноградов Б.В. Аэрокосмический мониторинг экосистем. М.: Наука, 1984. 320 с.

17. Вухрер В. Первичное зарастание обсыхающего побережья Арала. Проблемы освоения пустынь, 1979,№2,с.66-70.

18. Гельдыева Г.В., Веселова JI.K. Ландшафты Казахстана. Алма-Ата. Гылым,1992. 176 с.

19. Генкель П. А. Физиология жаро- и засухоустойчивости растений. "Наука", М. 1982.

20. Геологическая карта Приаралья . ГУГК,1983.

21. Геологические почвенные и ботанико-географические наблюдения и исследования в низовьях р.р. Амударьи и Сырдарьи. Под ред. Димо H.A. Москва. 1915. 89 с.

22. Герасимов И.П., Кузнецов Н.Т., Кесь A.C., Городецкая М.Е. Проблема Аральского моря и антропогенного опустынивания Приаралья.Проблемы освоения пустынь, № 6. 1983.

23. Гехаев Т Я. Миграция ионов из почвы и растений в атмосферу. 1984. Автореферат на звание к.б.н. М. ИФР РАН.

24. Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов. М. Изд. МГУ, 1964. 230 с.

25. Глазовская М.А Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М., Высшая школа. 1988.328 с.

26. Глазовский Н.Ф. Подземный сток растворенных веществ в Аральское море.

27. Глазовский Н.Ф. Микроэлементы в ландшафтах плато Устюрт. В кн.: Проблемы освоения пустыни Устюрт. Тр. ин-та почвоведения и агрохимии. Вып.28. Ташкент. 1985. С. 71-82.

28. Глазовский Н.Ф. Геохимические потоки в биосфере и их сопряженный анализ. Биогеохимические циклы в биосфере. Материалы УП Пленума СКОПЕ. Москва, Наука. 1976. С. 142-153.

29. Глазовский Н.Ф. Ветроэнергетические условия миграции вещества в аридной зоне СССР. Доклады АН СССР.1984.т.279,№5. С. 1225-1229.

30. Глазовский Н.Ф. Современное соленакопление в аридных областях. М.,1987. 192 с.

31. Глазовский Н.Ф. Аральский кризис: причины возникновенгия и пути выхода.М.Наука.1990. 136 с.

32. Городецкая М.Е., Кесь A.C., Кузнецов Н.Т. Состояние изучения Аральского моря. Проблемы освоения пустынь, 1979,№2,с. 12-18.

33. Городецкая М.Е., Козлова А.Е. О педипланации рельефа пластовых равнин (на примере Тургая и Северного Приаралья). Проблемы освоения пустынь, №3. 1987.

34. Григорьев А.А., Кондратьев К.Я. Пылевые бури на Земле и Марсе. М.:3нание. 1981.62с.

35. Димеева Л.А. Флора и растительность побережий и осушенного дна Аральского моря. Автореф. на соиск. уч.степ.к.б.н. Алма-Ата, 1990.27 с.

36. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М., Мысль. 1983. 272 с.

37. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М., Высшая школа. 1998. 413 с.

38. Жоллыбеков Б. Изменение почвенного покрова приморской дельты Амударьи при аридизации. Билим, Нукус. 1991.132с.

39. Иванов Л.А., Силина А.А., Цельникер Ю.Л. О методе быстрого взвешивания для определения транспирации в естественных условиях. «Ботанический журнал», т.35,1950,№2. С.171-185.

40. Итоги. 8 сентября 1998 г. С. 60-65.

41. Ишанкулов М.Ш. Курочкина Л.Я.,Макулбекова Г.Б., Некрасова Т.Ф. О динамике процессов ландшафтообразованияюго-восточного побережья Аральского моря (Босайский створ) Проблемы освоения пустынь 1979,№2,с.77-84.

42. Кабулов С.К. Приспособление растений к дефициту влаги. Ташкент:Изд-во Фан УзССР, 1981, 100с.

43. Касимов Н.С. Геохимия степных и пустынных ландшафтов. М.Изд.МГУ, 1988.254 с.

44. Кириченко Н.Г. и др. Пастбища пустынь Казахстана (Глинистые пустыни). Алма-Ата.Наука. 1980. 275 с.

45. Ковальский В.В. Геохимическая экология. М., Наука. 1974. 300 с.

46. Кокшарова Н.Е., Исаков Г.И. О лесомелиорации осушенного дна Аральского моря. Проблемы освоения пустынь. 1985.N 5. С.48-55.

47. Костюченко В.П., Богданова Н.М. Изучение источников возможного ветрового выноса солей на осушившемся южном побережье Аральского моря. Проблемы освоения пустынь1979, №4, с.3-10.

48. Курочкина Л.Я., Макулбекова Г.Б. К вопросу о фитомелиорации осушающихся побережий Арала. Проблемы освоения пустынь. 1984. №4.

49. Курочкина Л Я., Макулбекова Г.Б., Вухрер В.В., Малайсарова А.И. Растительность осушенного дна Аральского моря. Алма-Ата, 1983.С 91-123.

50. Курочкина Л.Я., Османова Л.Т., Карибаева К.Н. Кормовые растения пустынь Казахстана. Алма-Ата. Кайнар, 1986. 208 с.

51. Курочкина Л.Я., Макулбекова Г.Б., Вухрер В.В., Димеева Л.А. Отчет»Разработка схемы проведения фитомелиоративных работ на осушенном дне Аральского моря» по заданию ин-та «Союзгипроводхоз», Алма-Ата, 1990.

52. Лархер В. Экология растений. М.,Мир. 1978.185 с.

53. Минаева E.H. Испарение с солончаков и солянковой растительности. Проблемы освоения пустынь. 1976,№1. С 43-48.

54. МирзоевМ.А. Море трудной судьбы. Алма-Ата: Казахстан. 1992. 160с.

55. Мурзаев Э.М. Краткий обзор исследований Арала и Приаралья. Изв. АН СССР, сер. геогр., №4,1991. С. 22-35.

56. Некрасова Т.Ф. Киевская Р.Х., Можайцева НФ. Почвы обсохшего дна Аральского моря. В кн.: Почвы Казахской ССР, вып. 14, Алма-Ата, Наука. 1983,с.238-248.

57. Немярюк Г.Д. Миграция солей в атмосферу при транспирации растений. Физиология растений. 1970,т. 17, вып.4. С. 675-682.

58. Новицкий З.Б. Накопление фитомассы пустынных пород в зависимости от агротехнических приемов на осушенном дне Аральского моря. В кн.: Лесовосстановление и защитное лесоразведение в Средней Азии. Ташкент. 1991.С. 123-127.

59. Орлова М.Н. Роль эолового фактора в солевом режиме территорий. Алма-Ата, 1983.

60. Отчет "Схема и технология фитомелиоративных работ на осушенном дне в северной части Арала с использованием галофитов". Совинтервод. М.,1991.50 с.

61. Перельман А.И. Геохимия ландшафтов. М., Мысль. 1975.342 с.

62. Перельман А.И. Геохимия. М., Высшая школа. 1989. 528 с.

63. Полынов Б.Б. Избранные труды. М.,1956. 751 с.

64. Попов В. А. Проблема Арала и ландшафты дельты Амударьи. Ташкент: Фан, 1990. 112 с.

65. Птичников A.B. Физико-географические последствия антропогенного опустынивания в Приаралье. В кн.: Аральский кризис. Москва.1991. С. 28-47.

66. Работнов Т.А. К методике составления экологических шкал. Бот. журн.1958. Т.43, №4. С. 518-527.

67. Серебряный JI.P. и др. Оледенения Тянь-Шаня и колебания уровня Арала. Изв АН СССР, сер. геогр.1980, №2.

68. Свешникова В.М. Водный режим растений пустынь Средней Азии. Экология, 1975, №5.

69. Скрепинский А. Подземная роса как база пустынного земледелия. «Бот. журн.», 1937, №6.

70. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Динамика органического вещества. "Наука", М.1965.

71. Рубанов И.В.,Ишниязов Д.П., Баскакова М.А., Чистяков П.А. Геология Аральского моря. Ташкент, ФАН, 1987. 247 с.

72. Хрусталев Ю.П., Резников С. А., Туровский Д.С. Литология и геохимия донных осадков Аральского моря. Изд. Ростовского университета. 1977.160 с.

73. Шенников А.П. Экология растений. М.,1950. 375 с.

74. Шмелькова H.A. Геохимия микроэлементов в процессах засоления древних кор выветривания и неогеновых отложений Казахстана. Автореф. на соиск. уч. степ, к. г. н.Москва, 1975.