Распределение и трансформация соединений тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni, Pb, Cd) в экосистемах

Золотарева, Берта Николаевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Распределение и трансформация соединений тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni, Pb, Cd) в экосистемах
ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Распределение и трансформация соединений тяжелых металлов (Cu, Zn, Ni, Pb, Cd) в экосистемах"

Агентство биоинформатики и экологии человека рМеждународной неправительственной организации "Форум учеишО^специалистов за советско-американский диалог"

на правах рукописи

Золотарева Берта Николаевна

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ( ОТ, 2М, Ш, РВ, СТ> ) В ЭКОСИСТЕМАХ 03.00.16 - экология

Диссертация на соискание ученой степени доктора фююсо-математическжх наук

Москва , 1994

Работа выполнена в Институте почвоведения и фотосинтеза РАН

Официальные оппоненты : доктор физико-математических наук,

профессор Холмогоров В.Е.

Академик РАЕН, доктор химических наук Ровинский Ф.Я.

доктор биологических наук Керженцев A.C.

Ведущая организация : Всероссийский институт

охраны природы

Защита состоится с")• 1994 г.

на заседании Специализированного Совета Д.170.01.01 при Агентстве биоинформатики и экологии человека MHO "Форум" по адресу : II7807 Москва, пр. 60-летия Октября, 7/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Агентства биоинформатики и экологии человека MHO "Форум".

Автореферат разослан " "• ' 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат физ.-мат. наук Э.М.Шекшеев

Общая характеристика работы

Актуальность^емы. Концептуальной основой работ экологической парадигмы в последнее время стала идея устойчивого развития. Выход к столь генерализованной и универсальной идее инспирировался тем, что масштабность процессов загрязнения стала сравнила с масштабностью естественных процессов. Действительно, поставщиками загрязняющих веществ, в том числе тяжелых металлов 'ТЩ, являются в наше время все без исключения сферы преобразовательно-продуктивной деятельности человека - энергетика, промышленность, сельское хозяйство.

Безграничность переноса загрязняющих веществ (ЗВ), что подтверждают экологические катастрофы, необходимость наделенного поиска противостояния цивилизации этил разрушительным

-■ -- • ¡г

тенденциям сделали 'аттрактивными глобальную постановку задач, глобальные модели.

Признавая теоретическую, з плане большой научной стратегии и идейную, в плане формирования соответствующих философско-культурных идей природопользования значимость глобальных экологических концепций и моделей, мы, тем не менее, вынуждены заметить, что подобный уровень описания не монет быть принят как рабочий : к со?~аленгео^ он не обеспечивает решения утилитарно-практических, насущных задач.

Становится очевидным, что необходимо сузить "хронотоп" описания : глобальность и далекая футуркстичность должны быть заменены реальными и"человечески обозримыми" пространством и временем, т.е. в центр внимания должен попасть регион в некоторый минимальный период времени, т.к. действие ЗВ и особенно их детоксикация - чрезвычайно регионализировано, т.е. связано с ландшафтно-геохимическими особенностями территории .

Говоря о регионе, мы имеем прекзде всего в виду как особен-

ности пространственного размещения антропогенных источников элементов-металлов, образующих локализованные техногенные геохимические аномалии, распространяющиеся в ряде мест на целые районы, так и природно-территориальные комплексы НТК), включающие разные экосистемы, активно взаимодействующие с глобальными факторами, как климат, определяющий атмосферный перенос ЗВ, и ландшафтно-геохимические условия региона, контролирующие распределение, аккумуляцию, иммобилизацию и миграцию элементов и веществ.

При лимитировании времени, по-видимому, необходимо учитывать не только антропологический фактор, но и реальные темпоральные границы трансформации ТМ в природных средах.

Сужение фокуса необходимо стимулирует появление спектра новых проблем :

- динамика загрязнения природных сред ТМ;

- формы, темпы и качественно-количественные характеристики взаимодействия ТМ с компонентами экосистем;

- биогеохимический круговорот ТМ;

- региональные коэффициенты загрязненности различных природных сред для отдельных ТМ;

- система экспертизы для регионов в целом, учитывающая комплексное влияние ТМ и др.

Поэтому наиболее полные, комплексные, эмпирические исследования поведения ЗВ,в т.ч. ТМ,в окружающей среде несмотря на всю сложность их осуществления, чрезвычайно актуальны.

Ц§ЗЬ_Еаботы. Все эти идеи определили цель предлагаемой работы : изучение педохимической, геохимической и биогеохимической структуры Верхнеокского бассейна, включающего всю совокупность естественных, аграрных и 'урбанизированных ландшафтов, типа поведения и активности тяжелых металлов в экосистеме,

Для этого надо решить следующие задачи :

- определить геохимическую структуру экорегиона Верхнеокского бассейна на разных уровнях пространственной, временной, химической и биологической организации ;

- исследовать типы поведения тяжелых металлов в системе атмосферные выпадения - почва - растение ;

- оценить реакцию отдельных компонентов экосистем на техногенное воздействие ;

- исследовать механизм взаимодействия тяжелых металлов с органическим веществом почв ;

- изучить геохимию основных миграционных потоков тяжелых металлов ;

- установить природу тяжелых металлов в биотических и абиотических компонентах экосистем ;

- на основании полученных экспериментальных данных дать региональную экологическую оценку состояния природной среды Верхнеокского бассейна (ВОБ).

1§Ш1§_™Ё!?зна.

Выявлена и исследована геохимическая структура Верхнеокского бассейна.

Установлена кадмиевая геохимическая специализация всей вертикальной толщи биогеоценотического слоя на разных уровнях педохимической, геохимической и биогеохимической организации ; осуществлено ландшафтно-экологическое районирование территории ВОБ ; оценен баланс элементов ; исследована трансформация и миграция экзогенных форм соединений ТМ в почвенно-растительном блоке системы ; выяснены существенные черты механизма взаимодействия металл-катионов с органическим веществом почп.

Тео£етическое_и_П£§ктическое_значе

Результаты имеют фундаментальноо значение для количественного описания механизмов трансформации и переноса загрязняющих веществ в естественных средах,для оценки и оптимизации состояния окружающей среды, для расчетов биогеохимического круговорота элементов, нормирования загрязнения почв и ландщафтно-экологического районирования.

Выполненные исследования послужат базой для составления программ, методов и креации информационно-экспериментальных данных при осуществлении эколого-геохимического мониторинга.

Ап2обация_£аботы. Основные положения работы докладывалис на следующих мевдународных, всесоюзных, региональных, республиканских конференциях, совещаниях и семинарах : 1,П Международная школа по лихеноиндикации (Таллин, 1982, 1985); рабочее совещание специалистов стран - членов СЭВ по проблеме ХП "Глобальная система мониторинга окружающей среды" (Клинк, ГДР, 1980); Всесоюзная конференция "Лихеноиндикация состояния окружающей среды" (Таллин, 1978); Республиканская конференция "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Кишинев, 1988); Республиканский симпозиум "Охрана и рациональное использование биосферы курортных и рекреационных зон" Тбилиси, 1980); Симпозиум "Методологические и системные проблемы охраны окружающей среды" (Ленинград, 1984); УШ Всесоюзная конференция "Микроэлементы в биологии, медицине и сельском хозяйстве" (Иваново-Франковск, 1978); Всесоюзная конференция "Прогноз изменения криогенных почв под влиянием хозяйственного освоения территории" (Пущино, 1980); Всесоюзная конференция "Пути повышения плодородия и эффективности использо-

вания орошаемых и богарных почв Поволжья и Урала" (Саратов, 1973); IX Всесоюзная конференция по проблемам микроэлементов в биологии (Кишинев, 1981); У1 Съезд ВОН (Тбилиси, 1981); 1У Всесоюзное совещание "Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах" (Обнинск, 1983); Всесоюзная конференция "Биогеохимический круговорот веществ" (Москва, 19821; Симпозиум по криптоиндикации (Таллин, 1982); Всесоюзное совещание "Роль подстилки в лесных биогеоценозах" (Москва, 1983); Всесоюзная конференция "Экологические и фи-эиолого-биохимические аспекты антропотолерантности растений" (Таллин, 1986); I Мездународный конгресс по биосферным заповедника).! (Минск, 1983); X Всесоюзная конференция "Микроэлементы в биологии и их применение в медицине и сельском хозяйстве" (Чебоксары, 1986); IX Международный симпозиум по биогеохимии окружающей среды Москва, 1989); 0 съезд почвоведов и агрохимиков Украинской ССР (Харьков, 1990); 14 Международный конгресс почвоведов (Киото, 1990); Международная конференция "Гигиена почв и сельскохозяйственной продукции" (Братислава, 1987); Международная конференция "Структура и функции почвенных организмов под антропогенной нагрузкой" (Чешские Будейовицы, 1990).

Содержащиеся в работе результаты неоднократно экспонировались на постоянной выставке работ АН СССР в павильоне "Биология" ВДНХ СССР (отмечены четырьмя медалями).

Ш§ктичб£5йЕ_материал_и_личный_в^ад_§втора. Работа является результатом многолетних исследований автора, проведенных им лично или под его руководством сотрудниками Спектрально-аналитической лаборатории Института агрохимии и почвоведения АН СССР и лаборатории трансформации органического вещества почв Института почвоведения и фотосинтеза РАН в рамках

тем "Исследование характера изменения биосферы в условиях естественного развития и антропогенных воздействий 'и разработка методов прогноза её состояния" (1976-1980) № Гос. Регистрации 75064748 ; и "Научные основы создания критериев оценки состояния почв в естественных и антропогенно измененных ландшафтах" (I98I-I985) Р Гос.Регистрации 81022545.

Личный вклад автора состоит в разработке программы и методики исследования, выполнении полевых маршрутных и стационарных режимных наблюдений и опытов, аналитическом исследовании материала, систематизации и обработке аналитических данных в теоретическом обобщении литературных и экспериментальных материалов.

Часть материалов получена при совместной работе с различными специалистами : Аблеевым М.Х., Гугалинской Л.А., Ермола евым A.M., Летуновой C.B., Остроумовым В.Е., Парибок Т.А,, Пиуновой В.В., Лодрезковой Е.В., Скрипниченко И.И., Стрнадом Вл., Трубецким O.A., Учватовым В.П., Ширшовой Л.Т., что помогло автору в решении ряда научных вопросов. г Автор благодарен коллективу специалистов Химико-аналитического комплекса ИПФС РАН за большой труд в аналитической обработке материала.

Работа завершена благодаря финансовой поддержке РФФИ.

Диссертация общим объемом 180 страниц машинописного текста, 25 таблиц, 30 рисунков, состоит из 5 глав и выводов. Список литературы включает 359 названий, из них 84 на иностранных языках. Приложение.

Содержание работы Глава I. ЙСТ0РИК0 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕРХНЕОКСКОГО БАССЕЙНА

Историке

-экологические исследования территории ВОБ имеют не только давние традиции, но и отличаются наибольшей обстоятельностью. Анализ литературы по геологии, геоморфологии, геоботанике, палеогеографии, почвоведению, биогеохимии показывает, что ВОБ - целостный природный комплекс, структурные элементы которого прошли сходные этапы исторического развития (Докучаев,1891; Нейштадт,1957; Герасимов,Глазовская,1960; Величко,1963; Попов,1967; Гричук,1972,1979; Добровольский,1973; Ливеровский,1973; Таргульян,1974; Величко,Морозова,1975,1984 1989; Балиховская,1976,1980; Караваева и др.,1984; Назаров, 1990; Спиридонова,1992). ВОБ занимает территорию, расположен ную в центральной части Русской платформы. Основные закономерности развития природной среды здесь связаны с великими покровными оледенениями, сопровождавшимися чередованием холодных эпох осадкообразования и теплых (межледниковых) эпох активного почвообразования.

Длительная биогеохимичеекая и криогенная трансформация вещества привела к созданию полярных эколого-геохимических обстановок в вертикальном профиле экосистем палеоледниковых и современных ледниковых территорий. Верхняя почвенная часть ландшафтно-геохимических сопряжений и вертикальной структуры биогеоценотического слоя характеризуется кислой и окислитель ной средой, нижняя и средняя - слабой среднещелочной. Влияние коренного известнякового основания ландшафта и палеогид-роморфизма почв способствует формированию переходной обстановки миграции элементов.

В ландшафтно-геохимическом отношении на территории ВОБ четко вьщеляется два класса : переходный к кальциевому (Н+-Са2+), включающий Центрально-Русскую и Среднерусскую провинции лесной зоны, и кальциевый (Са^+) на территории Средне-

русской возвышенности лесостепной зоны (Назаров,1990).

Территория Верхнеокского бассейна является областью контакта двух почвенно-лаНдшафтных зон : дерново-подзолистых почв (Пд) лесной зоны - левобережная часть бассейна, серых лесных почв (Л) и выщелоченных черноземов (Чв) лесостепной зоны на правом берегу р. Оки, Для рассматриваемых ландшафтов характерно распространение биогеохимического (повсеместно), сорбционного (при среднем и тяжелом гранулометрическом соета ве и наличии выраженных иллювиальных горизонтов), карбонатного барьеров (Перельман,1972,1993) и их сочетаний.

Существенным является дифференциация по типу биологического круговорота. Значительная часть естественной лесной растительности водоразделов а настоящее время сведена и заменена сельскохозяйственными культурами, что изменило скорости и емкость биогеохимического круговорота.

Инвентаризация источников загрязнения и анализ интенсивности антропогенного воздействия на природную среду показали что ряд восточных и юго-восточных районов ВОВ испытывают очень сильную антропогенную нагрузку : Тула - Новомосковск -Богородицк - Кимовск - Ефремов (Сороковикова,1982).

Объекты_и_методы_исследования. Концептуальную основу работы составили представления о структуре, как совокупности устойчивых связей объекта, обеспечивающих его целостность, о биогеохимической цикличности, об абсолютной и относительной распространенности и миграции элементов, о геохимическом потоке, геохимическом барьере и геохимическом градиенте, о почвенном поглощающем комплексе как гетерогенном, полифункци ональном ионообменнике и гумусе почв - специфическом полидис персном полифункциональном компоненте с высокой комплексооб-разующей способностью, созданные отечественной школой выдаю-

щихся исследователей (Вернадский,1926,1954,1960,1978; Вильяме,1931; Гедройц,1933; Тюрин,1949-1960; Александрова,1954-1980; Виноградов,1957; Ковальский,1957-1976; Глаэовская,1962 1976,1981; Орлов,1962-1990; Перельман,1966-1993; Козловский, 1972; Ковда,1973-1985; Добровольский,1973-1990; Полынов,1946).

Комплексное изучение всей мощности биогеоценотического слоя на разных уровнях пространственной, временной, химической организации составляло методологическую базу исследований.

Исследования проводились в экосистемах различных типов сосновых лесов, смешанных хвойно-широколиственных, елово-со-зняковых лесов, липо-дубняков с березой и осиной, а также в агроэкосистемах»

Объектами исследования являлись природные среды В0Б : атмосферные выпадения, почвы, растительность, поверхностные воды. Исследования вертикальной структуры экосистем БОБ проведены на уровнях : биогеогоризонтов различных фитоценозов, почвенного покрова, почвенного профиля, твердофазных компонен тов почв и почвенных растворов.

Для получения количественных характеристик по массообмену тяжелых металлов на территории В0Б проводился в течение 2-3 лет отбор проб атмосферных выпадений снег, дождь), речных вод :водозабор произведен из крупных и малых рек в период летней межени), лизиметрических вод из-под гугяусового горизонта Л и Чв почв. В течение 2 лет исследовалась помесячная динамика природных форм соединений Си, г2п, Р6, Сс1, экзогенного РЬ в почвенных профилях Л и ЧвчЗолотарева,1981,1982,1984).

Результаты по биогеохимии тяжелых металлов и их распределению в почвах базируются на однократном опробывании.

Для пространственной интерпретации результатов опроб вание почв и снега проводилось на относительно равномерной сети точек, на ключевых участках (Приокско-Террасный заповедник -17, Тульские засеки - 5, Ягодинское лесничество Калужской области - 7), на ландшафтных профилях в ареале Л и Ч , по траверсу в окрестностях шахт и некоторых промышленных предприятий,

Б течение вегетационного периода изучена динамика накопления ТМ сельскохозяйственными культурами в-~агроценозе и в лабораторных вегетационных опытах. Во всех природных водах ТМ определены в растворимой и нерастворимой формах. Выполнен фазовый селективный анализ атмосферных выпадений и почв для изучения форм соединений ТМ и их трансформации. Комплексооб-разование ТМ с органическим веществом, свойства металл-органических комплексов, их устойчивость к термодеструкции, сор-бируемость различными природными сорбентами исследовались в модельных лабораторных экспериментах. Анализ ТМ проведен атом но-абсорбционными методами после соответствующей подготовки проб Золотарева, Гелетюк, 1981).

Основой карт ландшафтно-металлогеохимического районирования являлись : ландшафтная карта СССР .Исаченко, 1988), карта ландщафтно геохимического районирования Центра Русской равнины Шазаров,1990), почвенная карта нечерноземной зоны РСФСР (отв.ред. Фридланд, 1978), карта геоботанического районирования Нечерноземной зоны РСФСР (Исаченко, 1975). В качестве показателей шкалы при картографировании использовали средневзве шенные величины содержаний элементов .или их уровней, если расчет проводился в относительных единицах) в почвах бассейна в целом. Интервалы между изолиниями приняли равными величине среднего стандартного отклонения.

Глава 2. ПВДОХИШЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И АКТШНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЭКОРЕГИОНЕ

Исследованиями

установлена однотипность педохимической структуры ВОБ : в почвах разного генезиса на разных уровнях их организации порядок концентрирования тяжелых металлов имеет вид ' Рб / Си ? Сс(. Содержание Мп, Си, ниже кларковых величин, II' и Р& близко к кларку, околокларковое содержание Сс(. характерно для Пд, в Л и Чв оно превышает кларки в 2-4 раза, т.е. почвы ВОБ имеют отчетливо выраженную кадмиевую геохимическую специализацию.

Литогенная и литохимическая природа ТМ в современных почвах ВОБ подтверждена анализом полных стратиграфических разрезов на территории Русской равнины, в том числе уникального Лихвинского (левый берег р. Оки у г. Чекалина, Тульской области). Установлено, что содержание Си, 1п, Ш в современных почвах практически на отличается от их содержания в палео-почвах и материал днепровской морены, Рб имеет тренд к накоплению, содержание С<£ в 3-4 раза выше. Вместе с тем флуктуации минимальных уровней содержания С<1 в современных Л почвах близки, а в Чв вписываются в колебания уровней содержания Сс( в погребенной толще почв и отложений, что однозначно указывает на литогенную и литохимическую экзегезу Сс1,как и всех исследованных тяжелых металлов,в современных почвах рис.1'1.

Сравнение выборочных средних по интервальным оценкам параметров распределения показало, что почвы ВОБ по микроэлементному составу малоконтрастны. Распределение Си, Рб практически безградиентно, отмечается аккумуляция Мп, Сс1. в гумусовом горизонте, для '¿п, N1 характерно перераспределение по элювиально-иллювиальному типу Л) и сорбция на карбо-

РЛу_ | Климато-хронологическое | Серая лесная почва [Чернозем выщелоченный

би- !--------подразделение-------1 _ _ __ Содержание тяжелых металлов^ мг/кг

геологи- 1 Почвы | Ц

1_______________1 20? 401 801 10120 !107_30!__60!_30[60[9Ш_10]2СН_101_321_60

на

ческое

Рис, I, Диаграмма распределения тяжелых металлов по стратифицированным разрезам (Лихвинский, Воронежский ; образцы Л.А.ГУгалинской).

натном барьере ,ЧВ).

На уровне гранулометрического состава изученные ТМ разбиваются на 2 группы : Мл, Си, Со! концентрируются во фракции тонкой пыли (К 0,772-0,999), £п, N1, Рб К 0,835-0,924) в иле с тенденцией обогащения гумусовых горизонтов почв.

Установлены регрессионные взаимосвязи показателей состава и свойств исследованных почв (рН, ЕКО, Сорг., частицы-: 0,01 мм) с валовым содержанием ТМ.

Для разных почв и элементов эти связи неоднозначны : природный уровень содержания ТМ определяется в первую очередь гранулометрическим составом и содержанием гумуса.

Дифференциация распределения ТМ в ландшафте способствует формированию вторичных структур склонового типа. Для элювиально-иллювиальной трансляции ТМ большое значение имеет экспозиция склонов : в северной части ВОБ выше контрастность южных склонов, на юге, юго-востоке - северных.

Для территории ВОБ характерен региональный непрерывный геохимический градиент, проявляющийся в росте концентраций ТМ в почвах в направлении с северо-запада на юго-восток.

Формы природных соединений ТМ в почвах и поступающих техногенных определяют тип их педохимического поведения, что выражается в распределении металл - катиона между фазами в системе почва : раствор и в изменении этого распределения при изменении свойств системы.

Фракционный айализ(селективный, методом последовательных вытяжек)показал, что водорастворимые соединения могут образовывать в незначительных количествах и Сс( (~2%); ^п образует в почвах обменную и кислоторастворимые формы 40-50 %),

их содержания равны для одной почвы и близки в почвах экоре-гиона. Значительная часть Рб и Сс1 ,до 6СЙ) связана с органическим веществом почв. Миграционная способность металлов в профиле и лавдшафге, способность к трансформации и транслоко-ции и, наконец, токсичность связываются с активными формами элементов. К ним относят : водорастворимую, обменную и кисло-торастворимую формы, объединяя общим понятием "подвижные" формы элементов (ПФ). Дисперсии распределений содержания ПФ ТМ в почвах близкого гранулометрического состава Л и Чв) меняются незначимо и в профиле и во внутригодичном цикле, за исключением сезонной динамики ПФ-Сй. На фоне нерегулярных флуктуаций содержания ПФ ТМ отмечаются четко выраженные максимумы содержания обменных форм РЬ и Сс1, которые приходятся на периоды максимальных температур. Описаны связи содержания ПФ ТМ между собой и с содержанием гумуса, температурой и влажностью почв (простые и множественные регрессионные модели).

Внутрипочвеннал миграция ТМ в форме растворимых соединений в 3-36 раз выше, чем перенос с дисперсными частицами почвенного раствора, хотя металлогенность последних высокая. Наивысшие значения коэффициентов миграции (Перельман,1975) характерны для № и Сс1 в лизиметрических водах (ЛВ) гумусовых горизонтов почв и достигают значений 20 и 13 соответственно. При трансформации природных вод от ЛВ к почвенно-грунтовым водам, затем речным - К мг всех элементов, кроме Сс1, снижается в 5-10 раз. Флуктуации значений концентраций ТМ в ЛВ и почвенно-грунтовых водах незначительны, гидрохимическая структура ЛВ Рб>£п>Мп >Си >Сс1 близка структуре атмосферных выпадений, что указывает на их активную роль в формировании внутрипоч-венного стока ТМ.

Миграция_и_трансформация^к^

Загрязнение почв при любом характере использования территории прямо или косвенно формирует экологические условия обитания человека. В этой связи имеет большую важность установление количественных характеристик миграции в природной среде техногенных ТМ, имеющих катионную природу и активно сорбирующихся почвами, а также механизмов и форм трансформации.

Миграция элементов в почвах с физико-химической точки зрения представляет собой непрерывный ряд повторяющихся процессов сорбции элемента почвой из водного раствора и десорбции его в водный раствор Тимофеев-Ресовский и др.,1966; Поляков, 1966; Лавлоцкая,1979,1981; Орлов, Обухов,1988,1990; Пинский, 1990,1993).

В многолетних модельных полевых опытах исследовались закономерности выноса и трансформации Р§ в Л и Чв•с иммитацией точечного источника загрязнения, трансформация различных форм соединений Си, РЬ, Сс1 в зависимости от доз внесения. Нолевые опыты были дополнены колоночными лабораторными моделями.

Распределение Р8 экз по профилю почв, вызываемое процессом природного выщелачивания, подчиняется определенным закономерностям, которые описываются при помощи соответствующих кривых: на супесчаных почвах кривые отвечают линейной функции, на Л и Чв характеризуются двумя максимумами в гумусовом и иллювиальном и карбонатном горизонтах Л и Чв почв соответственно. Накопление

Рб экз в иллювиальном горизонте (Л) более контрастно, чем на внутрипочвенном карбонатном барьере (Чв). Процессы радиальной и вертикальной миграции Рб экз в почвах исследуемых ландшафтов достаточно активны.

Экстенсивные характеристики параметров миграции экз в Л

и Чв совпадают : радиальное перемещение составило 50 см, глу бина вертикальной миграции более 100 см, период "самоочищения" метрового слоя почвы во всем радиусе "загрязнения" составил около 4 лет. Интенсивные параметры миграции ?6 экз существенно различаются : масса Ро экз, прошедшая через мет • ровую тол1цу Л за 4 года в 2,5 раза выше, наиболее высокие концентрации РЬ экэ в профиле Л отмечались на 2, а в Чв на третий год эксперимента.

Полученные вертикальные распределения Рб экз по профилю почвы позволяют оценить в относительных величинах убыль металла из слоя в слой или радиальное перемещение для каждого горизонта, т.к. при постоянном просачивании воды в почву количество загрязняющего элемента постепенно убывает.

При всей условности такой оценки в режиме сравнительного анализа она может быть полезна, т.к. отражает реальные эффективные сорбционные способности почв. Расчеты показали, что убывание Рб экз из горизонтов Л почвы в среднем за 3 года происходило с коэффициентами : для 10-см зоны вокруг источника от 0,7 до 20 год""''', в области 30-см зоны от 0,3 до 6 год""*, для 50-см зоны вокруг источника в среднем 0,5 год-* с максимальными значениями для слоя 20-30 см (подзолистый горизонт ). 3 Чв убывание Рб экз от источника загрязнения в радиальном направлении происходит по экспоненте : 0,40 —0,16 -»•0,12 год"*, для расстояний 10, 30, 50 см соответственно. В пределах 30-см слоя от слоя к слою вниз коэффициенты убывания Р8 экз были почти постоянны в Чв и составляли 0,83-0,93 год-^, в Л изменялись от 0,7 -"2,11 -•-1,3 год~^ с максимальны ными значениями также в подзолистом горизонте.

Важнейшую роль в перераспределении Рб экз менаду фазами почв играют процессы ионного обмена и адсорбции. Трансформа-

ция поступившего Рб экз в метровой толще JI и Чв не сопровождалась образованием прочно связанных соединений, а только ПФ, между которыми существует тесная корреляционная связь ,Р. = 0,941). Коэффициент концентрирования ПФ ТМ экз (как отношение к фоновому уровню) увеличивается быстрее, чем коэффициент концентрирования общего содержания ТМ, и различен для отдельных элементов, но как правило для Си > Рб> Сd .

Проведенные исследования показали'значительные различия между почвами с точки зрения их устойчивости к загрязнению. За один и тот же период времени (4 года) в одном и том же объеме в Л почве находилась в 2,5 раза большая масса Рё экз, в 5 раз выше было содержание обменных форм, т.е. наиболее активных, подвижных, миграционноспособных и одновременно токсичных для биологических компонентов экосистем, которые могут долго испытывать последствия перенесенного стресса.

Получены регрессионные модели для расчета форм соединений ГМ в зависимости от дозы внесения, от общего содержания ТМ в почвах, взаимосвязи форм соединений, что важно при оценке миграции ТМ и возможности их поступления в растения.

3^о^!ШУ§°к&я_§ктивность_тяжел^_металлов. Взаимодействие ТМ в почвах осуществляется на поверхности и в объеме фаз. а. также с биотическими компонентами. Свойства самих элементов жазываются существенными и, трансформируясь в почвенной сред ;е, они меняют её свойства и структуру. Все ТМ педохимически 1 биохимически активны (Бойченко,1968; Глазовская,1972; Умаров (980; Ильин,1985; Летунова,1985; Гришина,1987; Мельничук,1990; Золотарева, 1992; Boelmaa, Haanst;ra,1979; Brookes, 19в4).

В полевых и лабораторных моделях установили, что с ростом концентрации ТМ в почвах снижается пептизируемость последних уменьшается гидрофильность тонкодисперсной части почв),

снижается подвижность органо-минеральных соединений и увеличивается доля соединений с большей молекулярной массой.

Впервые определено, что адсорбированные Си и Рб вызывают существенные структурные изменения глинистого материала почв. В нем усиливается деградация гидрослюд, чему способствовало подкисление среды, одновременно увеличивается содержание вермикулита и смектита в составе неупорядоченного смешанно-слойного вермикулит-смектитового образования - наиболее активно изменяющейся фазы глинистого материала 'Градусов, 1976).

J Соединения Си, Рб, Cd. повышают кислотность почв. С увеличением дозы внесения ТМ увеличивается снижение рН в ряду : Cd->Cn>P¿. При возрастании концентрации ТМ в 10 раз рН снижается на 2-2,5 единицы. £п не влияет на кислотно-щелочные свойства почв.

Исследовали электроповерхностные свойства тонкодисперсной части почв, определяющие характер сорбционных процессов и их изменения при внесении ТМ (Трубецкой, Золотарева и др.,19921 Ионы Рб и Cd, вследствие большего размера, вызывают более сильное сжатие ДЭС и уменьшение ^ -потенциала. Более низкий ^ -потенциал при адсорбции РЙ и Coi. и подкисление раствора на 1-2 единицы рН позволяют предположить образование соединений координационного типа с обменными центрами ППК (Пинский, 1992),

При рассмотрении механизмов взаимодействия ТМ с почвами особое внимание было уделено комплексообразованию с фульво-кислотами, т.к. фульватные комплексы - одна из наиболее важных форм миграции ТМ в зоне гипергенеза (Фокин,-1970-1990; Варшал,1976-1990; Веаез etal,I976; Кауричев,19775 Schaitzer , 1978; Карпухин,I980-I990; Черников,I980-1990;saar .Weber , 1980; Аржанова, Елпатьевский,1981-1990; Орлов,1986; Лапин,

Красюков,198б). Исследования проводились на модельных системах. В экспериментах использовались препаративные ФК со средневзвешенной ММ : 500-2000 при рН 3-5 полученные из природных вод.

Получены данные о составе и устойчивости фудьватных копм-лексов ТМ : соотношение Ме:ФК в комплексе 1:1, условные константы устойчивости для Рв, Си, СА равны 4.59, 4.33, 4.36, 3.85 соответственно при рН 5. Свойства центрального атома комплексного соединения определяют структурные изменения ФК и влияют на термическую устойчивость комплексного соединения.

Тяжелые металлы вызывают значительную дифференциацию структурных фрагментов периферической части ФК, не затрагивая, практически, циклическую "ядерную" часть молекулы. Медь и свинец, как сильные комплексообразователи, вызывают упорядоченность в периферической части молекулы Ж, при этом влияние Си более активно. Это сопрововдается резким снижением (на 40°С) термостабильности компонентов центральной части ФК. Цинк и кадмий, напротив, деструктурируют периферическую часть ФК, вызывая её большее разветвление (в 2 раза), что приводит к экранированию циклического "ядра" ФК и увеличению его термостабильности. Выявлено, что Си и Хп вызывают большие структурные деформации, тогда как Рб и Сс(. активно влияют на температурные аффекты.

Исследовано взаимодействие металл-фульватных комплексных соединений (Ме-ФК) с минералами и почвами. Установлено влияние рН и концентрации ФК и ТМ, содержания гумуса и карбонатов на параметры поглощения. Сорбция Ме-ФК соединений описывается тремя видами кривых . Наличие в твердой фазе сорбентов

карбонатов оказывается существеннее для адсорбции Р5, Си, %тг, а содержание гумуса - для Сс1-ФК. Это подтверждает феномен

значительного участия органического вещества в связывании Cd в реальных почвенных условиях, но обнаруживаемая большая подвижность Cq связана, вероятно, с тем, что этот элемент образует с гумусовыми веществами (фульвокислотами превде всего) соединения типа простых солей (Bloomfiüld etal.,1976; Cheschir étal.,1977; Hadojerio étal.,1987;£euter,Perdue,1977), тогда как для Pfe и Си характерны преимущественно координационные соединения.

В целом исследованиями установлено, что геохимическая структура позднеплейстоценовых и четвертичных отложений, а также почв Верхнеокского бассейна идентична, как и геохимическая специализация, выражающаяся формулой Cdo,8-4 ^0,5-1 б

Ni 0,7-1,7 ?п0,8-1 ^0,2-0,8 Си0,4-0,8* 0тсюДа следует, что кадмиевая геохимическая специализация почв ВОБ имманентна» По типу поведения в почвах исследуемые тяжелые металлы образуют две группы переменного состава : в электрокинетических процессах подобно поведение пар Pô-Cd и Си-£п, в физико-химических - Pô-Си и Zn-Cd.

Глава 3. БШГЕОХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ЛАЩШАЖГОВ ВЕРХНЕОКСКОГО БАССЕЙНА И БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Биогеохиъмческад ^пециад структде_растений. Высшая растительность определяет масштабы биогенной миграции химических элементов на суше, в циклическом круговороте веществ. Известно, что химический состав растений имеет систематическую, возрастную, морфологическую и экологическую дифференциацию (Ковальский,1974; Добровольский, 1983-1990; Золотарева и др.,1983,1984,1987; Ильин,1985; Касимов,Проскуряков,1987; Батоян и др.,1990; Добродеев,1990; Конова,1990), этим определяется специфика биогеохимической

структуры ландшафтов.

В качестве биогеохимических параметров использовались кларки концентрации (Кк) элементов в растениях относительно кларков в литосфере и кларков растений суши (Кр), позволяющие сравнивать данные регионов с разной металлогенической специализацией, а также коэффициенты биологического поглощения (Кб), представляющие отношение содержания элемента в сухом веществе растений к его содержанию в почве.

Установлены особенности региональной, систематической и экологической специализации основных биоморфных структур автотрофного звена биогеоценозов на территории ВОБ, заключающиеся в низком региональном фоне содержания ГЛл , Си , ?п , Рб (Кк<1) и концентрировании С& - наиболее миграци-онноспособного элемента лесных и лесостепных ландшафтов (Кк I - 4,6).

Региональный биогеохимический фон всех изученных видов растений образуют Мп (203) , 2-п (29), Си (6,5) , Рб (3,4) , Сё. (0,19) - в скобках средневзвешенное содержание элемента, мг/кг сухой фитомассы.

Различия биогеохимического фона ТМ между древесными и травянистыми растениями в лесных и лесостепных ландшафтах не существенны. Травянистые растения в лесных ландшафтах почти в 2 рала больше накапливают Сс1 по сравнению с травянистыми растениями лесостепных ландшафтов , вероятно из более обогащенных ТМ подкроновых вод (Учватов,1989; Елпать-евский,1993). По сравнению с кларком растительности суши в древесных и травянистых растениях лесных ландшафтов ВОБ незначительно увеличено содержание Со1>Мп^?п (Кр 30,3,1.5) в травянистых растениях лесостепных ландшафтов - только СсI .'

Установлены семейства и виды растений - концентраторов ТМ, среди них выделяются : марьянник луговой, сем. Норичниковых, накапливающий все ТМ, сердечник луговой, сем. Крестоцветных - концентратор Р6 и звездчатка жестколистная, сем. Гвоздичных, аккумулирующая Сс1..

Кадмиевая специализация древесных и травянистых растений подтверждается анализом коэффициентов биологического поглощения. При слабой дифференциации Кб элементов по семействам и видам растений высокие значения Кб характерны для Си (5-9), ¿п (3-8) и Сс1 (2,5-5). Древесные виды растений в 2 раза активнее поглощают ТМ, кроме Рб. Отмечается селективное поглощение ¿п (более чем в 2 раза) и Сс(. мелколиственными породами. Из-за увеличения содержания кадмия в почвах лесостепной-зоны ВОБ в травянистых растениях лесостепных ландшафтов Кб кадмия снизился. Растения только 4 семейств : розоцветные, фиалковые, сложноцветные и норичниковые, - сохранили значения Кб^2.

Кадмий проявляет наибольшую биогеохимическую активность во всей фитоценотической структуре с максимальными Кк у подроста Морфологические особенности лиственных и хвойных пород древесных биоморфных структур оказываются существенными при распределении ТМ по органам растений. ТМ накапливаются в листьях широколиственных пород деревьев, в т.ч. за счет перехвата атмосферного потока элементов, и в ветках хвойных растений.

Распределение ТМ в годичных кольцах древесины сосны, дуба, липы, ясеня 40-летнего возраста безградиентно, концентрации ТМ низкие, возрастают только в коре деревьев - Рб в 5 раз, СЫ - в 20. За это же время в травянистом покрове региона возросло содержание ¿п (анализировались растения из гербария Приокско-Террасного биосферного заповедника от 1954 года) в 5-10 раз. То-есть,

установленный нами региональный биогеохимический сЬон '1'М имеет естественное происхождение.

Особым биогеохимическим горизонтом лесных ландшафтов, трансформирующим влияние высших растений на почву, является подстилка. Подстилка, где интенсивно происходят процессы деструкции и биохимической трансформации растительных остатков, мощный биогеохимический барьер для различных потоков ТМ.

Расчет коэффициентов биогенной миграции (отношение содержаний металлов в опаде и почве) и коэффициентов биогенной аккумуляции (отношение содержаний элементов в подстилке и опаде) - как количественных параметров обмена веществ мевду почвой и растительным ярусом показал, что в лесных, биогеоценозах ¿п и Со1 являются биогенными мигрантами. Интенсивность биогенной миграции этих элементов в хвойных БГЦ в 2 раза выше. Одновременно расчеты подтвердили, что все исследуемые ТМ аккумулируются в подстилке, причем интенсивность аккумуляции Мп, Си, £п практически одинакова в хвойных и лиственных БГЦ и в 2-3 раза ниже, чем аккумуляция РЙ и Сс1, т.е. подстилка выполняет активную концентрационную функцию в экосистемах БОБ.

Поступление Сс( в подстилку превышает поступление других ТМ более чем в 10 рал, высокая миграционная способность соединений СЫ приводит к тому, что современные почвы обогащаются элементом, а атмосферные поступления усиливают этот эффект. При разложении подстилки ТМ преимущественно в виде комплексных соединений поступают в почву. Обладая меньшей комплексообраэующей способностью чем Рб и Си, С<1 включается в соединения с наиболее растворимой, подвижной частью гумусовых кислот - фульвокислотами,и участвует в следующих био-

геохимических и миграционных циклах. Не случайно более 60 % общего содержания Рб и Сс1 в почвах связано преимущественно с органическим веществом (Золотарева, 1989).

Таким образом, выделена определяющая роль растительности в накоплении "избыточных" количеств биогенного Сс1 в почвенном блоке современных экосистем ВОВ. Располагая сведениями по историко-экологической характеристике региона и эволюции растительного покрова в верхнем плейстоцене-голоцене, представляется возможным расширить значение установленной закономерности, распространив её на все этапы активного почвообразования в эти временные периоды, а более низкое содержание Сс(, вскрытое нами в палеопочвах, объясняется тем, что в последующие за активным почвообразованием периоды осадко-накопления, связанные с изменением биоклиматических условий, миграционноспособные формы СУ. выносятся из ландшафта.

Особетости_биологического в_регионе. В соответствии с общей моделью круговорота Родин, Базилевич,1965; Ковда,1976; Титлянова,1979; Фортескью, 1985), используя данные Т.И.Евдокимовой с соавторами (1978) и результаты собственных исследований, рассчитали количественные 1:аг.ак(.1ры биологического круговорота ТМ для обобщенных экосистем БОБ : лесной, луговой, сельскохозяйственной.

Запасы ТМ в фитомассе в 30-40 раз выше количества элементов ежегодно поглощаемого растениями. Сопоставление запасов ТМ в фитомассе, подстилке и почвах показало, что последняя является главным аккумулятором элементов. Запасы ТМ в почвах ВОБ в 10-100 раз выше, чем в подстилке. В фитомассе лесных экосистем запасы Мп, Си, ¿п на порядок выше, чем в подстилке, запасы Рб и (И - в 2-3 раза, при этом запасы Нп и Со1 в фитомассе сопоставимы с их запасами в гумусовом горизонте

подзолистых песчаных почв.

По величине ежегодного потребления и возврата ТМ экосистемы мало различаются, можно отметить лишь большее потребление Мп в лесных экосистемах и Рб в агроценозах. Для всех ТМ захват годичным приростом фитомассы превышает возврат в систему в 2 раза.

Определена скорость круговорота ТМ подстилки, которая оказалась близкой у всех элементов и составила 10.2 год-"'". Одинаковым для исследуемых элементов получилось время их оборота в системе, иными елов шли, время полного обновления ТМ в растительном блоке экосистем, которое составило 35 лет. Близость величин времени оборота отдельных элементов, свидетельствует прежде всего о значительном влиянии макросвойств систем на параметры круговорота ТМ, а так же о стабильности изучаемых экосистем. Порядок величин времени оборота ТМ в экосистемах БОБ близок расчетным данным характерного времени обновления органического вещества Пд почв (60-80 лет), установленным В.А.Ковдой с соавторами (1990),и показывает, что скорости оборота ТМ в системе в 2 раза выше, чем скорости оборота органического вещества почвенного профиля. Это достаточно основательные аргументы э пользу естественной природы ТМ и концентрирования их биогенных форм в почвенном профиле.

Таким образом выявлена кадмиевая био~еохимическая специализация растительного покрова ВОБ связанная с высокой биологической миграцией элемента; впервые выделена определяющая роль растительности в круговороте ТМ, приводящая к накоплению "избыточных" количеств их биогенных форм в почвах.

ралтений_на_теетогенное_воздействие. В полевых и вегетационных опытах исследовано влияние внесения водорастворимых

солей ТМ на их поступления в растение, урожайность и некоторые физиологические характеристики ряда сельскохозяйственных культур : ячмень, картофель, кукуруза, люцерна.

Установлены регрессионные взаимосвязи между поступлением ТМ в растения и дозой их внесения, а также содержанием солеи кислоторастворимых. форм соединений ТМ в почвах. Уровень корреляции для всех растений и соединений ТМ высокий (R = 0.696-0.998).

Скорость поступления ТМ в растения, рассчитанная по изменению коэффициента распределения элемента (дКрЭ) за время экспозиции ( ¿t ) была максимальной в первый период роста растений, при этом скорость миграции Cd. в 1,5-10 раз выше, чем РЬ и Си и определяется видом растения.

Поступление ТМ в растения приводит к изменениям в системе энергетического состояния клеток, о чем судили по интенсивности люминисценции мезофильных клеток листьев при разных длинах волн vКарнаухов,1978). Видом растения определяется механизм действия ТМ. У люцерны и кукурузы подавляется фотосинтетическая активность мезофильных клеток, наиболее негативно влияет Cd. У картофеля подавляется гетеротрофная компонента энергообеспечения, существенна роль Си и Р& в этом процессе. Следствием этих физиологических нарушений является снижение продуктивности.

На серой лесной почве совместное внесение от 10 до 100 мг/кг Си, Рб и от 0,2 до 2 мг/кг Coi. , привело к снижению продуктивности растений на 30-70 %. При этом относительная токсичность тяжелых металлов, рассчитанная по снижению продуктивности культур (Удовенко, 1977), возросла для картофеля в 5 , для люцерны в 15 , для ячменя в 42 , для ку-

курузы - в 74 раза. "Генетический"контроль

определяет не только видовое поглощение ТМ, но и особенности их распределения по органам и тканям. Более жесткий "генетический" контроль характерен для злаковых растений, удерживающих максимальное количество ТМ в корнях. Устойчивость злаковых растений к загрязнению делает их более безопасными в качестве кормовых культур, но ограничивает возможность использования для очищения территории от загрязнения. Люцерна, образующая огромную биомассу и активно поглощающая Cd. и Pt>, может быть более эффективна для биологической очистки почв.

Влвдние_водораство]эт№_со^ биологич9скую_активность_почв. В качестве биологических критериев оценки состояния окружающей среды активно используются микробиологические показатели (Летунова,1976-1990; Алексеева,1986; Звягинцев,1986} Ниязова,1985; Золотарева, 1992).

В полевых экспериментах на серой лесной почве в лесном и агроландшафтах исследовали влияние различных доз (1-300 мг/ /кг) и форм соединений ТМ (нитраты, оксиды, сульфаты, хлориды, ацетаты) на биологическую активность, оцениваемую по величине активной биомассы микроорганизмов (АБМ) ( t Jc.ni-Jx,I978), и интенсивности вццеления С02 (Дробник,1957).

Установлено, что относительная токсичность Рб и CoL выше, чем Си и Й1. Совместное влияние Рб и Cd имеет синергический характер в воздействии на АБМ. Определен ряд относительной токсичности химических форм соединений ТМ при одной концентрации металла. Ряды токсичности соединений РЬ и Cd. постоянны, не зависят от типа ландшафта и времени пребывания соединений в почве. Карбонаты и нитраты более токсичны, чем ,/

оксиды и ацетаты свинца, у кадмия наибольшую токсичность проявляют оксиды и сульфаты. Ряды относительной токсичности соединений ?п и Си в лесных и сельскохозяйственных ландшафтах противоположны.

Определено, что при разовом внесении в серую лесную почву разных доз и соединений тяжелых металлов последние, воздействуя на комплекс почвенных микроорганизмов, снижают его биомассу и активность практически пропорционально внесенной дозе. В течение года после внесения ТМ процесс ингибирования микробиологической активности замедляется до уровня, не превышающего 50 % от фона. За следующий год микробный комплекс по биомассе и активности

практически восстановился.

Следует отметить, что следы воздействия токсикантов отражаются на кинетике процесса выделения С0£ , прежде всего в её первую фазу, когда разлагаются легкометаболизируемые субстраты.

Фаза наиболее интенсивного выделения С0£ смещена практически на 2,5 - 3 суток и растянута на б суток по сравнению с контрольным вариантом, а максимальная интенсивность выделения на 30 % ниже.

44 То-есть, относительно длительное развитие микробоценоза в условиях повышенного содержания ТМ в почве приводит к формированию микробных комплексов, устойчивых к избытку металлов в среде , активно участвующих в биогеохимических превращениях вещества , поддерживая гомеостаз системы.

Таким образом комплексное изучение всей мощности биогео-ценотического слоя позволяет вьщелить два ведущих природных

процесса, определяющих современную кадмиевую геохимическую специализацию экосистемы Верхнеокского бассейна : это биогеохимическая трансформация вещества и почвообразование.

Глава 4. ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ВНЕЛАНДДМГНЫХ ПОТОКОВ И ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВЕРХНЕОКСКОМ БАССЕЙНЕ

В предццущих главах описана геохимическая структура и приведены количественные параметры миграции тяжелых металлов в биогеохимическом круговороте - основном внутрисистемном миграционном цикле веществ. Вместе с тем решение экологических проблем окружающей среды требует целостного интегрированного представления о круговороте веществ на территории, о связи биогеохимического круговорота с внеландшафтным геохимическим потоком веществ (Козловский,1972; Глазовская,1976).

В работе рассматриваются две составляющих внеландшафтного геохимического потока - атмосферный принос вещества и вынос поверхностными водами.

Геох™га_а^ального_потока_и_плотность_вщ тяжелых_металлов. Поскольку газово-дисперсная фаза аэротехногенного потока вещества имеет возможность формировать обширный ореол рассеяния ТМ принимают участие в составе атмосферных осадков и аэрозольного материала регионально-фоновых территорий (Юнге,1965; Махонько,1977-1989; Миклишанский, 1977; Саенко, 1978; Добровольский,1980; Глазовский, Учватов, 1981; Ровинский и др.,1982; Пословин, 0стромогильский,1984; Остромогильский, Петрухин,1984; Юшкан и др.,1984,1991; Вознесенский и др.,1989; Толкачева,1989; Сает,1989; Аржанова, Елпатьевский,1990; Бурцева и др.,1991).

В суммарном атмосферном потоке веществ, поступающем в ландшафты ВОВ ( 14 т/км2.год), на долю ТМ приходится около

0,2 % , геохимическая нагрузка поступающей части баланса ТМ достигает 28 кг/км^.год, в т.ч. ионный модуль ТМ от б до 9 кг/км^.год. Концентрации ТМ в осадках и региональные модули аэрального потока ТМ имеют фоновые значения.

Анализ фазового распределения ТМ в осадках показывает, что только Cd и Си находятся в атмосферных осадках, главным образом, в растворимой фазе (70$>), что обусловливает их высокую активность в биосфере. Основная геохимическая структура растворимой части атмосферных выпадений имеет вид : 2п >Мп >Си >Pó >CcL , пыли : Мп> ¿n¿ PÓ >Си ->СоС , что близко распределению ТМ в поверхностном слое почв ВОБ.

Общая формула геохимической специализации ионного и твердого аэрального потока ТМ однотипна (в индексе кларки концентрации со значениями выше i) : £¿20-200 ^18-30 ^14-18 Cnj_j2« Она показала, что самые высокие кларки концентрации Col, Рб, Zn среди биокосных и биогенных компонентов экосистем характерны для аэрального потока ТМ и, особенно, сухого остатка их растворимой части.

Изучение снежного покрова в пределах ВОБ, депонирующая роль которого широко используется для выявления источников и оценки загрязнения окружающей среды, показало, что в нем фиксируется воздействие промышленных центров, расположенных на территории региона. Пространственное распределение выявленных аномалий имеет прямую связь с зонами техногенного давления.

Состав жидкой фазы зимних выпадений достаточно однороден. Об этом свидетельствуют близкие величины модулей ионного потока веществ и ТМ и их малоконтрастное распределение, т.е. состав жидкой фазы несет черты глобальной характеристики атмосферных выпадений.

Пыль, оседающая на снег, представляет более ценную информацию о наличии и контрастности загрязнения территории, о характере и уровнях антропогенно обусловленной химической трансформации ландшафтов в регионе.

На достаточно низком геохимическом фоне снежного покрова большей части ВОБ выделяются участки с более интенсивным антропогенным воздействием. К ним относятся прежде всего район Тульско-Новомосковской и Ефремевской промышленных агломераций. Универсальным индикатором антропогенного загрязнения является Рй, образующий наиболее контрастные распределения, а также £п и СсС. Это подтвердили расчеты антропогенного вклада в фоновое загрязнение атмосферы ТМ. Он составляет 80 % для Рб и более 50 % для ¿л и Сс[, что представляется достаточно реалистичным.

Концентрации ТМ в пыли снежного покрова в 2-46 раз превышают кларки элементов - ТМ с наибольшим аэрозольным концентрированием Рб и ¿п. Нерастворимая фаза атмосферных выпадений обогащена ТМ относительно почвы (нормирование по Ре) в 2,5 раза. Наблюдается обратное соотношение менаду плотностью выпадения пьши и концентрацией ТМ в ней. Аэрозольный миграционный поток содержит до 20 % соле-и кислоторастворимых форм соединений Си и РЬ и до 60 % - ¿п, А/ь и Сс!, в т.ч. у Ро и Сс(. преобладают ацетатнорастворимые соединения. Кадмий проявляет наивысшую миграционную способность при снеготаянии (отношение плотностей выпадения ТМ в растворимой и нерастворимой фазах).

Составлена карта распределения пыли, оседающей на снег. Контур максимального запыления территории (Новомосковск) превышает региональный фон более чем в 6 раз и занимает 4 % площади. Общий характер распределения плотности загрязнения

снежного покрова ТМ сходен с распределением пыли.

Установлены функциональные зависимости между элементами, содержащимися в пыли, выпадающей на снежный покров, и плотностью выпадения пыли. Тесная корреляционная связь указывает, что поля загрязнения снега ТМ сформированы, главным образом, под влиянием одних и тех же факторов, функциональные зависимости между плотностью выпадения ТМ и пыли четко устанавливаг ются в районах "чистых" и испытывающих техногенное давление, в то время как для переходных территорий, куда загрязненные атмосферные осадки доходят нерегулярно, эти связи ослабевают Ш = 0,27-0,42).

Плотность потока нерастворимой части атмосферного поступления веществ определяет атмосферный поток ТМ на территории ВОБ.

Геохимвд ^евдого_стока_и_штенсивно

Характерной гидрологической особенностью территории является большая интенсивность водообмена, активный водный (жидкий и твердый) сток. Концентрации ТМ в ионной фазе различных водотоков ВОБ (в период летней межёни) близки и не превышают кларковых значений. Повышенный фон концентраций Мл, Си, Рб, Cd. в воде р. Упы, пересекающей г. Тулу, не выходит за пределы колебаний средних значений их концентрации в воде рек всего бассейна. Геохимическая структура ионного речного стока имеет вид : ¿п > Мп > СигРБ > Сс(. , а формула геохимической специализации - Cclj^.gg Р^_3 g £п0 ?_j ^ Chq t Мп0 Q3 показывает высокую миграционную способность Cd. Рассчитаны коэффициенты водной миграции - Кмг (Перельман,1975) для р. Оки и её притоков на территории ВОБ, которые имеют значения : Cd 3-II, Р& 1.3-2.4, 2П 0.4-0.9, Си 0.3-0.98 . Интенсивность ионной миграции Cd в

реках Верхнеокского бассейна. В целом в гипергенных условиях региона Рб и СИ. являются подвижными водными мигрантами, ¿п и Си - слабоподвижными. Модули ионного стока ТМ левых притоков р. Оки одинаковы и в 2 раза ниже, чем правых притоков, а в среднем составляют не более 0,02 % от общего стока растворимых веществ из бассейна.

Геохимическая структура взвешенного вещества рек подобна и идентична почвенной. Это связано со значительной эрозией почв особенно в период весеннего половодья, на который приходится основной объем годового водного и твердого стока. Концентрации ТМ во взвешенном веществе рек на порядок выше, чем в почве.

Гранулометрическая ассиметрия ВОВ приводит к дифференциации нагрузки речных вод нерастворимым веществом и ТМ, связанными с дисперсной фазой. Для взвешенных наносов рек левобережья Кк всех ТМ имеют более высокие значения. Аналогичный эффект наблюдался в пыли, оседающей на снежный покров водораздела рр. Угра - Жиздра.

Общая формула геохимической специализации взвешенного вещества рек бассейна следующая : ^123^12 7^6,7 2 *

В целом для ландшафтно-геохимических систем Верхнеокского бассейна характерна низкая нагрузка выходящего потока ТМ ; речные воды со значительным количеством взвешенного материала, обогащенного ТМ, выносимого в период весеннего половодья; более высокая "нагруженность" миграционных потоков правого берега р. Оки, связанная с тяжелым гранулометрическим составом почв, а также промышленными и бытовыми сбросами основных промышленных центров региона.

Установлена дифференциация рек по интенсивности химической денудации водосборов, которая убывает в ряду : 0ка<3у-

ша < Упа < Жиздра<" Угра . Сток ТМ со взвешенным веществом колеблется по разным водосборам от 67 до 340 кг/км^ в год. Сток ТМ в составе твердых наносов правых притоков р. Оки в 2-3 раза выше, чем левобережных. В среднем в бассейне твердый сток ТМ превышает ионный в 20 раз со значительными колебаниями для отдельного элемента и каждого водотока. От валовых запасов ТМ в почвах их речной сток составляет < 0,1/5, от запасов подвижных форм соединений <0,5%.

Вместе с тем установлено, что нагрузки входящих и выходящих потоков тяжелых металлов имеют фоновые значения.

Анализ основных внеландшафтных потоков элементов : атмосферного приноса и речного стока, - показал, что тяжелые металлы связаны с движениями масс дисперсного вещества.

При сравнении параметров биогеохимического круговорота ТМ и внеландшафтных геохимических потоков выявлено, что вынос Coi. водным стоком соизмерим с поглощением растительностью, а другие ТМ прочно удерживаются в биологическом круговороте. Атмосферный принос Р& и CoL в 1,5 раза превышает поглощение этих элементов годичным приростом, а годовой вынос ТМ с территории бассейна поверхностным стоком в 3-5 раз превосходит захват элементов приростом фитомассы, что препятствует загрязнению окружающей среды ТМ.

Суммарный модуль аэрального потока Си, ¿п и Coi равен, а P¿ в 5 рад выше ионного речного стока этих элементов, но в 4-20 раз ниже их суммарного речного стока, что доказывает элювиальную направленность современных геохимических процессов. Это в целом препятствует загрязнению Верхнеокского бассейна группой исследованных элементов, кроме свинца., для которого сейчас уже фиксируется нулевой баланс.

Глава 5. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ВЕРХНЕОКСКОГО РЕГИОНА

Анадиз_загрязнения^овд

региона_тшелыми_металлами.

Полученная нами путем непосредственных измерений достаточно полная и достоверная информация о геохимической структуре природной среды ВОБ, количественных параметрах ландшафтных геохимических потоков и особенностях поведения тяжелых металлов сделала актуальной задачу пространственной интерпретации результатов.

Анализ эколого-геохимической структуры бассейна показывав~ ет, что на макроуровне выделяются две категории генетических факторов, определяющие внутреннюю дифференциацию региона на качественно разнородные территории': зональные условия почвообразования, создающие первичную неоднородность исходного загрязнения территории (преяде всего это литогенная и лито-химическая неоднородность) и особенности условий миграции, поступающих из атмосферы металл-катионов, в почвах, водах и живых организмах. Это отражается в структуре существующих металло-геохимических полей (рис.2. ). Она едина по набору элементов, образующих ассоциацию, по порядку их расположения в ней, по увеличению коэффициентов концентрации ТМ, усилению контрастности загрязнения почв в юго-восточном направлении, вслед за увеличением содержания в них физической глины и ила, гумуса и карбонатов. Анализ карт показал, что более 60 % территории ВОБ характеризуются средним уровнем содержания ТМ, 25 % - повышенным, 10 % - высоким и около & % - очень высоким уровнем содержания ТМ.

Вклад отдельных металл-катионов в фоновое загрязнение почв

П9

ЦЬ

изолинии соде ния

содержа-

Уровни, __П_о_ч_в_ы_,_% Уровни,

1- У !

• в~Т

!гп

< 60 60-85 ? 85

< 70 70-100 100-130 ? 130

5 38

! з !

I ~ ! -

21 12 I

6 27

- ;рь 12 ! 13 !

< 14 14-32 32-50

- |С<± <0,33

12 8 5

! 0,33-0,55 | 0,55-0,77 \ > 0,77

Региональный кларк : 1п 57±25; N1 67±30; РЬ 14±6; Сс10,33± ±0,22.

Рис. 2. Карта фонового загрязнения почв Верхнеокского региона.

региона различен : 60 % территории имеет повышенный и высокий уровни содержания никеля, 50 % - кадмия и 40 % - цинка и свинца. При этом дерново-подзолистые почвы имеют преимущественно низкий и средний уровни содержания ТМ, серые лесные - средний и повышенный, чернозем выщелоченный - преимущественно повышенный и высокий.

Изолинии концентраций, как правило, не проходят, по границам ландшафтно-геохимических зон и почв. Металл-геохимические различия между Л и Чв несущественны и нередко они входят в одну зону концентраций.

На территории ВОБ выделяются аномалии слабой интенсивности ряда элементов : 7п, N{ , РЬ, Сс1, образующих ассоциацию. Кларк концентрации первой ассоциации равен 2.2 , в отдельных точках и для отдельных элементов выше. Внутри первой ассоциации выделяется вторая группа, которую образуют П', РЬ, Сс1 . Ореолы со значениями, превышающими фон в 5 раз для СкА, в 2-3 раза для Р& и Ш , приурочены к ландшафтам Са-класса, совпадает с зоной техногенного давления. Сходство состава позволяет рассматривать этот комплекс, как имеющий единый источник загрязнения окружающей территории. Формирование комплексного ореола находит объяснение в ландшафтно-геохимических особенностях территории и закономерностях водной миграции ТМ. При этом для каждого элемента характерна различная контрастность : ¿п-1,4; N¡-1,8; РЬ-3,8; Со[-2,4 (отношение концентра^ ций элемента в ореоле к региональному фоновому кларку).

В целом следует заметить, что построенные на ландшафтно-геохимической основе карты фонового загрязнения почв тяжелыми металлами отражают основные черты биогеохимической

структуры бассейна и могут служить базой для экологического прогноза территории.

Проведено количественное сравнение геохимических и биологических потоков металлов в ландшафтах региона, которое характеризует общее экологическое состояние системы (табл.1).

Таблица I

Значение параметров круговорота металлов в Верхнеокском бассейне

Параметры I------Э_5_е_м_е_н_т_ы-----------

___________________________1__Мп__1__Си_!__2п__1__РЬ_1__ад__

Абиотический круговорот (годичный цикл)

Атмосферные поступления 0>04 ^ 0)05 0>б 0>2 Речной сток

Атмосферные поступления 0>б0 0>2 0>? Внутрипочвенный сток

Внутрипочвенный сток 0>05 0>08 2<0 0>3

Речной сток

Биологический круговорот (время оборота, лет)

Запас в фитомассе 37 29 37 35 33

Ежегодное потребление

Запас в подстилке у 3 6 8 12

Ежегодное потребление

Соотношение параметров биологического и абиотического круговоротов в годичном цикле

Ежегодное потребление

Запас в почве--°'3 °'2 °'3

Ежегодное потребление 1>2 0>3 0>2 0>5 0>2 Речной сток

Атмосферное поступление 0>5 0>2 1>2 1>5 Ежегодное потребление

Отметим опасные тенденции в движении масс металлов на территории : близость главных геохимических потоков Рб и превышение атмосферного поступления Рб и СИ. над их ежегодным потреблением в биологическом круговороте.

Впервые подученные количественные параметры оборота металлов в биологическом круговороте подчеркивает их высокую миграционную способность.

Участие различных структурных компонентов биогеоценоза в круговороте ТМ неодинаково.

Как следует из представленных данных время оборота металлов в биогеоценозе и подстилке различается в 3-10 раз для отдельных элементов. В этом звене биогеоценоза фиксируется замедление круговорота (И и Рб.

Коэффициент обогащения (Но) как формализованный показатель относительной обогащенности природных сред ТМ, используется достаточно широко. Сравнительный анализ Ко является одним из способов эффективного исследования природы обогащенности конкретных объектов окружающей среды элементами. Ко - представляет отношение концентраций элементов в исследуемой среде к земной коре (или другой сравниваемой среде), нормированных предварительно к содержанию в тех же средах Ре.

Наши расчеты (табл.2) подтвердили наиболее существенную

Таблица 2

Коэффициенты обогащения компонентов экосистем металлами

Среда , компонент —т----- 1 Мл Эле __1_Си менты Уб I ей

X _______2_ 5 А

Атмосферные аэрозоли I I 2 I? 25

Местная терригенная пыль 7 II 8 8 45

Почва 3 I 3 7 23

Речная взвесь 2 3 5 8 50

Продолжение таблицы 2

I 2 3 4 5 6

Древесные растения 120 6 120 39 85

Травянистые растения 26 7 60 15 80

Мхи 18 3 15 10 85

Опад 32 7 40 12 133

Подстилка II 3 17 II 76

Почвенная мезофауна (жужелицы) I 12 102 9 100

Мелкие млекопитающие (мыши) 3 16 65 17 600

роль растительности в аккумуляции ТМ в зон© гипергенеза и высокую биогенную миграцию Сс1 и 2п. Выявлена обогащенность атмосферных аэрозолей и листьев хвойных деревьев Рб.

Проведен корреляционно-регрессионный анализ связи иежру изученными средами и Ко их тяжелыми металлами (рис. 3).

Рис. 3. Схема корреляционных связей между различными компонентами экосистем по коэффициентам обогащения их металлами.

Обращает внимание высокие значения коэффициентов корреляции Ко абиотических и биологических компонентов с Ко атмосферных аэрозолей и почв. Распределение Ко биологических компонента экосистем в координатах Ко атмосферных аэрозолей и Ко почв показывает, что для обогащения растительности Мп, Си, Р'Ь равно важны и атмосферные аэрозоли и почва, тогда как их обогащение Сс1 и 2п связано преимущественно с почвой.

Отмечается, что И менаду Ко природных сред ВОБ всеми определяемыми ТМ, всегда выше и существеннее, 'чем И между Ко тех же сред каким либо одним элементом. Это говорит о единых источниках ТМ в окружающей среде Верхнеокского бассейна.

йон12)ование_террито2ии_БерХ! ¡о -окского_бассейна. Оценка степени загрязнения почв базируется на нормативном подходе - в качестве регулирующего инструмента использовались ЦЦК, являющиеся санитарно-гигиеническими нормативами. Макроструктура фонового загрязнения природной среды Верхнеокского бассейна ТМ дифференцируется на три пространственно-разделенные металл-геохимические провинции с различными особенностями поведения ТМ (рис.4). Первый

Рис. 4. Карто-схема ландшафгно-эцологического районирования В.ерхнеокского бассейна.

граница ландшафтных зон

граница геохимических классов ландшафтов

интенсивность загрязнения (относительно ЦЦК, по

2x1 + N1 + рь + са.)

ф - номер ландшафтно-экологического района.

Фрагмент легенды к карто-схеме ландшафтно-экологического районирования

Лесной

Группа ландшафта

подтаежная восточно-европейская подзона хвойно-широколиственных лесов (ХШЛ) и аг-роландшафты на их месте

Лесостепной

{восточно-европейская зона широколиственных лесов (ШЛ) и агроланд-¡шафгы на их месте

луговые степи и агроланд-щафгы на их месте

Класс ландшафтов_

Н+- Са2+

Са'

Характер лащшафтов_

Почвы

лДД " ¡денудационно-эрозионный______

И4 супесчаные и !Л среднесугли-!Чв средне и легкосуглинистые 1нистые на пок-!тяжелосугли-на покровных ¡ровных суглин-!нистые на лес-суглинках !ках !совидных сут-

I I линках

ГЛТЛ Г~17б^8 Г 2.4-572"

1,57±0,13 { 2,94-0,20

Интенсивность загрязнения (ЗП почв (сред-невзвешен- ! ная величина

2,34^0,17

Уровни ЗП: [

3-4

>•4

24 9 I

16 9

Плотность ! выпаденияо ! шии,т/юг ! , год________1____4А43±6_

_10а15±9а5_

Условия мигр рации ТМ в ' почвах

£ рН 4,2-5,3 | рН 4,6-6,9 \ рН 5,3-7,4

Коэффициент

водной

миграции

Си, 2п, Мс <1; РЬ 1,1; Сс1 7,5

Си, ?пЖ ¿-I ; Р8 2,2 ; Со1 7,5

Коэффициент биологического поглощен}^

Си, Рб<1 ; , Сс1>2 ,

Си, Р&<1/>2п, Сс(.

Коэффициент

биогенной

аккумуляции

(подстилка/

/опад)

¿л 1,4

Рб 12,5

4,6

¿п 2,1

Рб 6,7

Со1 1,8

ландшафтно-экологический район, ЛЗР-1, с ЗПО занимает более 60 % площади ВОВ, включает всю территорию левобережья с Дд и приокскую часть правого берега р. Оки с Л почвами.

Отличительной особенностью региона является высокая способность природных экосистем к самоочищению вследствие достаточного количества осадков, высокой водопроницаемости почв. Кислая среда и низкая гумусировзнность (<2% Сорг.) способствуют быстрому выносу ТМ с территории. С другой стороны, выведение ТМ из водной миграции осуществляется фитоценозом, вследствие концентрирования, аккумуляции и иммобилизации элементов на длительное время во всем фитоценотическом слое.

Особенносгыо ЛЭР-3 с ЗП> 4, занимающего незначительную площадь на юге ВОБ, является высокая способность тяжелосуглинистых черноземов к поглощению ТМ и резкому снижению их миграционной способности. Чв имеют наивысшие значения сорб-ционного и щелочного барьеров, связанные с Сорг (>4%), нейтральной и щелочной средой профиля, близким залеганием карбонатов, что способствует образованию твердофазных соединений ТМ. ЛЭР-3 в настоящее время представлен исключительно агроландшафтами. Поэтому для сельскохозяйственных растений опасность могут представить ТМ, поступающие непосредственно с атмосферными аэрозолями. В этом районе находится региональная аномалия с модулем. выпадения пыли > 28 т/ю/" и высокими кларками концентраций Сс(-16, Рб-4,

Переходное положение по ПЗ занимает ЛЭР-2, включающий незначительную площадь широколиственных лесов с Л почвами и северную часть лесостепных черноземов. Участие атмосферных поступлений в загрязнение экосистем очевидно, т.к. здесь находится Тульско-Новомосковская и Мценско-Орловская промышленные агломерации. Плотность выпадения пыли на отдельных

участках доходит,.до 70-120 т/км^.год с высоким модулем поступления ТМ в составе аэрозолей (до 20 кг/км^.год). Увеличивается биогеохимический фон Этот район может быть отнесен к потенциально опасным районам, т.к. в нем понижена способность к самоочищению из-за низкой интенсивности водной миграции элементов, отсутствует "фитоценотическая емкость",как в первом ЛЭР, задерживающая геохимический круговорот металлов, недостаточно развиты физико-химические барьеры : невысокое содержание гумуса 2-3 %, слабо-кислая среда верхней части профиля, пониженная глубина залегания карбонатов. До 60 % этой территории распахано.

Нами установлено, что при одинаковом поступлении токсиканта-металла, Л почвы могут быть в 10 раз более опасны, чем Чв, как вторичный источник загрязнения растений.

Но как бы странно это ни звучало - водная эррозия "спасает" почвенный покров от активного загрязнения в этом районе,, ежегодно вынося значительные массы тонкодисперсного, обогащенного ТМ, глинистого материала.

Полученный материал отчетливо показывает, что устойчивость территории В0Б к загрязнению ТМ (или способность к самоочищению) определяется двумя ведущими компонентами экосистем: растительностью в лесных экосистемах и почвой на территории бывших луговых степей.

Так что сведение леса, как и деградация черноземов из-за низких агротехнологий, катастрофично и с биосферных позиций, и с позиции сельскохозяйственного производства.

ВЫВОДЫ

Разработка научных проблем, связанных с фоновой и экстремальной экологией, приобретает все большее значение с точки зрения оценки устойчивости и стабильности экосистем на пороге

возможных климатических и геохимических изменений из-за глобального и регионального антропогенного воздействия. Это имеет более практическое значение при разработке стратегии рационального природопользования.Т?а основе материалов., проанализированного в настоящей работе, можно сделать следующие основные выводы :

1. Установлены закономерности функционирования потоковых структур тяжелых металлов в системе ландшафтов Верхнеокского бассейна, определена их кадмиевая геохимическая специализация, показано, что она имманентна и связана с высокой биоген-ностью и миграционной способностью элемента в ландшаф™3-1,60-химических условиях региона.

2. Природные уровни абиотических и биологических параметров круговорота тяжелых металлов имеют фоновые значения. Для Верхнеокского бассейна характерна элювиальная направленность современных геохимических потоков, наиболее замедленная для РЬ. Время оборота тяжелых металлов в биогеохимическом круговороте составляет 33-39 лет. Литогенная и литохкмическая ас-симетричность бассейна не влияет на геохимическую структуру потоков и геохимическую специализацию, но определяет их интенсивность. Геохимические потоки тяжелых металлов в регионе связаны с движениями масс дисперсного вещества. Установлены функциональные зависимости■между атмосферными потоками вещества и концентрацией и потоками тяжелых металлов.

3. Установлены закономерности распределения тяжелых металлов на региональном, экосистемном и онтогенетическом уровнях, которые заключаются в следующем :

- региональный уровень распределения ТМ определяется лито-генной основой > типом ландшафта > геохимией ландшафта, почвообразование имеет подчиненное значение ;

- на экосистемном уровне тип ландшафта определяет вертикальную биогеохимическую структуру фитоценоза с максимальны!® кларками. концентрации тяжелых металлов в контактном биогео-горизонте - подстилке ;

- на онтогенетическом уровне накапливание тяжелых металлов отмечается в подросте, т.е. в период интенсивного развития растений и максимального поглощения элементов ;

- кадмий проявляет наивысшую биогенную и геохимическую активность на всех уровнях структурной организации экосистем Верхнеокского бассейна.

4. По типу поведения в почвах исследуемые элементы образуют две группы переменного состава : в электрокинетических процессах подобно поведение пар РЬ-Ск1 и Си-7п ; в физико-химических - Си-РЬ и 1п~С6- .

5. При близком гранулометрическом составе серые лесные почвы и выщелоченные черноземы региона различаются параметрами миграции экзогенных соединений тяжелых металлов и соотношением образующихся форм соединений в почвах.

6. Определена токсичность форм соединений Си, 7п, РЬ, Сс1 для ряда сельскохозяйственных культур и микробоценоза серых лесных почв. Как правило нитраты и карбонаты элементов наи-

у более токсичны, а кукуруза - наименее устойчивая культура к загрязнению почв металлами.

7. Изучена пространственная изменчивость ассоциации тяжелых металлов, определены бассейновые, ландшафтные и почвенные характеристики распределения содержания тяжелых металлов, их уровни и вычислена интенсивность загрязнения. Построены карты металлогеохимического районирования территории.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации в том числе и в соавторстве Монографии":

1. Гидрофильные коллоиды и почвообразование.//М.,Наука, 1982, 57с.

2. Динамика продукции биомассы растений и гумуса почв.//Глава 4, Динамика гумусообразовательного процесса под влиянием антропогенного воздействия.// М.,Наука, 1992, с.78-100.

3. Распределение свинца, кадмия, ртути, цинка, никеля и меди в почвах лесостепной зоны и закономерности их миграции в системе почва - раствор - растение.//ВИНИТИ, 1980, №444-80деп. 93 с.

4. Современная миграция тяжелых металлов в биосфере.//ВИНИТИ,

1982, №И67-82деп. 125 с. Научные статьи :

5. Биогеохимические циклы тяжелых металлов Си, г2п, Р&, Сс1 ) на территории Верхнеокского бассейна.// Биогеохимический круговорот веществ., М., Наука, 1982, с. 76-77.

6. Содержание тяжелых металлов в воде, взвешенном веществе и донных отложениях Шатского водохранилища.// Биогеохимический круговорот веществ., М., Наука, 1982, с. 78.

7. Роль подстилки в накоплении и распределении микроэлементов и тяжелых металлов в экосистемах Приокско-террасного биосферного заповедника.// Роль подстилки в лесных биогеоценозах., М., Наука,

1983, с. 78-79.

8. Геохимические аспекты мониторинга тяжелых металлов в почвах.// Региональный экологический мониторинг., М., Наука, 1983, с.13-114.

9. Подготовка проб почв, растений, твердых выпадений, водных взвесей и донных отложений к непламенному атомно-абсорбционному анализу при фоновом мониторинге тяжелых металлов.// Методы определения приоритетных загрязняющих веществ на фоновом уровне для объектов окружающей среды., М., Гидрометеоиздат, 1982, с. 17-21.

10. Результаты измерения тяжелых металлов в природных средах Приокско-террасного биосферного заповедника.// Мониторинг фоновог загрязнения природных сред., Л., Гидрометеоиздат, 1984, вып. 2,

с. 119-131.

11. Подготовка проб почв, растений, твердых выпадений, водных взвесей и донных отложений к непламенному ААА при фоновом мониторинге тяжелых металлов.// Проблемы фонового мониторинга состояния природной среды .Итоги сотрудничества стран-членов СЭВ по проблем! ГСМОС), Л., Гидрометеоиздат, 1984, вып. 2, с. 69-77.

12. Оценка влияния почв и атмосферных выпадений на химический состав растений.// Мониторинг фонового загрязнения природных сред Л., Гидрометеоиздат, 1987, вып. 4, с. 322-326.

13. Рассеяные элементы в водах и почвах Центральной Мещеры.// Мониторинг фонового загрязнения природных сред, Л., Гидрометеоиздат, 1991, вып. 7, с. 281-286.

14. Содержание и распределение тяжелых металлов (свинца, кадмия и ртути) в почвах Европейской части СССР.// Генезис, плодородие и мелиорация почв., Пущино, ОНТИ, 1980, с. 77-90.

15. Способ подготовки проб к анализу.// Авторское свидетельство

№ 830178, 1981, Бюллетень Госкомитета СССР по делам изобретений и открытий № 18.

16. Пояснительная записка к карте "Фактическое содержание хлор-органических пестицидов и тяжелых металлов в почвах АзССР".,

М 1:600000, Пущино, ОНТИ, 1982, 23 с.

17. Закономерности высотнопоясного распределения тяжелых металлов в почвах Кавказского Государственного биосферного заповедника.// Экологический мониторинг в биосферных заповедниках социалистических стран., Пущино, ОНТИ, 1982, с. 212-245.

18. Миграция тяжелых металлов в биогеоценозах Приокско-террасного биосферного заповедника.// Экологический мониторинг Приокско-тер-

расного биосферного заповедника., Пущино, ОНТИ, 1983, с. 56-161.

19. Взаимодействие соединений тяжелых металлов и фульвокислот с минералами и почвами.// Биологический круговорот и процессы почвообразования., Пущино, ОНТИ, 1984, с. 149-164.

20. Накопление и токсичность меди, цинка, никеля у íblutricbvsn соитие Eedw.// Зкологические и физиолого-биохимические аспекты антропотолерантности растений., Таллин, 1986, т. I, с. 148-151.

21. Возможность использования данных по химическому составу растений для оценки антропотолерантности.// Экологические и физиолого-биохимические аспекты антропотолерантности растений., Таллин, 1986, т. I, с. 139-142.

22. Взаимодействие фульватных комплексов свинца, меди, кадмия и цинка с минералами и почвами.// Экологическая кооперация. Инф.бюл. tro проблеме Ш "Охрана экосистем биогеоценозов) и ландшафта"., Братислава, 1988, с. 53-55.

23. Iatorakce nedi, о1отэ, zinku a kadnia a sesich. folirokonplexu s niaely a podani.//Hyiieaa pod a pol'aonospodarskey produkcio. Zboraifc predndsok, Bratislava VGPli, 193?, с. 93-100.

Ü4-. Vliv orsalia оХота, каяшia a nedi т pude na sesich kuaulaci

a Tynos aemod 'lskych plodia.//Iiostliaa тугоЪа. 1990j Rocnik 56 (bXIII) с 4-, с. 4-11-41725. 0 биологической реакции растений на тяжелые металлы.// ДАН СССР, 1979, т.247, № 3, с. 766-768.

26. Поступление ртути в растения при возрастающей концентраци ции поллютанта в питательной среде.// Агрохимия, 1980, № 9, с. II0-II5.

27. Оценка токсического действия тяжелых металлов на растения эвса.// Агрохимия, 1981, № I, с. 103-109.

28. Лишайники-индикаторы загрязнения среды тяжелыми металлами. и Природа, 1981, »1,0. 86-88.

29. Биогеоценологические исследования ртути в центре Русской равнины.//Бигеоценологические исследования в центре Русской равнины. Пущино, ОНТИ, 1981, с. 82-104.

30. Распределение ртути по гранулометрическим фракциям почв лесостепной зоны Русской равнины.// Почвоведение, 1983, № 3, с. 128-135.

31. Накопление меди и кобальта биомассой почвенных микроорганизмов в условиях Нечерноземной зоны.// Агрохимия, 1984, № 10,

с. I0I-I09.

32. Содержание химических элементов в разновозрастных частях побегов напочвенных мхов.// Ботанический журнал, 1985, № 2, с. 241-250.

33. Исследование растений степных и лесостепных фитоценозов в геохимическом аспекте.// Известия АН СССР, 1988, № 4, с. 580-584.

34. Концентрирование кобальта и меди микроскопическими грибами, обитающими в почвах нечерноземной зоны.// Биологические науки, 1988, № 2, с. 101—105.

35. Оценка содержания микроэлементов в пойменных почвах, длительно используемых в интенсивном овощеводстве.// Агрохимия, 1988,

№ I, с. 82-85.

36. Влияние внесения водорастворимых солей свинца, кадмия и меди на их поступление в растения и урожайность некоторых сельскохозяйственных культур.// Агрохимия, 1991, № 4, с. 76-83.

37. Влияние доз и соединений тяжелых металлов на выделение серой лесной почвой.// Агрохимия, 1992, № II, с. I07-III.

38. Влияние тяжелых металлов на величину электрокинетического потенциала илистой фракции серой лесной почвы. // Агрохимия, 1992 » I, с. 80-83.

39. Determination of deposition rate of heavy metals in the Soils of a forest-steppe zone.//Water, Air, and Soil Pullution,

1984, 21-, p. 71-76.

40. Emission of C02 ЬУ Gray Forest Soil Depending on the Amount of Applied Heary-Metal «Compounds.//Eurasian Soil Sci, 1992i 25/6, F- 'iO'- iO?.

1. Тяжелые металлы в почвах Поволжья свинец, кадмий, ртуть).// ИНИТИ, 1979, № 4200-79деп., 12 с.

2. Реакция растений на тяжелые металлы в питательной среде.// ИНИТИ, 1980, № 409-80деп., 12 с.

3. Определение потоков элементов из атмосферы в почвы лесостеп-ой зоны за зимний период.// ВИНИТИ, 1982, № 5037-82деп., 16 с.

4. Влияние температуры, влажности и типа экстрагента на опреде-ение подвижных форм свинца и кадмия в почвах.// ВИНИТИ, 1982,

5038-82деп., 12 с.

5. Мхи и лишайники как индикаторы содержания ртути в окружающей реде.// Лихеноиндикация состояния окружающей среды., Таллин, 978, с. 98.

6. Использование биоиндикационных особенностей низших растений ля оценки состояния окружающей среды.// Охрана и рациональное спользование биосферы курортных и рекреационных зон., Тбилиси, 980, с. 126-128.

7. Возможность оценки состояния экосистем по изучению поведения яжелых металлов.// Тезисы IX Всесоюзной конференции по проблемам икроэлементов в биологии., Кишинев, 1981, с. 207.

8. Закономерности высотно-поясного распределения тяжелых металлов почвах Кавказского государственного заповедника.// Тезисы

окладов У1 делегатского съезда ВОП, Тбилиси, 1981, т. 2, с. 98-99.

9. Мхи как индикаторы загрязнения среды металлами в сравнении с ругими растениями.// Биогеохимический круговорот веществ, Таллин, 982, с. 27-28.

0. Особенности распределения металлов по длине побега листосте-ельных мхов как биоиндикаторов.// Биогеохимический круговорот еществ, Таллин, 1982, с. 29-30.

1. Влияние токсических металлов на общую микробиологическую ктивность почвы, доступность для растений и их урожайность.// езисы докладов Ш съезда почвоведов и агрохимиков Украинской ССР,

Харьков, 1990, с. 73.

52. Distribution of microelements and trace metala in the pine forests of the Prioksko-Terrasny biosphore reserve.// ТЬевез of reports of soviet specialists at poster sessions ist international biosphere reserve congress. ilinsk,

1983, p. 52-53.

53. Effect of toxic nicroelensnt contents in soils on microbiotE activity and availability.// XX Intern, congress of BiogeochemiE ( IX ISEB ), Moskov;, 1989, p. "26.

1989, p. 26.

54. Properties and distribution of heavy metals in coils. // IX International congress of biogeochemistry ( IX ISEB ), Loskow , 1989, p. 54.

55. Влияние тякелых металлов Рб, Cd, Си, 'Ел) на общую микробиологическую активность почв.// Proceedings from the Intern. Conference "structure and function of soil Organisms-cormunitieB wit the influence of anthropogenous Factore". Ceske Budegovico, '199C

с. 133.

56. Main features of trace elenents in soil.// 14-th Internations congress of soil science., 1990, Tokio, Vol. II, p. 394-395.

57. Концентрирование цинка и свинца различными микроорганизмами, обитающими в почве Сумсарского свинцово-цинкового субрегиона.// Микробиология, 1982, т. 51, вып. 4, с. 650-656.

Информация о работе

Золотарева, Берта Николаевна
доктора физико-математических наук
Москва, 1994
ВАК 03.00.16

Автореферат

Похожие работы