Отложениях острова Шпицберген, мкг/г

Концентрация подвижных форм тяжелых металлов в рыхлых

Экстракция	Химический элемент
Fe	Мn	Zn	Сu	Рb	ni	Со
Водная вытяжка
М	5,71	0,54	0,53	0,11	0,05	0,07	0,03
s	4,64	0,28	0,21	0,08	—	0,08	0,03
V, %					—
Вытяжка 1 н НС!
М	1266,6	408,8	7,41	4,64	4,23	0,83	1,04
s	949,3	148,0	2,40	2,46	2,23	1,07	0,45
V, %

Примечание Обозначения М — среднее арифметическое, а — среднеквадратичное отклонение, V— коэффициент вариации.

На низкой террасе содержание истинно растворимых форм железа и цинка, способных к диализу, составило около 80 % от всех форм, находящихся в растворе. В заболоченной западине в верхнем слое торфа с живыми растениями истинно растворимых форм железа оказалось около 70 %, цинка — 50 %, в нижезалегающем торфе еще меньше. При этом процент истинно растворимых форм органического углерода от растительного слоя к торфяному также уменьшился — на террасе в 2 раза, в заболоченной западине еще больше.

При электродиализе истинно растворимых форм железа установлено, что среди них преобладают электронейтральные соединения. Так как аналогичное распределение имеет место для углерода, можно предположить, что электронейтральные формы представлены молекулами органических соединений, содержащих железо. Среди истинно растворимых форм цинка процент электронейтральных форм несколько меньше, чем заряженных, причем анионы содержатся в большем количестве в верхнем растительном слое.

Полученные данные позволяют заключить, что в верхней части растительно-торфяного покрова арктических тундр острова Шпицберген сосредоточено наибольшее количество истинно растворимых форм металлов. Среди этих форм соотношение положительно и отрицательно заряженных, а также электронейтральных неодинаково для разных металлов. В биологический круговорот вовлекается лишь некоторая часть истинно растворимых форм, главным образом положительно заряженные. Большая часть либо выносится с водным стоком, либо фиксируется в торфе, откуда может быть вновь переведена в подвижное состояние под воздействием кислых метаболитов растений. Концентрация фиксированных в торфе металлов в десятки и сотни раз больше концентрации истинно растворенных форм.

Неодинаковое поглощение металлов растениями обусловливает и неодинаковую интенсивность вовлечения каждого металла в биологический круговорот. Если рассчитать отношение концентрации металлов в растениях к их концентрации в водной вытяжке из почвообразующих пород, то обнаруживается, что наиболее интенсивно растениями захватываются железо и марганец, для которых это отношение равно 100n и 1000n. Для цинка, меди, никеля это отношение имеет порядок 10n. Высокие концентрации железа и марганца не только сохраняются, но и увеличиваются в мертвом органическом веществе.

Систематическое удаление металлов с водным стоком и выделение их из раствора в прочно фиксированное состояние в мертвом органическом веществе постоянно восполняется поступлением новых масс подвижных форм, поддерживающих биологический круговорот и функционирование экогеосистемы арктической тундры в целом. Главными источниками поступления водорастворимых форм металлов служат океанические аэрозоли, выпадающие с атмосферными осадками, и минералы почвообразующих пород, содержащие рассеянные металлы.

Имеющиеся материалы позволяют оценить мигрирующие массы тяжелых металлов в арктических тундрах острова Шпицберген. Исходя из ранее приведенных данных о концентрации металлов в снеге, величина поступления металлов на западном побережье острова Шпицберген для слоя атмосферных осадков 100 мм/год может быть оценена следующим образом (г/год): железа — 27,5; марганца — 0,8; цинка — 31,1; меди — 1,7; свинца — 0,9; никеля — 0,3.

Согласно А.А.Тишкову (1983) в тундровой растительности на низкой террасе в районе Баренцбурга суммарная масса живых растений составляет 2,9 т/га сухого вещества, количество мертвого растительного материала — 9,6 т/га, годовой прирост (продуктивность) — 0,6 т/га. Годовой прирост растительности из разобщенных куртинок ивы полярной (Salix arctikd) на острове Корнуо-лис (Канадский Арктический архипелаг) составляет всего 0,03 т/га. Поданным В.Д.Александровой (1971), наиболее обильная растительность на острове Земля Александры (архипелаг Земля Франца-Иосифа) приурочена к высокой морской террасе (20 — 22 м над уровнем моря). В растительности преобладают мхи и цетрари-евые лишайники. Живая фитомасса равна 1,6 т/га, масса отмерших органов примерно такая же.

На основании приведенных данных и определенных нами средних концентраций тяжелых металлов в тундровой растительности западного побережья острова Шпицберген в табл. 11.2 представлено распределение масс металлов. Поступление металлов с осадками рассчитано на 300 и 400 мм/год в соответствии с количеством осадков на западном побережье острова.

Сопоставляя количество металлов, захватываемых приростом и поступающих с атмосферными осадками, можно заметить, что поступающих с осадками железа и марганца значительно (на математический порядок) меньше, чем их содержится в годовом приросте. В то же время другие металлы, например медь, поступают из тропосферы в таком количестве, что могут обеспечить прирост и, следовательно, нормальное функционирование экогеосисте-мы арктической тундры. Поступление цинка и свинца из тропосферы даже несколько превышает «норму» захвата этих элементов в биологический круговорот. Возможно, этот факт свидетельствует о повышении концентрации указанных металлов в арктической тропосфере. Однако существующее положение не приводит к нарушению функционирования экосистемы. Регулирование миграционных потоков осуществляется в почве путем взаимосвязанных процессов трансформации соединений металлов с образованием их форм, доступных растениям или мигрирующих с водным стоком. Избыточные количества металлов частично фиксируются мертвым органическим веществом, частично удаляются с водным стоком. Судя по концентрации этих металлов в аккумуляциях торфа в заболоченных долинах, значительная часть избыточных масс свинца связывается в мертвом органическом веществе, в то время как цинк преимущественно выносится с водным стоком.

Таблица 11.2

Массообмен тяжелых металлов в экосистеме арктической тундры острова Шпицберген (по В. В Добровольскому, 1989)

Металл	Округленная средняя концентрация в растительности, мкг/г сухого вещества	Масса металла, г/га	Поступление металла с осадками, г/га год
в живой фито-массе	в мертвом органическом веществе	в годовом приросте
Fe	2000,0	5800,0	19200,0	1200,0	82,5- 110,0
Мn	150,0	435,0	1440,0	90,0	2,4-3,2
Zn	60,0	174,0	576,0	36,0	93,3- 124,4
Сu	6,3	18,3	60,5	3,8	5,1 -6,8
Ni	4,3	12,5	41,3	2,6	0,9-1,2
РЬ	3,7	10,7	35,5	2,2	2,7-3,6
Со	1,0	2,9	9,6	0,6	0,9- 1,2

Экогеосистемы заболоченных ледниковых долин, находящиеся в геохимически подчиненном положении по отношению к ландшафтам арктических тундр, получают с поверхностным стоком дополнительное количество элементов минерального питания, в том числе тяжелых металлов. Это способствует увеличению годового прироста в 3 — 4 раза по сравнению с растительностью арктических тундр и соответственному возрастанию масс металлов, вовлекаемых в биологический круговорот. Высокая продуктивность мохово-болотной растительности, в свою очередь, обусловливает накопление значительного количества мертвого органического вещества, обогащенного тяжелыми металлами, особенно железом и марганцем. Запасы металлов в торфе заболоченных долин оцениваются следующими значениями: железа — десятки килограммов на 1 га, марганца — 1 — 2 кг/га, цинка — 100 — 300 г/га, меди, свинца, никеля — десятки граммов на 1 га.

Дата добавления: 2014-11-20