Ландшафтно-экологический подход в изучении геохимических трансформаций почв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Суббореальные семигумидные (лесостепные) типы ландшафтов

2. Индикационная роль растений. Растения - индикаторы, характеризующие основные условия экотопа

3. Геохимическая трансформация городских ландшафтов

4. Регулирование водного режима (закрытый дренаж)

1. Суббореальные семигумидные (лесостепные) типы ландшафтов

Суббореальные семигумидные ландшафты (лесостепные). Эти ландшафты располагаются в континентальной части материка. По запасам тепла они одинаковые с широколиственно-лесными, но уступают им по влагообеспеченности. Леса постепенно сменяются луговыми степями. Восточно-европейские лесостепные ландшафты типично континентальные, с суммой температур 2200...2500 °С, годовыми осадками 600 мм, Ку = 0,6...1,0. В западно-сибирских лесостепях климат приближается к резко континентальному, зима продолжительнее и суровее, тепла и влаги меньше. Сумма температур 2000...2200 °С, осадков выпадает 400...500 мм. Запасы биомассы восточно-европейских и западно-сибирских лесостепей около 15...20 т/га, ежегодная продукция 15...26 т/га. Для ее создания требуется до 1000 кг/га зольных элементов. Интенсивность биологического круговорота здесь выше, чем в широколиственных лесах, и максимальная для суббореальных ландшафтов. Перегнивая, опад образует устойчивые органоминеральные соединения, сорбирующие большое количество кальция, калия, фосфора. Образуются выщелоченные и типичные черноземы, содержащие до 700...800 т/га гумуса. Они насыщены основаниями, имеют нейтральную реакцию. Активность влагооборота в значительной степени ограничена недостатком атмосферных осадков. Зима с устойчивым снежным покровом с конца декабря до начала марта.

2. Индикационная роль растений. Растения - индикаторы, характеризующие основные условия экотопа

Разнообразные индикаторные свойства растительности являются показателями условий окружающей среды. Индикационная роль растительности определяется объемом информации об условиях среды, полученная с помощью индикаторов. Индикаторными признаками выступают разнообразные свойства растительности, которые являются показателями любых условиях среды.

Индикаторные критерии Ф. Клементс разделяет на две группы - индивидуальные, касающиеся отдельных растений и ценотических, характеризующих растительные группировки.

Основными индивидуальными признаками выступают:

- Таксономические единицы (виды, семьи, разновидности);

- Жизненные формы (например, по классификации Паунда и Клементса выделяют следующие жизненные формы растений-деревья, кустарники и полукустарники, плейоциклични однолетние травы и дициклични многолетние травы);

- Экологические формы Варминг (мезофиты, галофиты, психрофиты, оксилофиты, ксерофиты и др.).

- Формы роста-особенности строения отдельных особей растений в различных экологических условиях.

Ценотических признаки включают:

- Ассоциативные характеристики растительных сообществ (колонии, ассоциации, микроугруповання, субклимаксы).

- Пространственные структурные признаки (ярусность синузий, сочетание ассоциаций).

Изучая фитоиндикация, следует четко различать такие понятия как растительность, растительное группировки, микроугруповання, фитоценоз и синузии. Растительность - это совокупность растений, обитающих на любой территории, независимо от того, насколько сомкнутые растения и насколько сильна взаимодействие между ними.

Растительное группировка - это любое сочетание автотрофных макроскопических растений, пространственная однородность которого такая, что внутри него нельзя провести никакой существенной границы, которая разделяла его на группировки того же ранга. Растительное группировки, как правило двухмерное, поскольку все макроскопические автотрофы является укоренившимися растениями и занимают определенное место на поверхности почвы (исключение эпифиты). Растительное группировки должно быть однородным.

Микроугруповання (микроценоз) - маленькие пространственно-гомогенные обособленности. Они не содержат никаких растительных сообществ, которые им подчиняются. Это минимальные по площади пространственные обособленности растительного покрова.

Фитоценоз - это не просто система взаимодействующих растений, а контур, который характеризуется определенной сходством растительности в разных его частях. Структурным элементом фитоценоза выступает синузии.

Синузии - это часть фитоценоза, которая отделена не только экологически, фитоценотических и флористично, но и пространственно, или во времени. Это часть яруса растительного группировки, которая отличается от других составом и количественным соотношением населяющих ее видов.

Выделяют следующие признаки синузий:

1) синузии образуют растения одного или нескольких жизненных форм;

2) растения в синузии столкновений в надземных или подземных частях;

3) существует экологическая сходство растений, образующих синузии;

4) наблюдается морфологическая обособленность и пространственная выраженность синузии;

5) существует взаимодействие между растениями;

6) происходит создание определенного внутренней среды;

7) создается единая экологическая ниша;

8) существует относительная автономность.

Поскольку многие растительных сообществ состоит из растений, неодинаковых по высоте, следует отдельно рассмотреть понятие ярусности, или дифференциации растений в вертикальном направлении.

Говорить о наличии разных ярусов в группировке можно лишь тогда, когда дифференциация растений по высоте приводит к некоторой дискретности в вертикальном распределении фотосинтезирующих частей растений или корневых систем, т.е. органов, выполняющих основные функции, такие как ассимиляцию, минеральное питание и водный обмен. Считают, что достаточно выделять следующие яруса - древесный, кустарниковый, трав 'пьяный и мохово-лишайниковый.

Сегодня существует два различных понимания ярусности фитоугруповань - морфологическое и биологическое. Согласно морфологического определения, ярус образуют растения, имеющие в данный момент одинаковую высоту, а согласно биологического представления, различные группы особей одного вида могут участвовать в формировании нескольких ярусов (например, В.М. Сукачов считает, что восходит древесных пород следует отнести к древесному ярусу).

Единая классификация геоботанических индикаторных признаков была проведена Б.В. Виноградовим. Он разделил все индикаторные признаки на четыре группы: флористические, физиологические, морфологические и фитоценотических.

Флористические признаки - это основные индикаторные свойства растительности. Под ними понимают различия в флористическом составе исследованных участков, что является следствием приспособления отдельных видов к определенным экологическим условиям. Основной индикационные единицей выступает вид. Каждому виду соответствует, в отдельных случаях, узкая, в других-более широкая экологическая амплитуда факторов местообитаний. Как присутствие, так и отсутствие вида, может иметь определенное индикационное значение. Иногда в качестве индикаторов используют отдельные роды, или даже семьи.

Физиологические признаки - это характеристики химического состава и процессов обмена веществ растений. Их разделяют на структурные, которые включают изменения и аномалии содержания в тканях растений металлов и легкорастворимых солей, различия в составе и концентрации пигментов, формы растительных масел и белков, содержания воды, водоудерживающей способности, осмотического давления и т.д. и функциональные, предусматривающие наблюдение за обменом веществ, водным балансом, транспирацией, или другими физиологическими процессами.

Морфологические признаки - это анализ внутренней (анатомической) и внешней структуры отдельных растений. К анатомическим признакам относятся: ширина годичных колец у деревьев, особенности строения различных экологических групп растений; различия в строении клеток и клеточных стенок, или сравнительный развитие различных видов тканей. При анализе внешних структур рассматривают высоту растений, диаметр стволов и ветвей, размеры листовой пластинки, или жизненные формы, екотипы, формы роста и отдельные механические повреждения.

Фитоценотических признаки - это признаки асоцийованости растений и особенностей структуры растительного покрова. Ф. Клементс разделяет фитоценотических признаки на социальные (количественные данные, проективное покрытие, зустричання и дисперсность) и структурные (ярусность, мозаичность, формы комплексов, сочетание фитоценозов, их конфигурация и взаимное расположение).

Кроме того, индикаторные признаки делятся на статические (присутствие вида индикатора, или его индикаторной признаки) и динамические (изменения индикационных функций). Динамические признаки, в свою очередь, подразделяют на собственно динамические (ростовые и сукцессионных) и ритмические (функциональные и фенологические).

3. Геохимическая трансформация городских ландшафтов

Одним из наиболее существенных трендов трансформации ландшафтов на урбанизированных территориях оказалось геохимическое воздействие на городскую среду.

Особенностью застройки городов России является перемежаемость многих промышленных узлов с селитебными районами, отсутствие санитарно-защитных зон у заводов, нахождение внутри и вблизи города десятков тысяч садово-огородных участков и недостаточность системы озеленения. Это в целом обусловило высокий уровень суммарного загрязнения атмосферного загрязнения: от 10-40 ПДК (предельно-допустимых концентраций) в селитебных районах, до 200 ПДК в промышленных зонах и на автомагистралях. Попадающие в атмосферу, перемещаемые воздушными массами и осаждающиеся загрязнители накапливаются в так называемых депонирующих компонентах ландшафтах - почвах и снеговом покрове.

Геохимическим фильтром любого ландшафта, в том числе и техногенного, служит почва - малоподвижная природная среда, через которую проходят миграционные потоки вещества (водные, воздушные) и под воздействием которых она геохимически изменяется, влияя в свою очередь на сопредельные среды. Все это способствует накоплению продуктов загрязнения в почве. Загрязнение почвогрунтов идет через промышленные выбросы в атмосферу, выхлопы автотранспорта, складирование твердых и жидких промышленных отходов. Еще более усугубляют ситуацию захоронения различных антропогенных включений в виде разнообразного строительного мусора. Поэтому если нормальные зональные почвы подзоны южной тайги относятся к подзолистому типу с характерным промывным режимом, то городские почвы отличны от зональных. В результате формирования на поверхности городов так называемого культурного слоя генетический профиль городских почв сильно изменен, соответственно трансформируются и химические процессы почвообразования. Механическое разрушение горизонтов, оборачивание, захоронение внутри почв бытового и строительного мусора, наличие подземных коммуникаций и фундаментов - все это не может не влиять на изменение самой природы почвообразующих процессов в городах.

Возникает новая модификация почв - техногенные почвы ("техноземы", или "урбаноземы"), которые особенно разительно отличаются от нормальных на участках бывших бытовых свалок, территориях, засыпанных привлеченным материалом, золоотвалах и т. д. Миграция загрязняющих веществ в таких почвах происходит относительно медленно как по вертикали, так и по горизонтали. Вертикальный вынос веществ происходит неодинаково в почвах различного механического состава. Песчаные и супесчаные почвы легко выносят химические элементы, а глинистые и суглинистые тяжелее расстаются с элементами, так как здесь в закреплении последних играют роль катионный обмен, сорбция, гипергенез соединений, соосаждение с коллоидами и другие геохимические процессы.

Городские почвы сильно загрязнены металлами, и больше всего их накапливается на поверхности почвы. Верхние горизонты почвы загрязняются техногенными потоками вещества через атмосферу, а также возвращением металлов через листопад.

Ненормально большие содержания каких-либо элементов или соединений в почвах, снеге по сравнению с природными средами, возникшие в результате работы промышленных предприятий и транспорта, называются техногенными аномалиями.

Появление аномалий связано с наличием большого числа источников техногенных аэральных выбросов. Все техногенные аномалии полиэлементны, т. е. содержат целый набор элементов и соединений, однако геохимический спектр их довольно существенно различается по районам города. Это связано с разным набором источников, интенсивностью выбросов. Строгой приуроченности ингредиентов к их источнику не наблюдается, что обусловлено "наложением" зон влияния отдельных производств и сложностью микроклиматической обстановки в городе. Вместе с тем при наличии в выбросах того или иного производства относительно специфичного элемента и известной территориальной обособленности предприятия некоторые аномалии могут быть приурочены к их непосредственному источнику. Так, например, повышенные концентрации в снеговой пыли ванадия и никеля, судя по всему, связаны с работой нефтеперегонных заводов и теплоэлектроцентралей, которые в зимнее время в качестве топлива использует мазут. Ванадий и никель при сжигании тяжелых фракций перегонки нефти из ванадиево-никелевых порфиринов переходят в аэрозоли и образуют широкие шлейфы рассеяния. Литейные цеха порождают аномалии с повышенным содержанием элементов, применяемых для легирования сталей: молибдена, вольфрама, хрома.

Аномалии содержания в почвах тяжелых металлов вокруг мощных точечных источников выбросов напоминают концентрические круги, однако чаще их конфигурация гораздо более сложна. Размеры аномалий довольно значительно варьируются (от нескольких сотен метров до десятков километров). В каждом конкретном случае вследствие пространственного наложения "сфер влияния" производств четко выделить зону воздействия каждого отдельного предприятия не представляется возможным. Видимо, это можно объяснить метеорологической обстановкой на застроенных территориях. Концентрация промышленных выбросов в большой степени зависит от рельефа. При ветрах до 3-4 м/с загрязнители, встречая на своем пути поднятия рельефа с относительной высотой в 30-50 м, обтекают их, частично сваливаются к рекам, частично застаиваются в лощинах. Реки (возле которых, как правило, выстроены российские города), как аэродинамическая труба, втягивают загрязненные воздушные массы, которые в виде турбулентного потока в 80 % случаев устремляются вниз по течению, захватывая прибрежную полосу, загрязнение которой прослеживается до 30-40 км от городов вниз по течению рек.

Из этого вытекает и сложный характер миграционных потоков техногенных веществ. В целом общий контур городской геохимической аномалии по почвам ориентирован по господствующим направлениям розы ветров. Перемежаемость промышленных и селитебных зон обусловила довольно неблагоприятную экологическую обстановку в ряде крупных жилых массивов наших городов. Поэтому некоторые группы городского населения даже в нерабочее время подвержены воздействию повышенной концентрации тяжелых металлов.

4. Регулирование водного режима (закрытый дренаж)

Основными методами регулирования водного режима являются осушение, орошение, чистые пары и те приемы, которые направлены на уменьшение непродуктивного испарения почвы, а также снегозадержание.

В засушливых районах наиболее эффективным способом улучшения водного режима почвы является орошение. В настоящее время благодаря орошению сероземных почв пустыни и полупустыни Средней Азии и Казахстана превращаются в высокопродуктивные поля, где возделывают хлопчатник, рис и другие ценные теплолюбивые культуры. Крупные массивы орошаемых земель созданы в Поволжье, на Северном Кавказе, на Украине. Передовики сельскохозяйственного производства получают на орошаемых массивах высокие урожаи: больше 10,0 т/га зерна кукурузы, 6,0-7,0 т/га пшеницы. геохимическая трансформация ландшафт водный

Число поливов, оросительные и поливные нормы должны регулироваться в соответствии со сложившимися и ожидаемыми условиями погоды, чтобы наиболее эффективно расходовать поливную воду, ресурсы которой весьма ограничены.

В зоне недостаточного увлажнения влагонакоплению способствует чистый пар. В сухостепных районах на чистых парах ко времени сева озимых продуктивной влаги накапливается на 50-60 мм больше, чем на непаровых полях. Нередко эта разность достигает 70-100 мм. Существенное значение в регулировании почвенной влаги имеет ранняя вспашка зяби.

Все мероприятия, направленные на уменьшение непродуктивного испарения и снегозадержание в степной засушливой зоне, способствуют оптимизации водного режима почвы.

В районах избыточного увлажнения, а также на заболоченных территориях для улучшения водного режима почв применяют различные способы осушения. В настоящее время осушительная сеть охватывает более 11 млн. Га, из них более 2 млн. Га имеют закрытый дренаж. Осушение земель улучшает их аэрацию и температурный режим, что способствует повышению урожайности сельскохозяйственных культур. На осушенных, хорошо удобренных почвах урожай зерновых достигает 3,0-4,0 т/га.

В отдельные сухие годы на осушенных почвах может создаваться недостаток влаги. Поэтому в современных проектах предусматривается возможность подъема уровня воды в осушительных каналах для повышения влажности почвы. При дренажной системе осушения часто создаются совмещенные осушительно-оросительные системы, где оросительная часть представлена дождеванием.

Размещено на Allbest.ru