БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ БАРЬЕРЫ И ОЧИСТКА ОТ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Ли Юньфэн

Московский государственный университет


Номер: 7-1
Год: 2014
Страницы: 26-28
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

биогеохимическая барьера, очистка, тяжёлые металлы, biogeochemical barrier, cleaning, heavy metals

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В данной статье рассмотрены общетеоретические вопросы стадий развития геохимических барьеров, проведено применение техногенных биогеохимических барьеров для очистки антропогенного загрязнения.

Текст научной статьи

Основоположниками учения о биогеохимических барьерах являются А.И. Перельман, М.С. Панин, В.В. Ермаков, Н.С. Касимов, А.Л. Ковалевский и др. В ряде их работ рассмотрели различные аспекты учения о барьерах. Оценка экологического состояния отдельных участков биосферы, а также возможностей биогенной реабилитации загрязненных территорий, во многом связана с особенностями биогеохимических барьеров. Особое внимание уделялось биогеохимическим барьерам городской растительности, для чего проводилось специальное опробование почв и растений более чем в 100 населенных пунктах Европы, Азии, Австралии, Африки. А.И. Перельман создал первую классификацию барьеров, позднее ее развил В.А. Алексеенко. Для всех классов барьеров выделены подклассы. Для биогеохимических барьеров это подклассы L (фитобарьеры) и M (зообарьеры). По определению А.И. Перельмана геохимические барьеры - это участки в пределах которых на коротком расстоянии происходят резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, их концентрация[3, 89]. Интенсивность миграции определяется по формуле: где J - интенсивность миграции, m - масса мигрирующего элемента, t - промежуток времени существования миграции, СK - местное фоновое содержание химического элемента в рассматриваемой части биосферы. Биогеохимические барьеры составляют отдельный класс в природном, техногенном, а часто и в комплексном техногенно-природном типах геохимических барьеров и представляют собой выборочное накопление химических элементов растительными и животными организмами в высоких концентрациях. Для расчета концентрации элемента на биогеохимическом барьере (h) необходимо знать концентрацию интересующего элемента (соединения) в миграционном потоке до барьера (С1) и после барьера, т. е. в транспирационном потоке (С2), а также концентрацию всех веществ до (а1)и после (а2) барьера в миграционных потоках: . Основное поступление в большинство растений идёт из почвенных растворов. Незначительные количества поступают из атмосферы и непосредственно из минералов с растворами, образующимися за счет специфических соединений, выделяемых корнями. По исследованию Ю. Л. Мельчакова в таежных условиях Урала суммарное количество элементов, поступающих за год в тропосферу за счет общей эвапотранспирации колеблется от 0,5 до 1,7 т/км2[2, 76]. Таким образом, величины С2 и а2 крайне малы, а величина а, в конечном итоге может ориентировочно равняться содержанию элементов в почвах. В итоге количество рассматриваемого элемента будет приближаться к его содержанию в золе растения. В результате учета сделанных выше поправок, рекомендовано (В. А. Алексеенко 2006) при расчете концентрации на биогеохимическом барьере использовать коэффициент биологического поглощения (КБП), который показывает во сколько раз содержание конкретного элемента в золе растения выше чем в питающей его почве[1, 61]. При величине КБП больше 1 можно говорить о накоплении растением конкретного элемента, а значит, и о формировании биогеохимического барьера. Сама абсолютная величина КБП (естественно большая, чем 1) является показателем накопления элемента на барьере и может использоваться для сравнения различных биогеохимических барьеров. Когда определяют КБП очень часто упускают из вида, что химические элементы в почвах находятся в основном в минеральной форме, а в растениях - в биогенной и сравнивать содержания химических элементов без учета форм их нахождения, мягко говоря, некорректно. Следовательно, определяя КБП необходимо делить величину содержания химических элементов не в живом веществе (или в его сухом состоянии), а в золе растений, на величину содержания в почве, отобранной у корней этих растений. В этом случае и в числителе, и в знаменателе будут содержания элементов, находящихся в минеральной форме. Судя по публикациям, во многих случаях это делается не так и полученными данными нельзя пользоваться. В отдельных случаях становится необходимым при изучении биогеохимических барьеров использовать только отдельные части, а не все растение, но при этом желательно получить выводы о региональных биогеохимических барьерах. Примером могут служить работы, проводимые в лесных ландшафтах (Алексеенко В. А., Суворинов А. В.,2008). Они показали, что в листьях деревьев на Северном Кавказе ежегодно накапливается 2-3% общего количества тяжелых металлов, находящихся в деревьях, а в хвое - до 7%. С опадом тяжелые металлы возвращаются в почву. За 100 лет жизни деревьев их опадающими органами накапливается металлов в несколько раз больше, чем растением в целом. Исследования также показали, что соотношение содержаний металлов в опадающих органах и в растении в целом примерно одинаково. Следовательно, по результатам анализов золы листьев и хвои можно выявлять биогеохимические барьеры для деревьев в целом. Особое значение биогеохимические барьеры имеют в населенных пунктах, где растения пытаются использовать для «очистки» от антропогенного загрязнения атмосферного воздуха, почв и подземных вод при уборке ежегодного опада. Анализ полученной информации показал, что в разных районах одного населенного пункта КБП для листьев тополя может изменяться в широких пределах (например, для Zn в городах-миллионерах от 0,5 до 6,2). Однако в группах населенных пунктов, отличающихся по числу жителей, средние значения изменяются от 1,3 (Be) до 2,7(Co) раза. Отметим также, что ни в одном городе не была установлена величина КПБ больше единицы для Ba, Co, Cr, Ni, Pb, Sn, V, Ti, Ga. Таким образом, можно считать, что листья тополя, а вероятно и все растение, для перечисленных элементов являются деконцентраторами. Вывоз из города ежегодного опада листьев тополя не приведет к уменьшению концентраций перечисленных элементов в почвах. Таблица 1 Коэффициенты биологического потребления Элемент Средние значения КБП в городах с населением рекреационно-туристические центры более 700 тыс. чел. от 300 до 700 тыс. чел. от 100 до 300 тыс. чел. менее 100 тыс. чел. Ag 0,9 0,7 0,5 0,7 0,5 Ba 0,5 0,5 0,8 0,5 0,4 Co 0,3 0,6 0,2 0,5 0,3 Cr 0,1 0,2 0,1 0,1 0,1 Cu 1,3 1,4 1,2 0,9 1,1 Ga 0,1 0,2 - 0,2 0,4 Li 0,9 0,9 0,8 0,6 1,3 Mn 0,7 0,9 0,7 0,8 0,6 Mo 1,9 1,5 1,1 1,3 0,9 Ni 0,4 0,6 0,3 0,5 0,5 P 5,2 7,1 4,8 8,9 6,7 Pb 0,4 0,3 0,2 0,3 0,2 Sn 0,4 0,5 0,2 0,5 0,4 Sr 2,8 2,1 1,6 3,2 2,2 V 0,1 0,1 0,3 0,0 0,1 Ti 0,1 0,1 0,2 0,2 0,1 Zn 2,0 3,2 1,8 2,3 2,0 Если рассматривать величины средних содержаний КБП для выделяемых групп населенных пунктов, то окажется, что к перечисленным выше девяти химическим элементам добавятся ещё два: Ag и Mn. Серебро и марганец в отдельных городах выделенных групп населенных пунктов могут накапливаться в листьях тополя в концентрациях, позволяющих говорить о биогеохимических барьерах. Для Ag такими городами являются Белград (1,1), Будапешт (1,3), Москва (2,8), Крымск (1,03), Абинск (1,3); а для Mn - Пекин и Москва (1,1). Смоленск (1,04), Барнаул (1,3), Кронштадт (1,1), Текели (1,2), а также курорты Широкая Балка (1,05) и Зеленогорск (1,1) (в скобках величины КБП). Концентрация в листьях тополя Ag и Mn даже в перечисленных городах весьма незначительно превышает концентрацию этих элементов в почвах. Следовательно, и их использование для «очистки» почв нецелесообразно (см. табл. 1)[1, 492]. По приведённым данным хотелось бы подчеркнуть, что при определении биогеохимических барьеров следует широко использовать коэффициенты биологического поглощения (КБП), сравнивая содержания химических элементов, находящихся в одинаковых формах; в одинаковых условиях КБП у различных растений могут быть различными; средние величины КБП отличаются для групп населенных пунктов, определяемых числом жителей.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.