Роль эвапотранспирации в системе миграционных потоков химических элементов (на примере Северного Урала)

УДК 550.47:502:911.2 Ю.Л. Мельчаков1

РОЛЬ ЭВАПОТРАНСПИРАЦИИ В СИСТЕМЕ МИГРАЦИОННЫХ ПОТОКОВ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Рассмотрены результаты экспериментальной оценки интенсивности поступления в атмосферу продуктов эвапотранспирации в фоновых ландшафтах Северного Урала. Рассчитаны массы большинства главных и рассеянных элементов, мигрирующих в системах листовая поверхность растений—атмосфера и поверхность почвы—атмосфера. Показано соотношение переноса в атмосферу продуктов эвапотранспирации с атмосферными выпадениями и другими миграционными процессами. Предложены и рассмотрены подходы к установлению роли эвапотранспирации в сложной системе массопереносов элементов.

Ключевые слова: эвапотранспирация, массоэлементоперенос, главные и рассеянные элементы.

Введение. С момента обособления наружных фазовых оболочек Земли — твердой, жидкой и газовой — началась эволюция их состава, в которой выдающуюся роль играло живое вещество планеты. В.И. Вернадский [2] показал его исключительно важную роль в миграции химических элементов и термодинамике планеты в целом.

Особенно сильное воздействие биогеохимических процессов сказалось на составе атмосферы [5, 6]. Анализируя структуру геохимической стороны жизнедеятельности живых организмов на современном уровне, обнаруживаем, что одна из форм миграции осталась вне детального рассмотрения — поток газовых форм химических элементов в системе растительность—атмосфера. Своеобразным антиподом этого процесса является глубоко изученный (применительно к некоторым регионам) поток атмосфера—растительность: атмосферные осадки, воздействуя на растительность, поставляют элементы в почву, почвенные и грунтовые воды [19, 20].

Постановка проблемы. Хорошо известно, что растения в процессе фотосинтеза непрерывно вовлекают в миграцию огромные массы углекислого газа, связывают его в органическое вещество и выделяют эквивалентные массы кислорода. Но этим массопоток газовых форм не ограничивается. В процессе жизнедеятельности растений химические элементы переходят в газовую форму нахождения. В этой форме есть такие элементы, которых, казалось бы, не должно быть, — это тяжелые металлы. Экспериментально установлено, что терпены, продуцируемые лесными массивами, несут тяжелые металлы, поэтому их содержание в воздухе над рудными телами повышается [21].

Проблеме особого вида миграции химических элементов — поступлению в атмосферу продуктов эвапотранспирации — и посвящено проведенное исследование. Систематические исследования в этой

области не проводились, хотя и имеются первые результаты [11, 16, 22].

Решение поставленной проблемы невозможно без параллельных определений других видов миграции, в первую очередь газовых форм элементов в системе поверхность почвы — атмосфера. Общее почвенное дыхание представляет собой суммарный поток двух основных компонентов — дыхания корней и дыхания почвенной микрофлоры [23].

В изучении массопереноса в системе поверхность почвы — атмосфера встречаются большие сложности. Так, если в определении транспираци-онных форм элементов древесных растений их можно вычленить из общего эвапотранспирационного потока, включающего газовые эманации из почвы, то для наземной травянистой растительности сделать это технически сложно. Отмеченная трудность хорошо известна экспериментаторам, которые пытались определить раздельно массу испаряющейся влаги с поверхности почвы и поверхности травянистых растений [10]. По этой причине определяли суммарную величину эвапотранспирации с поверхности почвы. Кроме того, вода испаряется с поверхности стволов и толстых ветвей древесных растений, хотя ее количество значительно меньше того, которое теряется через листья [18]. Работая в первом приближении, можно пренебречь отмеченными эманациями.

Таковы исходные теоретические положения и методологические подходы к решению проблемы оценки эвапотранспирационной деятельности растительности как особой формы миграции химических элементов в системе растительность—атмосфера.

Материалы и методы. Эксперимент проводился в 2000—2003 гг. на территории Свердловской области в среднегорных ландшафтах Северного Урала, приуроченных к массиву основных интрузив-

1 Уральский государственный педагогический университет, канд. геогр. наук, доцент, e-mail: melchakov_y_l@mail.ru

ных пород (габбро). Техногенное влияние было сведено к возможному минимуму: участки находятся на расстоянии несколько десятков километров от вероятных источников аэрогенного и иного загрязнения.

Первый ключевой участок расположен в пределах элювиально-аккумулятивного ландшафта горнотаежного пояса, второй — в пределах трансэлювиального ландшафта подгольцового пояса.

Приведем краткое описание этих участков.

1. Горно-таежный пояс массива Денежкин Камень. На экспериментальной площадке (абсолютная высота 650 м), находящейся в нижней трети пологого склона восточной экспозиции, представлен кедровый (Pinus sibirica) лес с небольшой примесью ели сибирской (Picea obovata), березы пушистой (Betula pubescens) и единично пихты сибирской (Abies sibirica). Формула лесного насаждения: 8К 1Е 1Б, единично пихта; средняя высота деревьев 18—20 м; средний диаметр стволов 35—45 см; среднее расстояние между деревьями 3 м; класс возраста древостоев — приспевающие (60—80 лет); полнота 0,6. В составе подроста и подлеска преобладают ель и пихта, кедра нет. Травяно-кустарнич-ковый ярус покрывает 0,9 поверхности. В нем преобладают черника обыкновенная (Vaccinium myrtillus) и грушанка круглолистная (Pirola rotundifolia L.).

2. Подгольцовый пояс массива Денежкин Камень. Площадка находится вблизи седловины (абсолютная высота 890 м), в верхней части склона средней крутизны восточной экспозиции. Значительная часть поверхности (около 30%) представляет собой обнажение крупных каменных глыб, голых или покрытых накипными лишайниками. Древесный ярус редкий, средняя сомкнутость 0,2. Состоит из лиственницы Сукачева (Larix sukaczewii) с примесью березы извилистой (Betula tortuosa) и кедра. В составе подроста преобладает кедр (около 50%), значительна доля лиственницы (около 35%); доля березы 15%. Большинство подроста кедра не доживает до взрослого возраста. Редкий подлесок (сомкнутость 0,1) образуют карликовая березка (Betula nana), можжевельник сибирский (Juniperus sibirica), рябина сибирская (Aronia sibirica). Травя-но-кустарничковый ярус покрывает 0,4 поверхности. В нем преобладают голубика (Vaccinium uligi-nosum), вороника (Empetrum hermapfroditum), горец змеиный (Polugonum bistorta) и овсяница (Festuca supina).

В ходе эксперимента на ветви древесных растений (см. выше) были надеты полиэтиленовые пакеты, которые плотно затягивались шпагатом. В пакетах аккумулировались конденсаты транспирацион-ных выделений, необходимые для анализа. Рядом с обследованными деревьями на поляне установлена специально сконструированная камера для сбора испарений травянистых растений и с поверхности почвы. Тонкости эксперимента и методика

расчета аэрального переноса продуктов эвапотранс-пирации описаны в монографии [12].

Таким образом, была сделана попытка оценить массоперенос элементов из почвы, а также их выделение с поверхности фотосинтезирующих органов древесных и травянистых растений в атмосферу, т.е. за счет эвапотранспирации. Важно подчеркнуть, что в процессе сбора жидкой фазы улавливались также летучие органические вещества, которые являются носителями металлов, например железосодержащие комплексы изопрена (С4Н6)Ре(СОз) [22], поскольку их конденсаты также накапливались в камерах.

Для определения элементного состава конденсатов использован метод ICP-MS. Всего в эвапо-транспирационных выделениях, включающих и летучие экссудаты, определяли содержание 72 элементов: 9 главных элементов и 63 элемента с низкой концентрацией (или рассеянных, по терминологии В.В.Добровольского [4]). Заметим, что наиболее часто употребляемые синонимы этих групп элементов — макро- и микроэлементы соответственно. Последние разделены на рассеянные литофильные, халькофильные и сидерофильные. Выводы основаны на анализе 26 проб конденсатов, общее число элементоопределений составляет 1872.

Обсуждение результатов. Необходимым условием решения поставленной задачи является количественная оценка рассматриваемого элементопе-реноса. Массы элементов, мобилизуемых эвапо-транспирацией, показаны в табл. 1, 2, при этом из многочисленной группы рассеянных элементов выбраны хорошо изученные. Определено, что массопе-ренос многих элементов (из группы редких земель и некоторых других) характеризуется небольшими абсолютными величинами: измеряется единицами и долями г/км2 • год. Однако с учетом правила суммирования малых геохимических доз в масштабе геологического и педологического времени последствия биогеохимического круговорота подвижных форм элементов становятся чрезвычайно существенны [9].

Таблица 1

Масса главных элементов, участвующих в эвапотранспирационном переносе в ландшафтах Северного Урала, кг/км2 • год

Элементы Горнотаежный ландшафт Подголь- цовый ландшафт Элементы Горнотаежный ландшафт Подголь- цовый ландшафт

Ca 730 270 Mg 45 50

S 430 38 Si 39 9

Na 200 125 Al 29 5

K 130 100 P 6 6

Fe 54 17 Всего 1663 620

Таблица 2

Масса рассеянных элементов, участвующих

в эвапотранспирационном переносе в ландшафтах Северного Урала, г/км2 • год

Элементы Горнотаежный ландшафт Подголь- цовый ландшафт Элементы Горнотаежный ландшафт Подголь- цовый ландшафт

Mn 6300 2400 Se 130 30

Zn 3600 1540 Cd 58 15

B 2700 210 As 43 5,7

Cu 1900 565 Co 22 121

Pb 810 134 Hg 20 5

Ni 330 114

Итоговая количественная оценка массоперено-са в горно-таежных ландшафтах следующая: для группы главныгх элементов — 1663 кг/км2 • год, рассеянных — 21 921 г/км2 • год.

По нашим определениям, атмосферные выпадения, которые трансформированы растительностью, рассчитанные применительно к тем же 72 элементам, составляют величину 6,3 т/км2 • год, что свидетельствует о сопоставимости двух массопереносов, а следовательно, о значимости эвапотранспирации.

Аналогичный вывод можно сделать, сравнив массоперенос продуктов эвапотранспирации с вовлечением зольныгх элементов в биологический круговорот в системе почва—растения. Указанное сравнение представляется корректным, так как в обоих видах миграции именно растения вызывают непрерывное движение масс элементов в течение теплого времени года. Сопоставим соотношение масс главных элементов, вовлекаемых в эвапотранспирацию, с соответствующим рядом элементов, участвующих в биологическом круговороте (по В.В. Добровольскому [5]):

— поступление в атмосферу продуктов эвапо-транспирации (т/км2 • год): Са (0,73) > S (0,43) >

> Na (0,2) > K (0,13) > Fe (0,05) > Mg (0,04) > Si (0,04) >

> AI (0,03) >P (0,006),

— растительный опад (т/км2 • год): Са (2,7) >

> Si (1,35) > K (1,30) > Mg (0,45) > P (0,30) > S (0,15) >

> AI (0,12) > Fe (0,08) > Na (0,02).

В приведенных рядах разница между крайними членами превышает два порядка, что, вероятно, не является простым совпадением, а свидетельствует об определенной степени близости рассматриваемых процессов: они вовлекаются в миграционные процессы в сопоставимые соотношениях.

Ряд убывания массы рассеянных халькофиль-ных элементов, вовлекаемых в эвапотранспира-цию, следующий (кг/км2 • год): Zn (3,6) > Cu (1,9) >

> Pb (0,81) > Se (0,13) > Ag (0,065) > Cd (0,058) >

> Sn (0,055) > As (0,043). Аналогичный ряд растительного опада (кг/км2 • год) следующий: Zn (6,0) >

> Cu(1,2) >Pb(0,30) > Sn(0,03) > As (0,018) > Se (0,006) >

> Ag (0,004) > Cd (0,0006).

В рассматриваемом ряду эвапотранспирации разница между Zn и Cd составляет примерно 1,5 порядка (62 раза), а в ряду растительного опада — 4 порядка. Этот результат принципиально отличается от приведенного выше для группы главных элементов. Следовательно, в группе рассеянных халько-фильных элементов, вовлекаемых в эвапотранспи-рацию, резко, на 2,5 порядка, уменьшается разница величины массопереноса между элементами, присутствующими в относительно больших количествах и в относительно малых по сравнению с растительным опадом. Следовательно, в изученном процессе возрастает роль последних элементов. Вероятно, это свидетельствует о выработанном растениями в процессе эволюции механизме избавления от токсичных элементов путем транспирации. В порядке констатации отметим, что вопрос о природе толерантности у растений представляет собой один из ключевых вопросов современной физиологии [7].

В пользу этого предположения свидетельствуют некоторые факты. Так, было изучено поведение ртути на Гавайях [24]. Оказалось, что даже в местах, где не проявляется активный вулканизм и нет фумарол, концентрация ртути в воздухе выше фоновой, одна из причин этого заключается в выделении ртути растениями.

Установлена тенденция к снижению массопе-реноса главных элементов в подгольцовом поясе по сравнению с горно-таежными ландшафтами: у большинства элементов отмечена разница в несколько раз и только для S на порядок; эвапо-транспирационный перенос Mg, Р примерно соответствует значениям для горно-таежных ландшафтов. В группе рассеянных литофильных элементов (всего проанализировано 36 элементов) снижение массопереноса по сравнению с горно-таежными ландшафтами имеет закономерный характер: разница в подавляющем большинстве случаев составляет несколько раз и только Be, Nb, Gd и Ho имеют близкие значения. Однако их массоперенос обычно определяется долями г/км2 • год, т.е. концентрация этих элементов находится на пределе обнаружения, а соответственно возрастает как вероятность ошибки определения, так и природная вариабельность. В группе рассеянных халькофиль-ных элементов (всего рассмотрено 17 элементов) тенденция к снижению анализируемых модулей в подгольцовом поясе также выражена, они изменяются в несколько раз, но для Sn, Au и Tl отмечено обратное соотношение (разница составляет 1,7—2 раза). В группе рассеянных сидерофильных элементов (всего проанализировано 10 элементов) при сравнении двух поясов определены принципиальные отличия от рассмотренных групп: указанная тенденция проявилась только у половины элементов (разница в несколько раз), близкие зна-

чения отмечены для КЬ, 08 и Рё, обратное соотношение — для 1г, Р! Следовательно, подгольцовые ландшафты поставляют в атмосферу не намного меньше рассеянных сидерофилов, чем горно-таежные ландшафты.

Итоговая количественная оценка поступления в атмосферу продуктов эвапотранспирации в под-гольцовых ландшафтах следующая: для группы главных элементов — 620 кг/км2 • год, для рассеянных — 9207 г/км2 • год.

Таким образом, значения рассматриваемого мас-сопереноса у большинства элементов в подгольцо-вом поясе в несколько раз уступают соответствующим элементам в горно-таежном поясе (по сумме элементов в 2,7 раза).

Полученный результат представляется закономерным, так как напряженность биогеохимических процессов в горно-таежном ландшафте выше, чем в подгольцовом. Это объясняется несколькими факторами, среди которых доминирует влияние более благоприятного климата и как следствие богатой и разнообразной растительности. Кроме того, рассматриваемый горно-таежный ландшафт является в известной мере геохимически подчиненным (см. выше). Относительно большая инсоляция и повышенная скорость ветра в подгольцовом поясе, вероятно, выступают как факторы, сглаживающие различия в массопереносе двух ландшафтов.

Интересен следующий аспект рассматриваемой проблемы. В настоящее время хорошо известны многочисленные факты преобразования окружающей среды живыми организмами (см., например, [17, 18]). Однако не выяснено, являются ли количественные и качественные параметры аэрального переноса продуктов эвапотранспирации значащими факторами формирования окружающей среды. По мнению автора, такая постановка вопроса представляется обоснованной по следующей причине. Некоторое время после эвапорации терпеноподоб-ные углеводороды и начальные продукты их окисления остаются в воздухе, о чем свидетельствует многообразие запахов растительности. Терпенопо-добные соединения не накапливаются в атмосфере: воздух постепенно очищается от органических газов благодаря их конденсации до частиц дымки. Эти частицы вымываются атмосферными осадками, захватываются росой и снова попадают на листовые пластинки растений (подробные механизмы указанной миграции рассмотрены в [14]). Затем растворимые соединения металлов в большей или меньшей степени проникают в листья, передвигаются в них и могут транспортироваться в корни [7, 25].

Следовательно, такие важные характеристики среды, как химический состав атмосферного воздуха, осадков, поверхностных и отчасти подземных вод, а также растений и почвы, меняются вследствие описанных процессов, и степень этого изменения определяется масштабом эвапотранспирации.

Кроме того, продукты эвапотранспирации в начальный период аэральной миграции могут быть причиной атмосферных помутнений (так называемые голубые дымки) [14], которые закономерно снижают солнечную радиацию у земной поверхности и соответственно несколько корректируют радиационный и тепловой баланс системы Земля—тропосфера.

Исходя из сказанного правомочно сопоставить роль живых организмов в создании среды своего обитания с использованием параметров аэрально-го переноса продуктов эвапотранспирации в сравнительно-географическом плане, в частности, как подтверждает анализ, в подгольцовом и горно-таежном поясах. Автор считает целесообразным такое дополнение к традиционной характеристике природы.

Таким образом, аэральная миграция продуктов эвапотранспирации является одним из факторов, определяющих разнообразие окружающей среды.

Особенность изучаемого процесса, проявляющаяся во всех анализируемых группах элементов, — большая вариабельность значений в течение 4 лет. В качестве примера приведем коэффициенты вариации величин эвапотранспирационного элементопе-реноса в горно-таежном ландшафте (%): в группе главных элементов — 19—158 (среднее 99), в группе рассеянных литофильных элементов — 38—161 (среднее 102), в группе халькофильных — 28—143 (среднее 90), в группе сидерофильных — 39—141 (среднее 91).

Большую вариабельность значений можно объяснить изменчивостью носителей мигрирующих масс элементов — транспирационной влаги и летучих органических веществ, а также концентраций конденсатов. В частности, проведенные В.А. Исидоро-вым [8] исследования показали, что скорость эмиссии изопрена несколькими породами деревьев в зависимости от погодных условий в течение 7 дней изменялась более чем на порядок, а концентрация монотерпеновых углеводородов в воздухе под пологом сосновых лесов в течение одного дня — в 2 раза и более.

Возможно, среди природных факторов, обусловливающих высокую вариабельность анализируемых значений, кроме известных и легко прогнозируемых имеются и малоизученные.

В рассматриваемом контексте биологический круговорот зольных элементов более стабилен благодаря наличию почвы, выполняющей роль мощного буфера. Для эвапотранспирации буферные способности почвы имеют ограниченное значение.

С учетом отмеченной связи параметров эвапо-транспирации с проявлением способности организмов создавать среду обитания можно заключить, что, наряду с другими известными причинами, природная среда в теплое время года постоянно меняется вследствие большой вариабельности эва-потранспирации.

Следующий методический подход определения роли аэрального переноса продуктов эвапотранспи-рации в системе потоков химических элементов — анализ приходно-расходных звеньев биогеохимических циклов элементов. В современном представлении термин "биогеохимический цикл" используется для качественного и количественного описания трансформации и перемещения вещества как в природной, так и в антропогенно-модифицированной окружающей среде [1].

Соотношение атмосферных выпадений, биологического круговорота, характеризуемого через опад, эвапотранспирацию и вынос с речным стоком, применительно ко всем 72 элементам (по каждому в отдельности) рассмотрено ранее в [13]. Здесь ограничимся краткой констатацией: эти массоперено-сы отличаются в среднем на порядок, при этом модули атмосферных выпадений превышают величины эвапотранспирации и выноса с речным стоком, а значения модулей эвапотранспирации и выноса с речным стоком подавляющего большинства элементов имеют один порядок.

Суммировав годовые величины массопотоков всех элементов, мы получили следующие значения (кг/км2): атмосферные выпадения — 6310, биологический круговорот (опад) — 7624, аэральный перенос продуктов эвапотранспирации — 1685, вынос с речным стоком — 5039. Отсюда итоговое соотношение миграционных потоков составляет —420 (с учетом эвапотранспирации) или 1290 кг/км2 (без учета эвапотранспирации). Следовательно, эва-потранспирация существенно ослабляет дисбаланс массопотоков.

Наличие достаточно большой группы элементов, не отвечающей указанной тенденции, объясняется или недостаточной точностью оценки массопере-носов, или тем, что для этих элементов действительно характерен дисбаланс, вызванный природными и техногенными причинами.

В пользу объяснения дисбаланса техногенными причинами свидетельствует следующее. В целом для группы главных элементов (если суммировать данные по всем элементам) модули атмосферных выпадений и выноса с речным стоком весьма близки (соотношение двух параметров составляет примерно 1:1); эвапотранспирационный перенос в несколько раз меньше атмосферных выпадений и выноса с речным стоком. Во всех группах рассеянных элементов суммарное аналогичное соотношение принципиально иное: атмосферные выпадения превышают вынос с речным стоком примерно на порядок, транспортировка продуктов эвапотранс-пирации в атмосферу несопоставимо меньше атмосферных выпадений, поэтому эвапотранспирация не в состоянии поддерживать систему в равновесном состоянии. Вероятно, изученный район подвержен некоторому загрязнению именно рассеянными элементами, которое и приводит к дисбалансу этой группы элементов. Как известно, мелкодисперсные

аэрозоли, выступающие в роли носителей рассеянных элементов, переносятся на сотни и тысячи километров, а более крупные аэрозоли — носители преимущественно главных элементов — выпадают вблизи локальных источников загрязнения [4], что и объясняет принципиальную разницу в соотношении рассеянных и главных элементов.

Заметим также, что для всех без исключения наиболее значимых по массе рассеянных элементов-загрязнителей (Мп, Си, 2п, РЬ, N1) определен существенно положительный дисбаланс.

По аналогии с предложенным М.А. Глазов-ской [3] коэффициентом атмогеохимической активности рассчитано отношение массы элементов, вовлекаемых эвапотранспирацией в аэральный перенос, к массе элементов, поступающих с опадом (Кэ-о) (табл. 3).

Таблица 3

Отношение массы элементов, вовлекаемых эвапотранспирацией в аэральный перенос, к массе элементов, поступающих с опадом

Элементы Кэ-о Элементы Кэ-о Элементы Кэ-о Элементы Кэ-о

главные главные рассеянные рассеянные

Са 0,23 81 0,03 Мп 0,22 Сё 97

К 0,08 А1 0,19 Си 1,58 А8 2,39

Мв 0,08 Р 0,02 2п 0,60 8е 22

8 2,69 В 0,90 Со 0,18

№ 6,67 РЬ 2,70 Щ 13

Бе 0,68 N1 1,34

Несмотря на значительный разброс значений Кэ_о и на первый взгляд отсутствие какого-либо тренда, можно заметить следующее. Во-первых, в группе главных элементов анализируемые коэффициенты, как правило, составляют 0,п—0,0п. Во-вторых, Кэ_о тяжелых металлов и близких им элементов, напротив, чаще больше 1, причем элементам с малыми кларками соответствуют, как правило, наибольшие коэффициенты. Можно констатировать, что величины Кэ-о находятся в соответствии с сопоставлением рядов эвапотранспирационного переноса и биологического круговорота (см. выше), что закономерно.

Анализ значений коэффициента корреляции Пирсона применительно к изученным массопере-носам (табл. 4) показывает наличие доказанной положительной корреляционной связи относительно большинства рассмотренных вариантов. Также отметим, что минимальные значения г отмечены для потоков: атмосферные выпадения—вынос с речным стоком, а максимальные — эвапотранспира-ция—атмосферные выпадения. Такое различие представляется закономерным: прежде чем поступившие из атмосферы соединения будут вынесены за пре-

Таблица 4

Значения коэффициента корреляции Пирсона (г) между изученными массопереносами в среднетаежных ландшафтах Среднего Урала

Группа элементов Сравниваемые объекты

эвапотранспира-ция—биологиче-ский круговорот (опад) эвапотранспира-ция—атмосфер-ные выпадения эвапотранспира- ция—вынос с речным стоком атмосферные вы-падения—вынос с речным стоком биологический круговорот (опад)—атмосфер-ные выпадения биологический круговорот (опад)—вынос с речным стоком

Главные 0,635

Рассеянные:

Литофильные 0,944 (15) 0,908 (34) 0,250 (34)* 0,046 (34)* 0,989 (15) 0,022 (15)*

Халькофильные 0,946 (11) 0,919 (16) 0,646 (16) 0,792 (17) 0,767 (11) 0,331 (11)*

Сидерофильные 0,972 (3)* 0,999 (9) 0,924 (9) 0,925 (10) 0,958 (3)* 0,871 (3)*

* Значения (г), которые меньше табличных критических значений коэффициента корреляции Пирсона для 5%-го уровня значимости. В скобках — число проб.

делы ландшафта, они подвергнутся глубокой трансформации. Связь двух ветвей аэральной миграции более тесная, хотя и в данном случае происходят изменения под доминирующим влиянием живого вещества.

В целом сравнительный анализ четырех рассматриваемых потоков элементов доказывает их соразмерность, взаимосвязанность и некоторую упорядоченность. Эти характеристики миграционных процессов являются важными показателями нормального функционирования ландшафтов и их устойчивости к природным и техногенным дестаби-лизаторам.

Следующий аспект рассматриваемой проблемы — роль эвапотранспирации в массопереносе химических элементов с атмосферными осадками. Было выполнено сопоставление состава конденсатов выделений растений изученных экосистем в атмосферу и атмосферных осадков разного происхождения — внутримассового и фронтального [15]. Отметим следующее. Установленная взаимосвязь элементного состава атмосферных осадков в теплое время года с таким аспектом жизнедеятельности растений, как летучие выделения, отражает наличие круговоротов вещества в изученных ландшафтах. Выявлен факт влияния погодных условий на степень замкнутости отмеченных круговоротов: при внутримассовой погоде они в большей мере замкнуты, чем при фронтальной.

Определено, что степень сходства химического состава двух сравниваемых объектов закономерно

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Башкин В.Н., Касимов Н.С. Биогеохимия. М.: Научный мир, 2004.

2. Вернадский В.И. Биогеохимические очерки (1922—1932). М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1940.

возрастает в ряду: фронтальные осадки вне контакта с растительностью ^ фронтальные трансформированные осадки, внутримассовые осадки вне контакта с растительностью ^ внутримассовые трансформированные осадки.

Выводы. 1. На количественном уровне выявлена сопоставимость атмосферных выпадений и поступления в атмосферу продуктов эвапотранспира-ции, что доказывает в общем плане значимость последнего.

2. Установлено, что аэральный перенос продуктов эвапотранспирации ослабляет дисбаланс мигрирующих масс элементов.

3. Показано, что в траспортировке продуктов эвапотранспирации возрастает относительное значение тяжелых металлов и близких им элементов, масса которых невелика по сравнению с участием массы этих элементов в биологическом круговороте в системе почва—растения. Предположительно это свидетельствует об одном из механизмов толерантности растений, т.е. дополнительном способе освобождения растений от токсичных соединений путем эвапотранспирации.

4. Поступление в атмосферу продуктов эвапо-транспирации является дополнительным фактором, влияющим на разнообразие окружающей среды в пространстве и времени. Значимость этого фактора определяется масштабом эвапотранспирации.

5. Установлена важная для функционирования ландшафтов взаимосвязь элементного состава дождевых осадков и летучих выделений растений.

3. Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимическое районирование суши Земли // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1967. № 5. С. 46—57.

4. Добровольский В.В. География микроэлементов // Глобальное рассеяние. М.: Мысль, 1983.

5. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Издательский центр "Академия", 2003.

6. Добровольский В.В., Мельчаков Ю.Л., Учватов В.П. и др. Фитогенный атмосферный массообмен: количественная оценка потоков "растительность—атмосфера" // Геохимия природных и техногенно измененных биогеосистем / Под ред. В.В. Добровольского. М.: Прометей, 2003. С. 112—161.

7. Жиров В.К., Голубева Е.И., Говорова А.Ф., Хаит-баев А.Х. Структурно-функциональные изменения растительности в условиях техногенного загрязнения на Крайнем Севере. М.: Наука, 2007.

8. Исидоров В.А. Органическая химия атмосферы. Л.: Химия, 1985.

9. Касимов Н.С. Базовые концепции и принципы геохимии ландшафтов // Геохимия биосферы: Докл. Меж-дунар. научной конференции. Москва, 15—18 ноября 2006 г. Смоленск: Ойкумена, 2006. С. 21—25.

10. Козловский Т.Н. Водный обмен растений. М.: Колос, 1969.

11. Кудерина Т.М. Миграция элементов с транспи-рационным потоком в аридных ландшафтах: Автореф. канд. дис. М., 2001.

12. Мельчаков Ю.Л. Атмосферная миграция химических элементов на Урале. Екатеринбург: Урал. гос. пед. ун-т, 2005а.

13. Мельчаков Ю.Л. Балансы элементов и роль эва-потранспирационного массопереноса в ландшафтах Северного и Южного Урала // Изв. РГО. 2005б. Т. 137, вып. 5. С. 69—79.

14. Мельчаков Ю.Л, Суриков В.Т. Визуальные наблюдения за воздушной средой Урала для определения источников природных и техногенных загрязнений // Исследовано в России. 2004. № 74. С. 812—821.

15. Мельчаков Ю.Л, Суриков В.Т. Роль биогеохимических процессов в массопереносе химических эле-

ментов с атмосферными осадками (на примере Северного Урала) // География и природные ресурсы. 2007. № 1. С. 83-90.

16. Немерюк Т.Е. Миграция солей в атмосферу при транспирации // Физиология растений. 1970. Т. 17, вып. 4. С. 673-679.

17. Перелъман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000, 1999.

18. Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989.

19. Сысуев В.В. О механизме изменения химического состава атмосферных осадков пологом леса // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1975. № 5. С. 107—110.

20. Учватов В.П, Глазовский Н.Ф. Эколого-геохи-мические и природоохранные аспекты трансформации природных вод в лесных экосистемах // Взаимодействие лесных экосистем и атмосферных загрязнителей. Ч. 2. Таллин, 1982. С. 137—162.

21. Barringer A.R. Airtrace: an airborn geochemical exploration technique. U.S. Geological Survey Prof. Paper 1015 // Proceedings of the First Annual William T. Pecora Mem. Symp. October 1975, Sionx Falls, Souts Dahota, 1977. P. 354—369.

22. Curtin G.C., King H.D., Mosier E.L. Movement of elements into the atmosphere from coniferous trees in subalpine forests of Colorado and Idaho // J. of geochem. explor. 1974. Vol. 3, N 3. P. 245—263.

23. Edwards C.A. The role of soil invertebrates in turnover of organic matter and nutrients / Ed. D.E. Reihle. Analisis of temperate Forest Ecosystems. N.Y.: Springer-Verlag, 1970. P. 12—172.

24. Siegel S.M., Siegel B.Z.Mercury fallout in Hawaii // Water air and soil pollution. 1978. P. 113—117.

25. White W.M. Geochemistry // An on-line textbook. John-Hopkins University Press. 2003 (http://www.Geo.cov-nell.edu/geology/classes/geo455/Chapters, HTML).

Поступила в редакцию 01.02.2008

Yu.L. Melchakov

ROLE OF EVAPOTRANSPIRATION IN THE SYSTEM OF MIGRATION FLOWS

OF CHEMICAL ELEMENTS

Results of the experimental evaluation of evapotranspirational migration of elements in the typical landscapes of the Northern Urals are discussed. Amounts of main and trace elements involved into aerial migration by evapotranspiration were calculated. Aerial transport of evapotranspirational products is correlated with another line of aerial migration, i.e. atmospheric fallout, as well as with other migration processes. Possible approaches to the evaluation of the role of evapotranspiration in a complex system of mass transportations are suggested and discussed.

Key words: evapotranspiration, migration of elements, main and trace elements.