УДК.631.34
Цвєткова Н.М., Дубина А.О.
Дніпропетровський
Національний університет імені Олеся Гончара
ОСОБЛИВОСТІ МІГРАЦІЇ НІКЕЛЮ У ПРИРОДНИХ ЛІСОВИХ ЕКОСИСТЕМАХ
ДОЛИНО-ТЕРАСОВОГО ЛАНДШАФТУ ПРИСАМАР`Я ДНІПРОВСЬКОГО
Нікель, як і
всі хімічні елементи, широко розповсюджений в природі, підкоряється закону
біокругообігу елементів у ландшафті. Цей закон розкриває О.І. Перельман (1975)
так: „...миграция большинства химических элементов в ландшафте представляет
собою круговорот, в ходе которого элемент многократно входит в состав живых
организмов и выходит из них. Эти круговороты в зависимости от элемента и
ландшафтов отличаются различной продолжительностью и никогда не бывают обратимыми:
ландшафт не возвращается в прежнее состояние, а приобретает некоторые новые
свойства”.
Направлені ландшафтно-геохімічні процеси формують визначну
геохімічну структуру ландшафта.
Вивчення геохімії
ландшафтів пов`язано з питаннями практики: з експертними оцінками
території по рівню стійкості до
техногенезу, з плануванням заходів до охорони довкілля від забруднення металами
та іншими полютантами.
В зв`язку з проблемою
боротьби з забрудненням довкілля і його охороною вивчаються фактори і
закономірності диференціації ландшафтно-геохімічного фонду (рівні вмісту хімічних
елементів і міграції їх у компонентах ландшафту).
У природі міграція (біокругообіг) елементів здійснюється в
атомній, іонній та молекулярній формі. Виділяють внутрішні та зовнішні фактори
міграції елементів і речовин. До внутрішніх факторів належать властивості
атомів та їх сполук: термічні, хімічні, енергетичні, гравітаційні,
радіоактивні; до зовнішніх –
температура, тиск, концентрація речовин, ступінь іонізації розчинів та
розплавів, концентрація водневих іонів, окисно-відновний потенціал, поверхневі
сили природних колоїдних систем, рівновага фаз та дія живих організмів. Усі
фактори діють сумісно та тісно пов`язані між собою. Міграційна здатність
розчинних продуктів вивітрювання та грунтотворення тим вища, чим більша їх
розчинність у воді. Рухливість більшості мікроелементів зростає в результаті
утворення комплексних сполук, у яких мікроелементи менш чутливі до осаджувачів,
змін реакції середовища та кисневого режиму.
Для дослідження міграції елементів необхідне встановлення причин, що зумовлюють цей процес.
Відповідно до основних форм руху матерії в межах біосфери О.І.
Перельман (1975) та В.О. Алексєєнко (2000) виділяють чотири види міграції
хімічних елементів: біогенну, механічну (механогенез), фізико-хімічну та
техногенну (антропогенез).
У біосфері значна роль належить біогенній міграції. Живі
організми не тільки беруть участь у міграції елементів, а й справляють на неї
(міграцію) значний вплив. А.А. Тітлянова (1977) виділила п`ять типів біогенної
міграції, яка пов`язана з: а) механічною діяльністю організмів; б) їх
переміщенням; в) біохімічними процесами життєдіяльності організмів; г)
відмиранням та розкладом організмів; д) діяльністю людини.
Мета даної роботи – дослідити особливості міграції
(кругообігу) мікроелементу – нікелю у природних лісових біогеоценозах Присамр`я
Дніпровського, встановити тип міграції.
Конкретними об`єктами дослідження були
природні лісові біогеоценози степової зони: липо-ясенева діброва центральної
заплави та суховатий бір на арені.
Липо-ясенева діброва розташована в центральній частині заплави р. Самара. Вік
насадження - 80 років. Зімкнутість крон - 0.9. Підстилку формує напіврозкладене
листя дуба та ясеня, потужність підстилки 3 см, вона двошарова, пухка,
переривчаста (Цвєткова 1992, Якуба 2002, Дубина, 1971).
Грунти заплавно-лучно-лісові, середньогумусні,
середньовилужені, суглинкові на алювіальних відкладеннях (Травлєєв, 1972,
1975). У гранулометричному складі превалюють дві фракції: дрібний пісок та мул.
Лучнолісовий грунт багатий на гумус (4-9%). Поверхневий горизонт грунтів
центральної заплави складається з легкої глини, супісок починається на глибині
200-210 см. Кислотність грунтового розчину 6,4-7,5; гідролітична
кислотність 1,0-1,7%. Ємність
поглинання досягає 41,7 мг-екв/100 г грунту у верхньому гумусовому горизонті й
зменшується з глибиною одночасно з поступовим зменшенням кількості гумусу.
Зволоження атмосферно-грунтове. Грунтові води залягають на глибині 4 м.
Типологічна формула насадження:
|
СГ2 |
|
Тінк III |
Дас` 2 Д.зв. 4 Яс.зв. 3 Кл.п. 1 Л.с.
(Бельгард, 1971, Дубина, 1974)
Суховатий бір розміщений на другій
піщаній терасі долини р. Самари, на вершині дюнної горбкуватості, являє собою
типовий бір. Вік сосни 80 років. Зімкненість крон – 0.4. Ділянки із соснами, що
ростуть групами, чергуються з відкритими місцями, де панують ксерофільні злаки
і піщане різнотрав`я. Покриття під деревами 25-30% (сосново-зубровкова
парцела); на галявинах 65-70% (дерново-степова парцела). Лісова підстилка тришарова,
суцільна, пухка, трухлявовидної структури. Перший шар складається із суцільної
хвої, яка щойно відпала, і шишок, легко відокремлюється від другого шару, більш
розкладеного. Третій трухлявоподібний шар сухий, змішаний з грунтом. Потужність
підстилки 3,6 см.
Типологічна формула за О.Л. Бельгардом (1971):
|
П1 |
|
П/осв II- III |
АВ 10 С.зв.
Грунт дерново-боровий,
малогумусний, середньовилужений, піщаний, слаборозвинений на давньоалювіальних
відкладеннях (Травлєєв, 1975). Гранулометричний склад дерново-борових грунтів –
зв`язаний дрібнозернистий пісок. Грунти біогеоценозу бідні на гумус (0,4-2,7%),
мають кислу реакцію
(pH 5,8-6,4) і малу ємність поглинання
(0,31 – 4,1 мг-екв / 100 г грунту), незначну кількість поглинених основ
(2,3-2,5 мг-екв/100г грунту). Зволоження атмосферне. Глибина залягання
грунтових вод – 3,5 м.
Методи дослідження
Вміст нікелю у компонентах біогеоценозу визначався
атомно-абсорбційним методом (Зирін, 1964); показники міграції речовин та нікелю,
визначення типу біологічного кругообігу органо-мінеральних речовин проводився
за десятибальною системою числових показників Н.І. Базилевіч та Родіна Л.Е.
(1965).
В статті наведені матеріали моніторингових досліджень 1975
та 2006 років. Обробка результатів дослідження виконувалась методами варіаційної
статистики, комп`ютерна програма „Статистік”.
Результати досліджень
В 1975 році центрально-заплавні липо-ясеневі діброви
(табл.1) характеризувались опадо-пістилковим коефіцієнтом (ОПК): 3,6 + 0,9.
Середня зольність опаду склала – 9%. ОПК нікелю дорівнював 6,2. Об`єм циклу
нікелю – 0,26 кг/га; ємність – 159 кг/га. Вміст нікелю у підстилці – 0,42
мг/кг; в опаді – 0,04 мг/кг, у грунті – 34,8 мг/кг.
Аналіз отриманих результатів свідчить про те, що на фоні загального загальмованого
кругообігу речовини (індекс 3,6; бал 6) в умовах липо-ясеневої діброви
центральної заплави спостерігається сильно загальмований кругообіг нікелю
(індекс 6,2; бал 5)
У суховатому бору запаси
опаду та підстилки значно варіюють в просторі та часі;
опадо-підстилковий коефіцієнт дорівнює 5,6+3,3; кругообіг
органо-мінеральної речовини загальмований. Біокругообіг нікелю теж
загальмований (індекс 5,9; бал 6), та зміщений у сторону гальмування в
порівнянні з кругообігом органо-мінеральних речовин. Об`єм циклу нікелю – 0,20
кг/га, ємність 44,5 кг/га, вміст нікелю
в підстилці – 0,17; в опаді – 0,05; у грунті 22,0 мг/кг.
В 2006 році центрально-заплавна діброва характеризується також
загальмованим типом кругообігу органо-мінеральних речовин (ОПК = 7,2 +
1,9); ступінь гальмування в 2 рази нижчий в порівнянні з ОПК 1975 року, тобто
швидкість розкладання підстилки в 2006 році вища в 2 рази, ніж в 1975 році.
Таблиця 1
Показники біокругообігу речовин
та нікелю в природних лісових біогеоценозах Присамар`я Дніпровського
|
Біогеоценоз, ПП |
Рік дослідження |
Інтенсивність кругообігу органо-мінеральних
речовин |
Вміст Ni, мг/кг |
Показники кругообігу
нікелю |
|||
|
підстилка |
опад |
грунт |
ОПК |
бал |
|||
|
Діброва, 209 |
1975 |
3,6 +0,9 |
0,420 |
0,040 |
34,8 |
6,2 |
5 |
|
Бір, 212 |
1975 |
5,6 +3,3 |
0,170 |
0,050 |
22,0 |
5,9 |
6 |
|
Діброва 209 |
2006 |
7,2 +1,9 |
0,104 |
0,013 |
35,9 |
6,5 |
5 |
|
Бір 212 |
2006 |
9,6+ 2,6 |
0,024 |
0,003 |
9,2 |
6,0 |
5 |
Запаси опаду складають 28,2+4,6
ц/га, запаси підстилки у вегетаційний період – 169,5 – 237,5 мг/кг + 19,8
мг/кг. Потужність 2,5-4,2 + 0,3 см. Запаси зольних елементів в опаді 6,4+1,3
ц/га, у підстилці 51,7-61,1+0,7 ц/га. Фракційний склад підстилки вміщує
59% активної фракції та 41% неактивної;
інтенсивність кругообігу органо-мінеральної речовини дорівнює 7,2+1,9,
тип кругообігу дуже загальмований (бал 5). Опадо-підстилковий коефіцієнт
нікелю дорівнює 6,5 (бал 5).
У суховатому бору біокругообіг органо-мінеральних речовин
дуже загальмований (ОПК = 9,6+2,6; бал 4), мінеральних- також (ОПК =
12,5+3; бал 4).Запаси підстилки 335,4+12,6 ц/га; активна фракція
підстилки складає 60%, неактивна 40%, потужність підстилки варіює в інтервалі:
3,5-5,2 см. Запаси зольних речовин в
опаді – 7,6+0,1; у підстилці (76,1-95,3)+1,9 ц/га. ОПК нікелю
дорівнює 6,0 (бал 5).
Обговорення результатів й висновки
Результати екологічного моніторингу природних лісових
екосистем (заплавна діброва та аренний бір) дозволяють з`ясувати ступінь адаптації лісових екосистем
долино-терасового ландшафту до степових умов та виявити напрямки їх подальшого
розвитку. В роботі наведені результати дослідження природних лісових екосистем
степової зони в 1975 та 2006 роках.
Порівняння запасів опаду лісових біогеоценозів визначених у
різні роки свідчать про їх різке падіння з 1975 до 2006 року.
Інтенсивність кругообігу органо-мінеральних та мінеральних
речоввин в липо-ясеневих дібровах та сухих борах за 30 років збільшилась в 2,2
рази, що пов`язано з підвищенням вікового стану
екосистем, зменшенням в них запасів опаду
та залишків рослинного походження.
Кількість підстилки в природних досліджених біогеоценозах
змінювалась залежно від стану екосистем, віку та погодних умов, від 50 до 360
ц/га (липо-ясенева діброва), з 20 до 340 ц/га (суховатий бір).
Запаси опаду за той же час збільшились з 20 до 130 ц/га
(діброва); з 18 до 30 ц/га (суховатий бір).
Нікель відноситься до групи елементів, що слабко
поглинаються рослинами, інтенсивність його біокругообігу з 1975 року до 2006
року змінилась у незначному ступені.
Моніторингові дослідження необхідно вести з метою
своєчасного виявлення та запобігання катастрофічних змін стану грунтів лісових
біогеоценозів степової зони.
Результати роботи можуть бути використані для розробки
природоохоронних заходів, здійснення контролю за екологічною ситуацією, для
розробки системи показників оцінки впливу екологічно негативних процесів на
грунти та рослини.
Література
1.
Перельман Геохимия ландшафта. – М.:
1975, 348 с.
2.
Ковда В.А. Биогеохимические циклы в природе и их нарушение человеком. –
М.: Наука, 1975. – 72 с
3.
Герасимов И.П. Глазовская М.А. Основы почвоведения и географии почв., М,
1960, 544с.
4.
Алексеенко В.А. Экологическая геохимия. – М.: логос, 2000. – 627 с.
5.
Цветкова Н.Н. Особенности миграции органо-минеральных веществ и
микроэлементов в лесных биогеоценозах степной зоны. – Д.: ДГУ, 1992, 226 с
6.
Якуба М.С. Особенности формирования процессов и трансформации подстилки в
биогеоценозах Присамарья Днепровского. Вісн. Дн. ун-ту. Серія біологія,
екологія – 2002. Т.1. вип.10, с. 56-71
7.
Дубина А.А. К вопросу о формировании
лесной подстилки в естественных лесах Днепропетровской области // Вопросы
степного лесоведения . Д.:ДГУ, 1972, С.103-107.
8.
Травлеев А.П. Вопросы
генезиса и свойств почв лесных биогеоценозов
Присамарья// Вопросы степного лесоведения . – Д. 1972, вып. 2, - С. 8-12.
9.
Бельгард А.Л. Степное
лесоведение. – М.: 1971. – 344 с.
10. Родин Л.Е., Базилевич Н.И. Методические указания к изучению
динамики круговорота в биогеоценозах. – Л.: Наука, 1967, - 148 с
11. Лакин Биометрия. –
12. Зырин Н.Г. , Орлов Д.С.
Физико-химические методы исследования почв. – М.: МГУ, 1964, 348 с.