Аттестационная работа (ВАР/ВКР) на тему Экологическая гидрохимия

Содержание:

Введение 2
1. Теоретические аспекты изучения растительности и эколого-гидрологических процессов в первозданных болотах в Западной Сибири 4
1.1 Эколого — географическая характеристика изучаемых территорий 4
1.2 Описания хода эксперимента 6
1.3 Обработка полученных данных 8
1.4 Гидрология и гидрохимия 9
1.5 Взаимосвязь между гидрологией, химией и растительностью 15
2. Фоновые концентрации веществ в речных водах таежной зоны Западной Сибири 18
Заключение 26
Список использованных источников 27

Введение:

Изучение болот выявляет тесные связи между топографией, гидрологией, гидрохимией и растительностью. В целом, различия в топографическом и гидрологическом положении болот приводят к возникновению различных типов болотных вод, особенно с точки зрения содержания питательных веществ и кальция, а также кислотности. Это в свою очередь во многом определяет флористический состав и разнообразие растительности болота.
Болота в речных долинах имеют четко выраженные зоны растительности, как параллельные, так и перпендикулярные к оси реки, которые, как было показано, отражают различные соотношения в запасах грунтовых вод, поверхностных (речных) вод и осадков. Как и в умеренных зонах Европы и Европейской России, Северной Америки и Восточной Азии (Китай, Япония), эти болота в значительной степени были осушены для сельского хозяйства, и лишь немногие исследования касались взаимосвязи между потоком воды, химией воды и растительностью в первозданных болотах долины реки.
В подтаежной зоне Западной Сибири до сих пор преобладают обширные комплексы в основном ненарушенных болот.
Решение целого ряда фундаментальных и прикладных проблем геоэкологии и геохимии предполагает определение «фоновых» концентраций растворенных и взвешенных веществ в речных водах. В частности, без соответствующих сведений невозможны объективное выявление природных и антропогенных геохимических аномалий, оценка фактического и допустимого воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и прогноз изменения состояния ее компонентов.
Под фоновым предлагается понимать условно равновесное состояние водного объекта, сформировавшееся под влиянием природных и антропогенных факторов за предшествующий статистически однородный период. В качестве количественной оценки гидрохимического фона целесообразно использовать среднее геометрическое.
Цель данной работы: изучение гидрохимических показателей вод различных водоемов находящихся на территории Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Рассмотреть теоретические аспекты изучения растительности и эколого-гидрологических процессов в первозданных болотах в Западной Сибири
2. Разобрать и проанализировать фоновые концентрации веществ в речных водах таежной зоны Западной Сибири
Объект исследования: болота в долине реки Оби и реки Западной Сибири
Предмет исследования: растительность и эколого-гидрологические процессы, протекающие в болоте в долине реки Оби, а также речные воды таежной зоны Западной Сибири

Текст работы:

Оценены взаимосвязи между характеристиками растительности и эколого-гидрологическими процессами в первозданном болоте в долине реки Обь (Западная Сибирь). Вдоль разреза от уступа террасы до реки были собраны полевые данные о составе растительности, стратиграфии торфа, химии торфа, гидрологии и гидрохимии. По флористическому составу выделено восемь растительных сообществ. Измерения гидравлического напора были использованы для получения индикации направления движения грунтовых вод. Водный баланс болота был рассчитан с помощью двумерной стационарной численной модели подземных вод. Типы вод были определены на основе кластерного анализа гидрохимических данных. Результаты показали, что доминирующим гидрологическим фактором в болоте Обь является сброс подземных вод, который обеспечивает примерно в три раза больше воды, чем чистые осадки. Хотя поток стока уменьшается с увеличением расстояния от уступа террасы, на большей части исследуемого участка наблюдались высокие уровни воды и подземный болотный состав воды. Осадки и речная вода играют лишь незначительную роль. Несмотря на разбавление сбросных грунтовых вод дождевой водой, пространственные различия в pH и растворимых концентрациях поверхностных болотных вод невелики и не отражаются на составе растительности.
Химический состав речных вод рассматриваемого региона формируется в таких природных условиях, что уже на уровне фоновых концентраций наблюдается практически повсеместное превышение установленных нормативов качества вод по целому ряду веществ, а воды очень часто соответствуют категориям поли- и гиперсапробных. На этом фоне, безусловно, проявляются и антропогенные воздействия, но их роль в формировании уровня содержаний рассмотренных веществ в речных водах региона в целом не является определяющей.

Заключение:

Изучение болот выявляет тесные связи между топографией, гидрологией, гидрохимией и растительностью. В целом, различия в топографическом и гидрологическом положении болот приводят к возникновению различных типов болотных вод, особенно с точки зрения содержания питательных веществ и кальция, а также кислотности. Это в свою очередь во многом определяет флористический состав и разнообразие растительности болота.
Болота в речных долинах имеют четко выраженные зоны растительности, как параллельные, так и перпендикулярные к оси реки, которые, как было показано, отражают различные соотношения в запасах грунтовых вод, поверхностных (речных) вод и осадков. Как и в умеренных зонах Европы и Европейской России, Северной Америки и Восточной Азии (Китай, Япония), эти болота в значительной степени были осушены для сельского хозяйства, и лишь немногие исследования касались взаимосвязи между потоком воды, химией воды и растительностью в первозданных болотах долины реки.
В подтаежной зоне Западной Сибири до сих пор преобладают обширные комплексы в основном ненарушенных болот.
Решение целого ряда фундаментальных и прикладных проблем геоэкологии и геохимии предполагает определение «фоновых» концентраций растворенных и взвешенных веществ в речных водах. В частности, без соответствующих сведений невозможны объективное выявление природных и антропогенных геохимических аномалий, оценка фактического и допустимого воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду и прогноз изменения состояния ее компонентов.
Под фоновым предлагается понимать условно равновесное состояние водного объекта, сформировавшееся под влиянием природных и антропогенных факторов за предшествующий статистически однородный период. В качестве количественной оценки гидрохимического фона целесообразно использовать среднее геометрическое.
Цель данной работы: изучение гидрохимических показателей вод различных водоемов находящихся на территории Западной Сибири.
Для достижения поставленной цели необходимо решить ряд задач:
1. Рассмотреть теоретические аспекты изучения растительности и эколого-гидрологических процессов в первозданных болотах в Западной Сибири
2. Разобрать и проанализировать фоновые концентрации веществ в речных водах таежной зоны Западной Сибири
Объект исследования: болота в долине реки Оби и реки Западной Сибири
Предмет исследования: растительность и эколого-гидрологические процессы, протекающие в болоте в долине реки Оби, а также речные воды таежной зоны Западной Сибири

Список литературы:

1. Теоретические аспекты изучения растительности и эколого-гидрологических процессов в первозданных болотах в Западной Сибири
1.1 Эколого — географическая характеристика изучаемых территорий

Западно-Сибирская равнина является крупнейшим торфяным регионом мира, с болотами, занимающими более 10000000 км2. Равнина расположена между Уральскими горами на Западе, рекой Енисей на востоке и алтайскими горами на юге. Юго-восточная часть Западно-Сибирской равнины состоит из аллювиальной равнины, которая слегка понижается в северо-западном направлении. Палеозойская порода была покрыта слоями суглинка, ила и глины толщиной до 250 м во время мезозоя и кайнозоя. Этот район никогда не был оледенен в течение четвертичного периода, но был вскрыт речной эрозией, когда река Обь ступенчато врезалась в аллювиальную поверхность. Общая ширина долины Оби достигает 30-60 км и включает в себя четыре-пять речных террас [2].
Климат района континентальный, с холодной зимой (средняя температура января: -19,6°С) и теплым летом (средняя температура июля: 18,0°С). Среднегодовое количество осадков составляет 415 мм, 70% из которых выпадает в безморозный период (май-сентябрь). Средний снежный покров составляет 60 см в течение 180 дней; вечная мерзлота не встречается.
Исследуемый участок (56 ° 30 ‘ 84 ° 01’E; Рисунок 1) расположен примерно в 10 км к югу от Мельниково, в 50 км к западу от Томска и в 250 км к северу от Новосибирска, в пойме реки Обь. Накопление грязи началось в луговых озерах с 9000 до 8000 б. д.; освоение болота началось с 7000 б. д. Текущая поверхность болота, которая граничит с крутым террасовым уступом к западу, спускается вниз по ширине примерно на 3 км от подножия уступа (ок. 95,0 м н. у. м.) до берега реки Саргатка (ок. 91.5 m a. s. l.). Река Саргатка является Левобережным притоком реки Обь, протекающим между исследуемым участком и дамбами реки Обь и сбрасывающим избыточные болотные воды (Рисунок 2). Вдоль крутого склона образовались весенние курганы. Западная часть исследуемого участка содержит открытую Болотную растительность с редким ростом кустарников и деревьев. В центральной части торфяные гряды разной длины и с редким древесным покровом из Pinus sylvestris, Betula pubescens и Picea obovata расположены параллельно реке Обь. Болото покрыто лесом в окрестностях реки Обь. В больших частях болота растительный и корневой слой почти плавает на водном слое с небольшим количеством мертвого органического вещества. Переход между этим водянистым верхним слоем и более глубоким, более плотным торфом не может быть четко определен везде. Нагорья характеризуются мозаикой Betula pendula-Populus tremula леса и сельскохозяйственные поля или пастбища, которые в значительной степени заброшены после распада колхозов. В более ранние времена паводки с Оби изредка достигали уступа террасы, по рассказам местных жителей. С 1969 года водохранилище Новосибирской ГЭС, расположенное в 300 км выше по течению от исследуемого участка, предотвратило затопление участка [4].

Рисунок 1. Расположение исследуемого участка и места отбора проб

1.2 Описания хода эксперимента

Для детального изучения связей между растительностью, гидрологией и гидрохимией был выбран трансект длиной 3,2 км от уступа террасы до дамбы притока Саргатка, пересекая основные вариации в типах растительности. Вдоль разреза измеряли высоту поверхности с помощью прибора для измерения уровня воды. Для определения стратиграфии торфа нами было выполнено 23 кернирования с использованием камерного торфяного бура (диаметр: 4,5 см; длина: 50 см) с шагом 200 м (максимум).
Используя модифицированную шкалу Брауна-бланке, в июле 2002 года было зарегистрировано 105 вегетационных релевантов, которые были расположены в радиусе 25 м от центров точек отбора проб (обозначены на Рисунке 1 как 0-9). Номенклатура видов покрытосеменных соответствует исследованиям Ротмалера (2002) и Красноборова (2000) (Salix rosmarinifolia); видовой состав мхов соответствовал исследованиям Frahm и Frey (1992). Для оценки фактического производства биомассы была заготовлена надземная культура сосудистых растений в пик вегетационного периода (4-12 июля) в местах отбора проб 0-5. Поскольку репрезентативные пробы биомассы не могли быть получены с участков, имеющих значительный древесный покров, пробы лесной части болота не отбирались (места отбора проб 6-9). Для каждой пробы биомассы были выбраны три отдельных участка площадью 0,16 м2 каждая из них была расположена в радиусе 10 м от центров пунктов отбора проб. После удаления мертвых частей надземный сосудистый растительный материал хранили в полиэтиленовых пакетах, сушили в течение 48 ч при 70°С и взвешивали сразу после сушки. Деструкцию кьельдаля проводили на высушенном и гомогенизированном растительном материале с целью определения содержания азота (N) (с помощью автоанализатора, АА), фосфора (Р) и калия (К) (с помощью метода индуктивно связанной плазмы, ICP) [6].
Образцы торфа отбирали с растительных площадок на глубине 10-15 см ниже поверхности торфа и хранили в полиэтиленовых пакетах при температуре