LICHENS AS INDICATORS OF POLLUTION WITH HEAVY METALS
Rubrics: ENGINEERING AND NATURAL SCIENCES
Authors:
1.
Tobolsk Complex Scientific Station of the Ural Branch of Russian Academy of Sciences
Type:
Article
Pages:
from 105
to 108
Status:
Published
Received:
10.10.2018
Accepted:
15.10.2018
Published:
15.10.2018
Subject area:
UDK 581:502
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
GRNTI 20.01 Общие вопросы информатики
GRNTI 26.03 Общественно-политическая мысль
GRNTI 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
GRNTI 44.01 Общие вопросы энергетики
GRNTI 45.01 Общие вопросы электротехники
GRNTI 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
GRNTI 62.01 Общие вопросы биотехнологии
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
GRNTI 73.34 Водный транспорт
Language:
Russian
Keywords:
Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr, Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr, heavy metals, bioindication
Abstract (English):
To determine the degree of anthropogenic impact, five sites with different intensity of anthropogenic load were selected. The analysis of the chemical composition of lichens Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr., Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. on background and man-made sites. In the thalli of the lichens studied there have been identified the following heavy metals: Cr, Zn, Ni, and Cd. Lichens growing on trunks Populus tremula L were fixed on the studied sites. In the thalloms Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr. in the impact area the amount of heavy metals has increased in1.8-2.3 (Cr), 2.5-4.9 (Zn), 9.7-35.3 (Ni), 2.3-4.5 (Cd) times, compared with background values. In lichens Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier heavy metal content increased in 1.8-2.6 (Cr), 1.2-2.1 (Zn), 6.7-16.5 (Ni), 1.2-1.7 (Cd) times. Concentrations of heavy metals in contaminated sites Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. exceeded the control site in 1.4-2.2 (Cr), 3.3-6.0 (Zn), 3.9-9.9 (Ni), 1.1-1.8 (Cd) times. Species differences of lichens are manifested mainly by the difference in the intensity of accumulation of heavy metals, while the ratio between the elements varies little depending on the species. Analysis of the results allowed to conditionally divide lichens, according to their ability to accumulate heavy metals. Lichens-accumulators are: ( Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr.), lichens-excluders are: ( Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr.). As for accumulating heavy metals by lichens, the most important factors are: 1) the selection point relative to the source of pollution, 2) species differences.
To determine the degree of anthropogenic impact, five sites with different intensity of anthropogenic load were selected. The analysis of the chemical composition of lichens Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr., Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. on background and man-made sites. In the thalli of the lichens studied there have been identified the following heavy metals: Cr, Zn, Ni, and Cd. Lichens growing on trunks Populus tremula L were fixed on the studied sites. In the thalloms Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr. in the impact area the amount of heavy metals has increased in1.8-2.3 (Cr), 2.5-4.9 (Zn), 9.7-35.3 (Ni), 2.3-4.5 (Cd) times, compared with background values. In lichens Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier heavy metal content increased in 1.8-2.6 (Cr), 1.2-2.1 (Zn), 6.7-16.5 (Ni), 1.2-1.7 (Cd) times. Concentrations of heavy metals in contaminated sites Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. exceeded the control site in 1.4-2.2 (Cr), 3.3-6.0 (Zn), 3.9-9.9 (Ni), 1.1-1.8 (Cd) times. Species differences of lichens are manifested mainly by the difference in the intensity of accumulation of heavy metals, while the ratio between the elements varies little depending on the species. Analysis of the results allowed to conditionally divide lichens, according to their ability to accumulate heavy metals. Lichens-accumulators are: ( Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr.), lichens-excluders are: ( Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr.). As for accumulating heavy metals by lichens, the most important factors are: 1) the selection point relative to the source of pollution, 2) species differences.
Keywords:
Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr, Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr, heavy metals, bioindication
Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr, Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr, heavy metals, bioindication
Введение В настоящее время в связи с усилением антропогенной нагрузки важной задачей экологии является разработка методов контроля состояния окружающей среды. В последние годы возрос интерес к лишайникам как биологическим индикаторам качества окружающей среды [1, 2]. Лишайники являются традиционным объектом экологического мониторинга и биоиндикации химического загрязнения. Они чувствительны к целому комплексу загрязняющих веществ. Обладая высокой аккумуляционной способностью, лишайники позволяют обнаруживать присутствие самых малых количеств поллютантов. Концентрации ионов металлов в тканях лишайников в значительной степени зависят от интенсивности выпадения пылевых и аэрозольных частиц. Лишайники активно поглощают металлы из воздуха и воды и пассивно отдают их обратно. Лишайники накапливают металлы в период всей своей жизни и способствуют проникновению их в трофические цепи [3, 4]. Широкое распространение лишайников в Тюменской области, доступность для изучения в течение многих лет делают эти растительные организмы незаменимыми при проведении биомониторинговых исследований. Целью исследования является изучение накопления тяжёлых металлов в лишайниках осиновых лесов юга Тюменской области, наиболее широко распространённых на изучаемой территории. Материалы и методы исследования Для обнаружения антропогенного воздействия были выбраны участки (20 × 20 м2) с разной техногенной нагрузкой. Описание растительности производилось в вегетационные сезоны согласно методическим приёмам и подходам, принятым в фитоценологии и широко используемым при проведении геоботанических исследований [5]. Участок 1 (контрольный). Осинник злаково-хвощево-папоротниковый (N58.27938 E68.40650). Древостой (10Ос) образован средневозрастными деревьями Populus tremula L. с сомкнутостью крон 75 %. На участке присутствуют Betula pendula Roth и Pinus sylvestris L. Подлесок представлен преимущественно Rosa majalis Herrm. и Rubus idaeus L., встречается несколько видов Salix dasyclados Wimm., Salix caprea L., Salix triandra L. и Ribes nigrum L. В хорошо выраженном травяном ярусе лесные виды (Angelica sylvestris L., Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin., Delphinium elatum L., Equisetum pratense Ehrh., Ranunculus repens L. и др.), встречается ряд сорных растений (Amoria repens (L.) C. Presl, Cirsium settosum (Willd.) Bess., Urtica dioica L., местами густые заросли формирует Matteuccia struthiopteris (L.) Tod.). Участок 2. Осинник травяной (N58.28317 E68.41457). В составе древостоя (10Ос) присутствует только Populus tremula L., она же есть в подросте. Сомкнутость не превышает 65 %. Травостой негустой, в нём доминирует Aegopodium podagraria L., Matteuccia struthiopteris (L.) Tod. и Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin. Имеется подлесок Ribes nigrum L., Rosa majalis Herrm., Rubus idaeus L. и Salix caprea L., Salix triandra L. Участок 3. Осинник с примесью березы осочковый (N58.26745 E68.37503). Древостой (8Ос2Б), помимо Populus tremula L. присутствует Betula pendula Roth. Подрост с Abies sibirica Ledeb. и Tilia cordata Mill. Кустарниковый ярус представлен невысокими кустами Rosa majalis Herrm. и Ribes nigrum L. В травяно-кустарничковом ярусе доминирует Carex macroura Meinsh., много Aegopodium podagraria L., также Pleurospermum uralense Hoffm., Stellaria holostea L., Lathyrus vernus (L.) Bernh., Galium boreale L. и др. Участок 4. Смешанный березово-осиновый лес разнотравный (N58.27868 E68.47836). Древостой (5Ос4Б1С), в котором, кроме доминирующей Populus tremula L., на участке встречается Betula pubescens Ehrh. и Pinus sylvestris L. Сомкнутость 60-65 %, хорошо выражен подрост с Alnus incana (L.) Moench. Подлесок редок, представлен Rosa majalis Herrm. Травяно-кустарничковый ярус густой, в нём доминируют Carex macroura Meinsh., Calamagrostis langsdorffii (Link) Trin., много Aegopodium podagraria L., Aconitum septentrionale Koelle, Angelica sylvestris L., Filipendula ulmaria (L.) Maxim., Lathyrus vernus (L.) Bernh., Pulmonaria mollis Wulfen ex Hornem., Sanguisorba officinalis L. и мелкотравья Equisetum pratense Ehrh., Galium boreale L., Stellaria longifolia Muehl. Ex Willd. Участок 5. Осинник березовый (N58.29228 E68.38092). Древостой (9Ос1Б) представлен крупными деревьями Populus tremula L. с небольшим количеством Betula pendula Roth. Сомкнутость составляет 50-55 %. В подросте имеется небольшое количество молодых особей Populus tremula L., подлесок представлен Rosa majalis Herrm. и Sorbus sibirica Hedl. Ярус трав густой, сформирован преимущественно Angelica sylvestris L., Cirsium heterophyllum (L.) Hill, Crepis sibirica L., Filipendula ulmaria (L.) Maxim. и др. На исследуемых участках фиксировали лишайники с указанием субстрата. Отбор проб лишайников проводили в соответствии с [5]. Лишайники отбирали со стволов деревьев Populus tremula L. Количественный химический анализ тяжёлых металлов Cr, Zn, Ni, Cd в образцах проводили методом индуктивно-связанной плазмы на атомно-эмиссионном спектрометре OPTIMA-7000DV фирмы PerkinElmer (США). Результаты и их обсуждение В талломах Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr. на импактной территории по сравнению с фоновыми значениями количество тяжёлых металлов увеличилось в 1,8-2,3 (Cr), 2,5-4,9 (Zn), 9,7-35,3 (Ni), 2,3-4,5 (Cd) раза. Концентрации тяжёлых металлов также возрастают у Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier в 1,8-2,6 (Cr), 1,2-2,1 (Zn), 6,7-16,5 (Ni), 1,2-1,7 (Cd) раза. Разница между фоновыми и импактными концентрациями и вариабельность концентраций металлов у Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr. выше, чем у Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier. Возможно произрастание Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr. в прикомлевом горизонте древесных стволов, где талломы загрязняются частицами почвы, но экранируются от воздушных выпадений травяно-кустарничковым ярусом (таблица). Аккумуляция тяжёлых металлов в талломах лишайников Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr., Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. исследуемых участков, мг/кг сухого вещества, (Х ± mх) Участки Cr Zn Ni Cd Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr. 1 (контрольный) 1,32 ± 0,01 10,84 ± 0,11 0,23 ± 0,03 0,12 ± 0,02 2 2,68 ± 0,01*** 26,84 ± 0,10* 2,23 ± 0,02 * 0,36 ± 0,03*** 3 2,89 ± 0,04** 31,86 ± 0,24** 5,10 ± 0,02** 0,45 ± 0,02* Окончание табл. Аккумуляция тяжёлых металлов в талломах лишайников Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr., Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. исследуемых участков, мг/кг сухого вещества, (Х ± mх) Участки Cr Zn Ni Cd Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier 4 2,99 ± 0,05* 52,66 ± 0,32* 8,12 ± 0,01* 0,54 ± 0,06** 5 2,48 ± 0,02* 36,27 ± 0,25** 4,13 ± 0,01*** 0,27 ± 0,05*** 1 (контрольный) 1,03 ± 0,05 9,08 ± 0,08 0,12 ± 0,03 0,10 ± 0,03 2 2,55 ± 0,04 11,06 ± 0,12* 1,96 ± 0,01*** 0,14 ± 0,02** 3 2,09 ± 0,02** 14,69 ± 0,15* 1,99 ± 0,02* 0,12 ± 0,02** 4 2,69 ± 0,03* 18,23 ± 0,19 0,98 ± 0,01* 0,17 ± 0,03* 5 1,87 ± 0,02 12,96 ± 0,11** 0,81 ± 0,02*** 0,14 ± 0,02* Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. 1 (контрольный) 1,23 ± 0,01 6,35 ± 0,09 0,20 ± 0,02 0,09 ± 0,01*** 2 1,89 ± 0,02*** 21,03 ± 0,12* 1,66 ± 0,02 0,12 ± 0,03** 3 2,06 ± 0,05*** 26,32 ± 0,15* 1,89 ± 0,02* 0,17 ± 0,02* 4 2,66 ± 0,01* 38,01 ± 0,19* 1,99 ± 0,01* 0,10 ± 0,02** 5 1,76 ± 0,03 21,03 ± 0,12* 0,78 ± 0,01* 0,12 ± 0,01** *; **; *** - различия с контролем достоверны на уровне Р < 0,005; 0,01 и 0,001 соответственно. Степень экранирования может быть различной, что создаёт дополнительную мозаичность содержания металлов в лишайниках. Причиной этого являются отличия физических, биологических и физиологических способов адсорбции, удержания и накопления аэрозольных частиц. Концентрации тяжёлых металлов на загрязнённых участках у Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. превышали показатели контрольного участка в 1,4-2,2 (Cr), 3,3-6,0 (Zn), 3,9-9,9 (Ni), 1,1-1,8 (Cd) раза. Различия в аккумулятивной способности у Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr., Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier., Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr., возможно, возникают из-за разных путей поступления токсикантов, которые обусловлены морфологией талломов и условиями произрастания на стволе дерева. Выводы На основании проведённого исследования можно отметить, что в накоплении тяжёлых металлов лишайниками первое место занимают местоположение точки отбора относительно источника загрязнения, второе - видовые различия. Видовые различия лишайников проявляются в основном разницей интенсивности накопления тяжёлых металлов, соотношение между элементами мало изменяется в зависимости от вида. Анализ полученных результатов позволил условно разделить лишайники по способности накапливать тяжёлые металлы: лишайники-аккумуляторы (Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr.) и исключители (Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr.). Результаты данной работы могут быть использованы при оценке степени загрязнения тяжёлыми металлами окружающей среды на юге Тюменской области.
1. Kuz'menkova N. V., Kosheleva N. E., Asadulin E. E. Tyazhelye metally v pochvah i lishaynikah tundrovoy i lesotundrovoy zon (Cevero-Zapad Kol'skogo poluostrova) // Pochvovedenie. 2015. № 2. S. 244-255.
2. Kurchenko V. P., Bagmanyan I. A., Myamin V. E., Borodin O. I., Giginyak Yu. G. Tyazhelye metally v kustistyh lishaynikah kak indikator atmosfernogo perenosa zagryaznyayuschih veschestv v Antarktide // Dokl. Nac. akad. nauk Belarusi. 2016. T. 60. № 4. S. 109-113.
3. Balyasnikov I. A., Rudakova T. A., Anischenko L. N. Bioindikacionnye osnovy ekokontrolya sostoyaniya sred obitaniya pri utilizacii himicheskogo oruzhiya s primeneniem lihenobioty // Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya. 2015. № 3. S. 81-87.
4. Svirko E. V., Strahovenko V. D. Tyazhelye metally i radionuklidy v sloevischah lishaynikov v Novosibirskoy oblasti, Altayskom krae i respublike Altay // Sibir. ekolog. zhurn. 2006. T. 13. № 3. S. 385-390.
5. Shmidt V. M. Statisticheskie metody v sravnitel'noy floristike. L.: Izd-vo Leningr. un-ta, 1980. 176 s.
