ЛИШАЙНИКИ КАК ИНДИКАТОРЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Рубрики: ТЕХНИЧЕСКИЕ И ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ
Авторы:
1.
Тобольская комплексная научная станция Уральского отделения Российской академии наук
Тип:
Статья
Страницы:
с 105
по 108
Статус:
Опубликован
Получено:
10.10.2018
Одобрено:
15.10.2018
Опубликовано:
15.10.2018
Классификаторы:
УДК 581:502
ГРНТИ 20.01 Общие вопросы информатики
ГРНТИ 26.03 Общественно-политическая мысль
ГРНТИ 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
ГРНТИ 44.01 Общие вопросы энергетики
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 62.01 Общие вопросы биотехнологии
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
ГРНТИ 20.01 Общие вопросы информатики
ГРНТИ 26.03 Общественно-политическая мысль
ГРНТИ 43.01 Общие вопросы естественных и точных наук
ГРНТИ 44.01 Общие вопросы энергетики
ГРНТИ 45.01 Общие вопросы электротехники
ГРНТИ 50.01 Общие вопросы автоматики и вычислительной техники
ГРНТИ 62.01 Общие вопросы биотехнологии
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 70.01 Общие вопросы водного хозяйства
ГРНТИ 73.34 Водный транспорт
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr, Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr, тяжёлые металлы, биоиндикация
Аннотация (русский):
Для определения степени антропогенного воздействия были подобраны пять участков с разной интенсивностью техногенной нагрузки. Проведён анализ химического состава лишайников Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr., Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. на фоновом и антропогенных участках. В талломах изучаемых лишайников определены тяжёлые металлы: Cr, Zn, Ni, Cd. На исследуемых участках фиксировали лишайники, произрастающие на стволах Populus tremula L. 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. В лишайниках Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier содержание тяжёлых металлов увеличилось в 1,8-2,6 (Cr), 1,2-2,1 (Zn), 6,7-16,5 (Ni), 1,2-1,7 (Cd) раза. 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. Видовые различия лишайников проявляются в основном разницей интенсивности аккумуляции тяжёлых металлов, соотношение же 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. В накоплении тяжёлых металлов лишайниками первое место занимают местоположение точки отбора относительно источника загрязнения, второе - видовые различия.
Для определения степени антропогенного воздействия были подобраны пять участков с разной интенсивностью техногенной нагрузки. Проведён анализ химического состава лишайников Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr., Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr. на фоновом и антропогенных участках. В талломах изучаемых лишайников определены тяжёлые металлы: Cr, Zn, Ni, Cd. На исследуемых участках фиксировали лишайники, произрастающие на стволах Populus tremula L. 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. В лишайниках Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier содержание тяжёлых металлов увеличилось в 1,8-2,6 (Cr), 1,2-2,1 (Zn), 6,7-16,5 (Ni), 1,2-1,7 (Cd) раза. 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. Видовые различия лишайников проявляются в основном разницей интенсивности аккумуляции тяжёлых металлов, соотношение же 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. В накоплении тяжёлых металлов лишайниками первое место занимают местоположение точки отбора относительно источника загрязнения, второе - видовые различия.
Ключевые слова:
Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr, Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr, тяжёлые металлы, биоиндикация
Lecanora albescens (Hoffm.) Branthet Rostr, Physcia adscendens (Fr.) H. Olivier, Physcia aipolia (Ehrh. ex Humb.) Fürnr, тяжёлые металлы, биоиндикация
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. Кузьменкова Н. В., Кошелева Н. Е., Асадулин Э. Э. Тяжёлые металлы в почвах и лишайниках тундровой и лесотундровой зон (Cеверо-Запад Кольского полуострова) // Почвоведение. 2015. № 2. С. 244-255.
2. Курченко В. П., Багманян И. А., Мямин В. Е., Бородин О. И., Гигиняк Ю. Г. Тяжёлые металлы в кустистых лишайниках как индикатор атмосферного переноса загрязняющих веществ в Антарктиде // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. 2016. Т. 60. № 4. С. 109-113.
3. Балясников И. А., Рудакова Т. А., Анищенко Л. Н. Биоиндикационные основы экоконтроля состояния сред обитания при утилизации химического оружия с применением лихенобиоты // Теоретическая и прикладная экология. 2015. № 3. С. 81-87.
4. Свирко Е. В., Страховенко В. Д. Тяжёлые металлы и радионуклиды в слоевищах лишайников в Новосибирской области, Алтайском крае и республике Алтай // Сибир. эколог. журн. 2006. Т. 13. № 3. С. 385-390.
5. Шмидт В. М. Статистические методы в сравнительной флористике. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. 176 с.
