CC BY
63
ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
7
Экологические проблемы и природопользование
УДК 574.4 : 504.5
Л.Н. Анищенко, Е.А. Сафранкова
НАКОПИТЕЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ЛИШАЙНИКОВ МАЛЫХ ГОРОДОВ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ (ЮЖНОЕ НЕЧЕРНОЗЕМЬЕ РОССИИ) ПО ОТНОШЕНИЮ К ТЯЖЕЛЫМ МЕТАЛЛАМ
Изучены аккумулятивные возможности фоновых видов эпифитной лихенобиоты в малых городах Брянской области по отношению к тяжелым металлам. Установлены ряды накопления тяжелых металлов лишайниками: значительные концентрации определены для железа, марганца, цинка, титана, свинца, стронция. Виды лишайников в различных городах избирательно накапливают тяжелые металлы. Аккумулятивные возможности лишайников по отношению к ТМ - видовой признак, позволяющий рекомендовать лихеноиндикаторы: Xanthoria parietina, Parmelia sulcata, Hypogymnia physodes, Evernia mesomorpha, Physcia hispida. Концентрации биогенных и небиогенных тяжелых металлов превышают фоновые значения для Нечерноземья России. В промышленном г. Дятьково выявлены наибольшие валовые концентрации загрязнителей. Для эпифитных лишайников малых городов установлены ряды накопления тяжелых металлов по валовой концентрации: в г. Жуковка -Fe > Mn > Zn > Ti > Sr > Pb > Cr > Cu > Ni > V > As, г. Дятьково - Fe > Mn > Zn > Pb > Sr > Ti > Cu > Cr > Ni > > V > As, пгт Навля - Fe > Mn > Zn > Sr > Ti > Cr > Pb > Cu >N i> V > As. Картографирование распределения тяжелых металлов позволило зонировать территории городов по степени загрязнения атмосферы, выявить движение загрязнителей от источников поллютантов.
Ключевые слова: тяжелые металлы, лихенофлора, аккумуляция загрязнителей, зонирование, Брянская область.
Мониторинг общего состояния атмосферы урбоэкосистем - важное звено государственного экомониторинга и контроля, осуществляемое химическими, физическими и биоиндикационными методиками. Лихеноиндикация - надежный, быстрый, относительно малозатратный метод диагностики загрязнения атмосферы элементами группы тяжелых металлов (ТМ) ввиду отличных аккумулятивных возможностей лихенофлоры [1]. Для экосистем малых городов Брянской области изучение накопления ТМ и общего состояния атмосферы - приоритетное направление экоаналитических работ.
Цель исследования - проанализировать накопление ТМ в слоевищах эпифитных видов лишайников в малых городах (на примере Брянской области).
Материалы и методы исследований
Лихеноиндикационные исследования осуществлены в малых городах и поселках городского типа: гг. Дятьково, Жуковка, пгт Навля и Суземка. Краткая характеристика исследуемых малых городов и поселков городского типа представлена ниже.
Город Жуковка - административный центр Жуковского района Брянской области. Площадь города 13 км2 [2], население 17,6 тыс. человек. Ведущие предприятия экономики города: «Жуковский велосипедный завод», «Жуковский опытный завод», «Мебельная фабрика».
Пгт Навля - административный центр Навлинского района Брянской области. Площадь города 15,9 км2 [2], население 14,6 тыс. жителей. Экономическая карта Навли представлена в основном предприятиями машиностроительной отрасли производства (автоагрегатный завод, авторемонтный завод, завод «Промсвязь»), а также Навлинский пищекомбинат, деревообрабатывающий завод, развито производство асфальтобетона.
Пгт Суземка - административный центр Суземского района Брянской области. Площадь города 13,7 км2 [2], население 8,9 тыс. человек. Суземка - крупный железнодорожный узел с таможенным терминалом, также там работают завод электронной промышленности «Стрела» (производство трансформаторов, дросселей), мебельная фабрика.
Город Дятьково - административный центр Дятьковского района Брянской области. Площадь города 22 км2 [2], население 28,1 тыс. человек. Ведущие предприятия экономики: ООО «Дятьковский
хрусталь», ОАО « Дятьково-ДОЗ», мебельный концерн «Катюша», АО «Дятьковское проектно-промышленное строительное объединение», развита пищевая промышленность.
В городе эпифитную лихенофлору изучали на следующих видах деревьев (форофитов): Picea abies (L.) Karst., Tilia cordata Mill., Betula pendula Roth, Ulmus glabra Huds., Acer platanoides L., Pinus sylvestris L., Populus pyramidalis Borkh., P. tremula L., P. nigra L., P. balsamifera L., Quercus robur L., Q. rubra L., Aesculus hippocastanum L., Fraxinus excelsior L., F. pennsylvanica Marsh., Salix babylonica L., S. triandra L., Larix Mill., Malus domestica Borkh., Juglans mandshurica Maxim, Sorbus aucuparia L., Alnus glutinosa (L.) Gaerth, Cerasus vulgaris Mill., Pyrus communis L.
Для диагностики накопления TM использовались распространенные виды лишайников: Xanthoria parietina (L.) Belt., Hypogymniaphysodes (L.) Nyl., Parmelia sulcata Taylor, Physcia hispida (Schreb.) Frege. - виды с широкой толерантностью к атмосферному загрязнению и широкой распространенностью в городской среде [3]. Образцы слоевищ эпифитных лишайников собирали с высоты 1,3-1,4 м стволов форофитов в количествах, необходимых для изготовления порошковых проб (1-2 г), помещали в пакеты, доставляли в лабораторию и подвергали общепринятой камеральной обработке для подготовки проб к анализу рентгенофлуоресцентным методом [1; 4]. Tерритория городов была разбита на учетные квадраты: г. Дятьково - на 21, г. Жуковки - на 14, пгт Навли - на 30, пгт. Суземка - на 21. В каждом учетном квадрате отбирались не менее 5 проб биомассы лишайников. Валовое накопление TM определялось в образцах лишайников рентгенофлуоресцентным методом на приборе «Спектроскан Mакс», фирмы Atlon [4]. Полученные валовые концентрации TM для проб эпифитных лишайников в малых урбоэкосистемах сравнивались с фоновыми концентрациями, выявленными для эталонных территорий Неруссо-Деснянского Полесья (табл. 1) [5]. Анализ валового содержания TM проведен для 85 проб эпифитных лишайников малых городов и поселков. Номенклатура лишайников указана по Списку ли-хенофлоры России (2010) [6]. Карты и рисунки построены с применением пакета программ MapInfo 11.0 и STATISTICA 6.0.
Фоновые валовые концентрации ТМ (мг/кг) в слоевищах лишайников [5]
TM Валовые концентрации TM (мг/кг)
Xanthoria parietina Hypogymnia physodes Parmelia sulcata
Sr 56,8±4,1 50,5±4,4 49,3±3,9
Pb 29,0±0,9 22,3±1,3 28,7±2,1
As 1,1±0,2 0,9±0,3 1,2±0,3
Zn 56,5±4,6 58,0±4,5 55,0±4,0
Cu 22,0±2,1 20,8±1,8 20,0±2,1
Ni 14,8±1,1 15,1±1,5 13,5±1,2
Co 0 0 0
Fe 421,0±12,9 490,6±12,5 600,9±13,4
Mn 490,9±12,6 493,5±12,3 498,6±12,0
Cr 9,0±0,7 11,2±1,1 11,9±1,0
V 0 0 0
Ti 0 0 0
Результаты и их обсуждение
В урбоэкосистемах малых городов Брянской области обнаруживаются следующие особенности концентрации и накопления ТМ. В г. Дятьково во всех пробах слоевищ лишайников зарегистрировано превышение фоновых концентраций по свинцу (максимальное - в 10 раз): от 40,0 до 284,0 мг/кг. Во всех образцах эпифитных лишайников выявлено превышение фоновых значений по мышьяку (максимальное - в 2,6 раза: 4,3 мг/кг), по меди (максимальное - в 4,6 раза: 97,0 мг/кг). В девяти пробах зарегистрировано превышение фоновых концентраций по цинку (максимальное - в 7,6 раз: 410,9 мг/кг). В 7 образцах слоевищ выявлена выше фоновой концентрация никеля (наибольшая - в 1,3 раза: 18,9 мг/кг). Превышение фонового значения по марганцу и ванадию не обнаружено ни в одной из проб.
Для г. Жуковки в десяти пробах слоевищ обнаружено превышение фоновых значений по свинцу (максимальное - в 6 раз: 174,8 мг/кг). В семи пробах выявлено выше фоновых концентраций содержание мышьяка (максимальное - в 1,8 раза выше: 5,0 мг/кг), никеля (максимальное - в 1,6 раза:
Накопительные возможности лишайников малых городов.
9
27,2 мг/кг). Во всех пробах обнаружено превышение фоновых значений по цинку (максимальное - в 2,8 раза: 299,0 мг/кг), по меди (максимальное - в 1,7 раза: 35,2 мг/кг). По марганцу и ванадию превышение фоновых концентраций марганца и ванадия не выявлено ни в одной из проб слоевищ лишайников.
В пгт Навля в двенадцати пробах лишайников зарегистрировано превышение фоновых концентраций по свинцу (максимальное - в 1,6 раза: 50,0 мг/кг). В шести пробах обнаружено превышение фоновых значений по мышьяку (максимальное - в 1,7 раза: 4,7 мг/кг). Во всех пробах выявлено превышение фоновых значений по цинку (максимальное - в 7,8 раз: 266 мг/кг). В тринадцати пробах обнаружено выше фоновых концентраций содержание меди (максимальное превышение - в 1,4 раза: 30,8 мг/кг). В семи образцах лишайниковых слоевищ концентрация никеля превышает фоновые значения (максимальная - в 1,3 раза: 19,4 мг/кг). Также выше фоновых концентраций содержание марганца и ванадия не зарегистрировано.
При исследовании в пгт Суземка для шести проб лихенобиоты зарегистрировано превышение фоновых значений по свинцу (максимальное - в 1,8 раза: 45,9 мг/кг). Во всех пробах слоевищ обнаружено превышение фоновых концентраций по цинку (максимальное - в 8,7 раза: 441,0 мг/кг). В восьми образцах выявлена концентрация меди, превышающая фоновое значение (максимальная - в 1,3 раза: 39,5 мг/кг). В семи пробах зарегистрирована высокая концентрация (выше фоновой) никеля (максимальная - в 1,2 раза выше: 18,5 мг/кг). Превышение фоновых концентраций по мышьяку, марганцу и ванадию не обнаружено ни в одной из проб слоевищ лишайников.
Содержание ТМ в слоевищах эпифитной лихенофлоры малых урбоэкосистем ниже для аналогичных загрязнителей, концентрация которых установлена для образцов фоновых лишайников в крупных городах Нечерноземья - Брянске и Орле [7]. Для ТМ небиогенного происхождения (свинца, никеля) обнаружены наибольшие значения концентраций и превышение фоновых значений. Валовое содержание биогенных цинка, меди выше фонового также зарегистрировано для исследованных образцов и обусловлено, вероятно, хорошими накопительными возможностями лихеноиндикаторов, содержанием этих элементов в ферментных системах видов.
Значения валовых концентраций в слоевищах лишайников стронция, кобальта, титана, зарегистрированные для малых урбоэкосистем Брянской области, ниже, чем для аналогичных ТМ на фоновых территориях [5].
Наименьшая валовая концентрация у кобальта, он не обнаружен ни в одной из проб лишайников (ниже предела обнаружения ТМ прибором), наибольшая - железа. Для г. Жуковки наибольшие концентрации зарегистрированы для стронция, цинка, марганца, железа, титана; в г. Дятьково - для стронция, свинца, цинка, железа, меди; в пгт Суземка - для стронция, цинка, марганца, железа; в пгт Навля - для цинка, стронция, титана, железа. Наибольшие валовые концентрации ТМ в пробах лишайников выявлены для свинца, стронция, меди, мышьяка, цинка, никеля в г. Дятьково. Самые значительные валовые концентрации ванадия и титана в слоевищах лишайников определены в г. Жу-ковке, железа - в пгт Суземка (рис. 1).
Рис. 1. Средние значения валовых концентраций ТМ (мг/кг) в слоевищах лишайников малых городов
Брянской области
В г. Дятьково наибольшее валовое содержание свинца для установленных концентраций в малых урбоэкосистемах отмечено в пробе № 1 (проспект Доброславина, район ООО «Дятьковский хрустальный завод»). Важный компонент при производстве хрусталя - окись свинца (РЬО), перемещающаяся в виде аэрозоля на значительные расстояния, обнаружен в исследуемых слоевищах лишайников. Также высокое содержание свинца, по сравнению с другими пробами, отмечено в пробе слоевищ из старого парка, рядом с которым до 2006 г. находились основные производственные площади завода по производству хрусталя. Эпифитные лишайники как аккумулятивные биоиндикаторы выявляют загрязнители, поступившие за весь период их существования как объектов биоиндикации. Помимо свинца, при производстве хрусталя используется мышьяк, цинк, медь, содержание которых также велико в пробах эпифитных лишайников, собранных с территорий, прилегающих к ООО «Дятьков-ский хрустальный завод».
Рис. 2. Изолинии валовой концентрации свинца (мг/кг) в слоевищах эпифитных лишайников: (а) в г. Дятьково (масштаб 1:45 000); (б) в пгт Суземка (масштаб 1:33 000); (в) - в г. Жуковке (масштаб 1:33 000); (г) в пгт Навля (Масштаб 1:33 000)
Накопительные возможности лишайников малых городов... 11
БИОЛОГИЯ. НАУКИ О ЗЕМЛЕ 2014. Вып. 3
Рис. 3. Изолинии валовой концентрации цинка (мг/кг) в слоевищах эпифитных лишайников: (а) - в г. Дятьково (масштаб 1:45 000); (б) - в пгт Суземка (Масштаб 1:33 000); (в) - в г. Жуковке (масштаб 1:33 000); (г) - в пгт Навля (Масштаб 1:33 000)
Самые значительные валовые концентрации ванадия и титана в пробах лихенобиоты выявлены в г. Жуковке, железа - в пгт Суземка.
Наиболее интенсивно накапливают ТМ такие эпифитные виды, как Parmelia sulcata (в г. Дятьково, пгт Суземка), Xanthoria parietina (в пгт Суземка), Evernia prunastri (в пгт Навля), Hypogymnia physodes (в г. Жуковка).
Наибольшей аккумулирующей способностью в г. Дятькове по отношению к железу, стронцию, свинцу, цинку, меди, никелю, марганцу, ванадию обладает Xanthoria parietina, к мышьяку -Hypogymnia physodes и Physcia hispida, к хрому, титану - Parmelia sulcata; в г. Жуковке по отноше-
нию к железу, стронцию, свинцу, цинку, меди, никелю, марганцу, ванадию, мышьяку, хрому, титану обладает Hypogymnia physodes; в пгт Навля по отношению к железу, свинцу, цинку, меди, никелю, титану обладает Parmelia sulcata, к стронцию, ванадию, хрому - Xanthoria parietina, к марганцу, мышьяку - Evernia prunastri; в пгт Суземка по отношению к свинцу, цинку, никелю, хрому обладает Parmelia sulcata, к меди, стронцию, ванадию, титану - Xanthoria parietina, к мышьяку - Hypogymnia tubulosa, к железу, марганцу - Evernia mesomorpha.
Для эпифитных лишайников малых городов установлены следующие ряды накопления ТМ (по валовой концентрации): В г. Жуковке - Fe > Mn >Zn > Ti > Sr > Pb > Cr > Cu > Ni > V > As, в г. Дять-ково - Fe > Mn > Zn > Pb > Sr > Ti > Cu > Cr > Ni > V > As, в пгт Навля - Fe > Mn > Zn > Sr > Ti > Cr > > Pb > Cu > Ni > V > As. Накопление ТМ для малых городов Брянской области соответствуют данным по городам Украины и Дальнего Востока [8].
Изолинии, показывающее валовое содержание ТМ в слоевищах эпифитных лихенобионтов для малых городов и поселков городского типа, позволяют выделить территории, различающиеся по загрязнению атмосферы: низкого и среднего содержания ТМ. В исследованных малых урбоэкосистемах зонирование территории по содержанию некоторых ТМ - свинца и цинка - показано на рис. 2 и 3. В малых городах Брянской области зоны со средним загрязнением среды ТМ сосредоточены в основном около авто- и железнодорожных магистралей ввиду отсутствия крупнейших промышленных предприятий (и, соответственно, источников загрязнения). Также изолинии валовой концентрации ТМ в лишайниковых слоевищах показывают движение воздушных масс от источников загрязнения и границы распределения загрязнителей.
Заключение
Таким образом, высокие валовые концентрации небиогенных ТМ в слоевищах фоновых эпи-фитных лишайников свидетельствуют о существовании источников загрязнения атмосферы в малых городах и поселках Брянской области. Аккумулятивные возможности лишайников по отношению к ТМ - видовой признак, позволяющий рекомендовать лихеноиндикаторы: Xanthoria parietina, Parmelia sulcata, Hypogymnia physodes, Evernia mesomorpha, Physcia hispida. Концентрации биогенных и небиогенных ТМ в образцах слоевищ эпифитных лишайников превышают фоновые значения для Нечерноземья России. Лишайники как аккумулятивные биоиндикаторы перспективны для использования в экоаналитическом контроле качества сред обитания. Картографирование содержания ТМ в лишайниковых слоевищах позволило провести территориальное зонирование городов по общему загрязнению атмосферы. Изолинии валового содержания ТМ в лишайниках выделяют две группы зон общего состояния атмосферы малых городов и поселков, показывают направления движения загрязненного воздуха. Зонирование территории малых урбоэкосистем по содержанию ТМ в лихеноиндикаторах - основа мониторинговых исследований атмосферы и планирования мероприятий по городскому развитию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. М.: Научный Мир, 2002. 336 с.
2. Карты городов России. Брянск. М.: Роскартография, 1997. 20 с.
3. Анищенко Л.Н., Сафранкова Е.А. Лихенофлора малых городов и поселков городского типа Брянской области: биоразнообразие и использование в биоиндикации // Вестн. Оренбург. ун-та. 2013. № 6. 2013. С. 28-32.
4. Методика выполнения измерений массовой доли металлов и оксидов металлов в порошкообразных пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа. М 049-П/04. СПб.: ООО НПО «Спектрон», 2004. 20 с.
5. Анищенко Л.Н., Азарченкова (Сафранкова) Е.А. Фоновый мониторинг сред обитания методом лихеноинди-кации (на примере ООТП Неруссо-Деснянского полесья) // Вестн. Брянск гос. ун-та. Сер. Точные и естественные науки. № 4 (2012). 2012. С. 27-32.
6. Список лихенофлоры России. СПб.: Наука, 2010. 194 с.
7. Сафранкова Е.А. Экоаналитический лихеноиндикационный мониторинг в условиях малых городов (Брянская область) // Проблемы и перспективы развития науки в начале третьего тысячелетия в странах СНГ: материалы XII Междунар. науч.-практ. интернет-конф. Переяслав-Хмельницкий, 2013. С. 29-31.
8. Блюм О.Б., Тютюнник Ю.Г. Исторический аспект регионального мониторинга тяжелых металлов в атмосфере, осуществляемый методом БГХА-индикации // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. Т. 12. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. С. 73-87.
Поступила в редакцию 13.05.14
Накопительные возможности лишайников малых городов.
13
L.N. Anishchenko, E.A. Safrankova
CUMULATIVE CAPABILITIES OF LICHENS IN SMALL TOWNS OF BRYANSK REGION (THE SOUTHERN NON-CHERNOZEM BELT OF RUSSIA) IN RELATION TO HEAVY METALS
Cumulative capabilities of common species of epiphytic lichen biota in small towns of Bryansk region in relation to heavy metals are studied. Series of heavy metals accumulation by lichens are determined: significant concentrations for Fe, Mn, Zn, Pb, Ti, Sr are established. Lichen species in different towns selectively accumulate heavy metals. Accumulative capabilities of lichens in relation to heavy metals - specific feature that allows us to recommend lichenoindication: Xanthoria parietina, Parmelia sulcata, Hypogymnia physodes, Evernia mesomorpha, Physcia hispida. Concentrations of biogenic and abiogenic heavy metals exceed the background values for the Non-Chernozem zone of Russia. In the industrial town Dyatkovo the highest gross concentration of toxicants is detected. Series of heavy metals accumulation in gross concentration were established for epiphytic lichens of small towns: in Zhukovka -Fe > Mn > Zn > Ti > Sr > Pb > Cr > Cu > Ni > V > As, in Dyatkovo - Fe > Mn > Zn > Pb > Sr > Ti > Cu > Cr > Ni > > V > As, in Navlya - Fe > Mn > Zn > Sr > Ti > Cr > Pb > Cu >N i> V > As. Heavy metals mapping helped to zone the territory of towns by the degree of air contamination, and to identify the movement of pollutants from the pollutant sources.
Keywords: heavy metals, lichen flora, accumulation of pollutants, zoning, Bryansk area.
Анищенко Лидия Николаевна,
доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры экологии и рационального природопользования E-mail: Lanishchenko@mail.ru
Сафранкова Екатерина Алексеевна, аспирант кафедры экологии и рационального природопользования E-mail: eco_egf@mail.ru
ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет
им. акад. И.Г. Петровского»
241036, Россия, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14
Anishchenko L.N.,
Doctor of Agriculture, Professor
of Department of ecology and rational nature management E-mail: Lanishchenko@mail.ru
Safrankova E.A., postgraduate student
of Department of ecology and rational nature management
E-mail: eco_egf@mail.ru
Bryansk state university of academician I.G. Petrovsky Berizkay st., 14, Bryansk, Russia, 241036
