Роль макрофитов Р. Урал в процессах самоочищения водотока от полихлорированных бифенилов Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

УДК 574.635

Соловых Г.Н., Винокурова Н.В., Голинская Л.В.

Оренбургский государственный медицинский университет Е-mail: gal.nik.solovix@mail.ru

РОЛЬ МАКРОФИТОВ Р. УРАЛ В ПРОЦЕССАХ САМООЧИЩЕНИЯ ВОДОТОКА ОТ ПОЛИХЛОРИРОВАННЫХ БИФЕНИЛОВ

Макрофиты служат накопителями полихлорированных бифенилов (ПХБ), поступающими в водные экосистемы. Не выявлено четкой корреляционной связи между содержанием изучаемых загрязнителей в воде, донных отложениях и макрофитах, но показаны межвидовые различия в накоплении ПХБ в макрофитах. Анализ коэффициента поглощения ПХБ у макрофитов выявил четкие различия в процессах накопления данных поллютантов у разных видов.

Установлены наиболее активные накопители токсикантов Ceratophyllium demersum (Кб-2967,74), Lemna minor (Кб-2933,33), Hydrocharis morsus-ranae (Кб-1225,81). Группой специфических концентраторов пХб можно считать не укореняющиеся макрофиты, которые могут выступать в качестве основного объекта при проведении диагностического мониторинга современного экологического состояния реки Урал. Вероятно, удаление данной растительности из водной среды можно использовать для активации процессов самоочищения и снижения вторичного загрязнения ПХБ.

Показано, что в период вегетации происходит перераспределение поступающих в водоём полихлорбефинилов между компонентами экосистемы: снижение их содержания в воде и донных отложениях к осени, но увеличение в макрофитах, что способствует временному выведению ПХБ из экотопа, т. д. осуществляются процессы миграции ПХБ в экосистеме водоёма по цепи «вода - макрофиты - донные отложения». Выявление подобного факта определило практические рекомендации: для снижения загрязнения водоемов ПХБ необходимо проводить выкашивание (удаление) зарослей макрофитов из водоемов, что предотвратит возвращение загрязнителей в экосистемы в процессе их отмирания.

Ключевые слова: полихлорированные бифенилы, макрофиты, аккумуляция.

Введение

Высшие водные растения благодаря своим морфологическим и экологическим особенностям могут служить биологическим фильтром для поступающих в водоем взвешенных и слаборастворимых органических и неорганических поллютантов [5].

При изучении негативных последствий загрязнения водных экосистем полихлориро-ванные бифенилы (ПХБ) большое значение приобретают исследования взаимосвязи между накоплением и распределением данных поллю-тантов в компонентах водных экосистем, в том числе и в высших водных растениях.

Последние представляют собой удобный объект для наблюдения, так как они не мигрируют, концентрируют токсиканты в значительных количествах, живут на мелководьях.

Однако анализ имеющихся в литературе сведений показывает, что исследования, которые формируют базу мониторинга с использованием макрофитов, находятся в стадии накопления информации.

Не изученным остается данный вопрос и для р. Урал.

Все вышеизложенное и определило цель и задачи нашего исследования.

Цель данного исследования

Изучить возможности биоаккумуляции полихлорированных бифенилов макрофитами разных экологических групп и оценить уровень их накопления в растениях.

Материал и методы исследования

Полевые ботанические исследования проводились в период максимального развития растительности - в июне - августе.

Идентификация макрофитов осуществлялась до вида.

Определение растений производилось по определителю [2], [3], [6].

При описании фитоценозов использовалась стандартные методики [1], [4].

Суммарное содержание ПХБ в исследуемых образцах макрофитов, воде и донных отложениях определяли хроматографическим методом на хроматографе «Хромос ГХ-1000» на базе испытательной лаборатории Федерального государственного учреждения Государственный центр агрохимической службы «Оренбургский».

Для оценки содержание ПХБ в макрофитах проводились расчеты коэффициентов биологического поглощения (Кб).

Результаты исследования

и их обсуждение

Полученные результаты не выявили прямой корреляционной связи между содержанием ПХБ в воде и донных отложениях (ДО) и их содержанием в макрофитах, однако установлены межвидовые различия в накоплении ПХБ в макрофитах: более высокий Кб был отмечен в июне 2009 г. (от 11,38 до 1225), а в июне 2011 г. этот показатель колебался от 6,1 до 27,58.

В 2011 г. анализ накопления ПХБ в макрофитах был проведен в два сезона исследования и выявлено увеличение содержания ПХБ от лета к осени. В сентябре 2011 г. произошло значительное возрастание коэффициента поглощения поллютантов во всех макрофитах, так если в июне его значения колебались от 3,72 до 27,58, то в сентябре он составил 13,98—31,58, а превышение на отдельных станциях достигало 1,4; 4,26; 7,7 раза. Анализ коэффициента поглощения ПХБ у макрофитов выявил четкие различия в процессах накопления данных пол-лютантов у разных видов. Наиболее высокий Кб был отмечен для СвгМорИуНит ёете^ит - 1225, а также для Potamogeton crispиs - 78,65 и Турка angиstifolia - 89,89, а низким аккумулирующим эффектом обладали Sagittaria sagittifolia и БиШтш итЪе1Шш, о чем свидетельствуют более низкие коэффициенты биологического поглощения - 11,38 и 12,08 соответственно. Полученные данные позволяют сделать вывод об избирательной способности макрофитов к аккумуляции ПХБ.

Сравнение содержания ПХБ в воде, до и накопления поллютантов в макрофитах показали, что за период вегетации происходит перераспределение ПХБ между компонентами водной экосистемы: их содержание снижается в среде (в воде и донных осадках), но увеличивается в макрофитах, в которых происходит накопление данных поллютантов, и это способствует их выведению из водной среды и ведет к биологическому самоочищению воды природных водных экосистем от данных загрязнителей в этот период.

Рассчитанные коэффициенты биологического поглощения ПХБ макрофитами, собранными в реке Урал в районе Оренбурга и на территории Оренбургской области в 2013 г. показали, что разные виды макрофитного сообщества в биоценозах реки Урал обладали различной способностью аккумулировать данные поллютанты. Так, среди всех исследуемых представителей растительного сообщества, Ceratophyllum demersum обладает наилучшей способностью к накоплению ПХБ, т. к. коэффициент биологического поглощения варьировал от 984,62 на ст. «Железнодорожный мост» до 2967,74 на ст. «с. Ущелье, выше г. Новотро-ицка», а в среднем на исследуемых станциях, где было обнаружено данное растение, коэффициент составлял 1695,32. Несколько ниже Кб был зарегистрирован для Lemna minor (от 2096,77 на ст. «п. Новоказачий, выше г. Ор-ска» до 2933,33 на ст. «Турбаза «Прогресс», Оренбургский район») или в среднем по стан-

80,00 70,00 * 60,00

^ 50,00 £ 40<00

% 30'00

m 20<00 10,00

0,00

^ у

у ^ ^

•<S* Qe> хр"

^ ^ ^ J-

г&> Л Xi

' У У У У У У У

У У У г У У

ХО

У

^ у

* ^ Я5»

cST хО-

>Л

#

Название макрофитов

Рисунок 1. Средние значения коэффициентов биологического поглощения 11ХБ укореняющимися макрофитами (2013 г.)

VII Всероссийская научно-практическая конференция

циям - 2440,14. Также высокой способностью поглощать ПХБ отличался и вид Hydrocharis morsus-ranae, для которого Кб колебался от 677,42 (ст. «п. Новоказачий, выше г. Орска») до 1225,81 (ст. «с. Ущелье, выше г. Новотроиц-ка») или в среднем 1023,3. Все эти виды растений относятся к не укореняющимся гидрофитам и извлекают ПХБ только из водной толщи.

Среди укореняющихся макрофитов (рис. 1) наибольшая способность поглощать ПХБ характерна для Potamogeton natans со средним Кб 75,55 и для Scirpus lacustris с Кб, равным 71,31. Наименьшая способность накапливать ПХБ отмечена у Nuphar lutea со средним значением Кб 31,07 и у Sparganium erectum с Кб 33,52.

Ряд накопления ПХБ для выявленных макрофитов по среднему значению Кб выстраивается следующим образом: Ceratophyllum demersum >Lemna minor > Hydrocharis morsus-ranae > Potamogeton natans > Scirpus lacustris > Potamogeton perfoliatus > Potamageton crispus > Zannichellia palustris > Typha angustifolia > Buto-mus umbellatus > Myriophyllum spicatum > Potamogeton lucens > Sagittaria sagittifolia > Najas marina> Sparganium erectum > Nuphar lutea.

Полученные данные показали, что Ceratophyllum demersum, характеризующийся исключительным доминированием на 8 исследуемых станциях, обладал наибольшей способностью аккумулировать ПХБ. Укореняющиеся макрофиты извлекают ПХБ как из донных отложений, так и воды. Замечено, что не укореняющиеся растения (Ceratophyllum demersum, Lemna minor) накапливают большие количества ПХБ, нежели укореняющиеся. По-видимому, это связано с их физиологическими и морфологическими особенностями, которые обеспечивают высокие сорбционные свойства стеблей и листьев, задерживающие и поглощающие токсиканты из воды, а также способностью мигрировать на значительные расстояния и аккумулировать загрязнители на большей площади водной экосистемы.

Таким образом, не укореняющиеся макрофиты можно считать группой специфических концентраторов ПХБ, и она нами выделена в качестве основного объекта при проведении диагностического мониторинга современного экологического состояния реки Урал. Вероятно, удаление данной растительности из водной среды можно использовать для активации процессов самоочищения и снижения вторичного загрязнения ПХБ.

Полученные данные подтверждают предположение о том, что доступность ПХБ из донных осадков и воды для растений зависит от их биологических особенностей, которые определяют процесс регулирования их содержания в различных видах растений, даже при одинаковом количестве поллютантов в исследуемых водном объекте.

Выводы

1. Макрофиты благодаря своим морфологическим и экологическим особенностям служат накопителями ПХБ, поступающих в водные экосистемы.

2. Не выявлено четкой корреляционной связи между содержанием ПХБ в воде, до и макрофитах, но установлены межвидовые различия в накоплении ПХБ в макрофитах.

3. Установлено, что за период вегетации происходит перераспределение ПХБ между компонентами водной экосистемы: их содержание снижается в воде и донных отложениях, но увеличивается в макрофитах, что способствует выведению поллютантов из экотопа, способствуя процессу биологической очистки водной экосистемы от токсикантов.

4. Выявление подобного факта определило практические рекомендации: для снижения загрязнения водоемов ПХБ необходимо проводить выкашивание (удаление) зарослей макро-фитов из водоемов, что предотвратит возвращение загрязнителей в экосистемы в процессе их отмирания.

4.09.2015

Список литературы:

1. Белавская А.П. Высшая водная растительность // Методика изучения биогеоценозов пресных водоемов. - М.: Наука, 1975. С.117-132.

2. Губанов И.А., Киселёва К.В., Новиков B.C., Тихомиров В.Н. Иллюстрированный определитель растений Средней России. Том 1. Папоротники, хвощи, плауны, голосеменные, покрытосеменные (однодольные). - М: Т-во научных изданий КМК, Ин-т технологических исследований, 2002. - 526 с.

3. Губанов И.А., Киселёва К.В., Новиков B.C., Тихомиров В.Н. Иллюстрированный определитель растений Средней России. Том 2: Покрытосеменные (двудольные: раздельнолепестные). - М: Т-во научных изданий КМК, Ин-т технологических исследований, 2003. - 665 с.

4. Катанская В. М. Высшая водная растительность континентальных водоемов СССР / В.М. Катанская // Л.: Наука, 1981. -187 с.

5. Король В.М. Реагирование водных растений на химическое загрязнение воды: автореф. дисс. канд. биол. наук: 03.00.18, Москва, 1985. - 19 с.

6. Лисицына Л.И., Папченков В.Г., Артеменко В.И. Флора водоемов волжского бассейна. Определитель сосудистых растений. Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2009. - 219 с.

Сведения об авторах: Соловых Галина Николаевна, заведующая кафедрой биологии Оренбургского государственного медицинского университета, доктор биологических наук, профессор г. Оренбург, пр. Парковый, 7, тел.: 8(3532) 77-58-78, e-mail: bio_orgma@mail.ru

Винокурова Наталья Викторовна, старший преподаватель кафедры биологической химии Оренбургского государственного медицинского университета г. Оренбург, пр. Парковый, 7, тел.: 8(3532) 77-48-67, e-mail: nschustova@mail.ru

Голинская Людмила Владимировна, доцент кафедры биологической химии Оренбургского государственного медицинского университета, кандидат биологических наук г. Оренбург, пр. Парковый, 7, тел.: 8(3532) 77-48-67, e-mail: gol.lv@mail.ru