CC BY
42
УДК 581.571.151-25
ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ЛИШАЙНИКА НА ШИФЕРЕ КАК БИОИНДИКАТОР ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ АГЛОМЕРАЦИИ Г. ГОРНО-АЛТАЙСКА
Робертус Юрий Владимирович1,
Рихванов Леонид Петрович2,
Ситникова Валентина Александровна3,
Савенко Ксения Сергеевна4,
Большунова Татьяна Сергеевна2,
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, Россия, 656038, г. Барнаул, ул. Молодежная, 1.
2 Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30.
3 Горно-Алтайский государственный университет,
Россия, 649000, Республика Алтай, г. Горно-Алтайск, ул. Ленкина, 1.
4 Алтайский региональный институт экологии,
Россия, 649100, Республика Алтай, с. Майма, ул. Заводская, 54.
Актуальность работы обусловлена необходимостью оценки и мониторинга экологического состояния атмосферного воздуха в районе города Горно-Алтайска - наиболее урбанизированной территории Республики Алтай.
Цель работы: изучение химического состава и особенностей распределения элементов в лишайнике Caloplaca эр. (накипная) на шифере как биоиндикатора специфики и интенсивности антропогенной деятельности в пределах агломерации г. Горно-Алтайска.
Методы исследования: отбор на шиферной кровле строений репрезентативных проб лишайника Caloplaca эр. (накипная) и сопряженных проб шифера-субстрата, определение содержания в них 28 химических элементов методом инструментального нейтронно-активационного анализа, обработка и интерпретация полученных данных методами прикладной статистики. Результаты. Впервые получены данные об уровнях содержания комплекса химических элементов в лишайнике Caloplaca эр. (накипная) на шифере в районе г. Горно-Алтайска. Проведено их сравнение с местным фоном и кларком в биосфере. Установлены тесные связи между элементами ассоциации Аэ, БЬ, Сг, Zn, Вэ, Вг, С, Ее, и, РЗЭ в лишайнике, а также близкий уровень их концентраций и содержания в углях Кузнецкого бассейна. Приведена аргументация в пользу поступления этих элементов в лишайник Caloplaca эр. из атмосферного воздуха. Выявлены области их повышенных концентраций в лишайнике, пространственно совпадающие с очагами высокой пылевой нагрузки на территории агломерации. Сделан вывод о возможности использования элементного состава эпилитного лишайника Caloplaca эр. на шифере для целей биоиндикации специфики и интенсивности антропогенной деятельности, а также в качестве дополнительного показателя при мониторинге состояния приземной атмосферы населенных пунктов агломерации г. Горно-Алтайска.
Ключевые слова:
Горно-Алтайск, атмосферный воздух, лишайники на шифере, элементный состав, особенности распределения, загрязнение, биоиндикатор.
Введение
В Республике Алтай к слабо урбанизированным территориям относится хозяйственно-селитебная агломерация г. Горно-Алтайска и его пригородов, где в условиях расчлененного рельефа на площади 30 км2 проживает 85 тыс. чел. Несмотря на отсутствие крупных и средних промышленных предприятий, компоненты окружающей среды на этой территории подвержены воздействию со стороны угольных котельных (в прошлом до 150 ед.) и автотранспортных средств (более 35 тыс. ед.) [1].
Следует отметить, что в районе г. Горно-Алтайска начиная с 1990-х гг. эпизодически проводились работы по оценке экологического состояния и мониторингу компонентов окружающей среды, в основном атмосферного воздуха и природных вод.
В последние годы, после перевода основных котельных на природный газ, экологическая обстановка в пределах агломерации заметно улучшилась, особенно состояние воздушного бассейна, для которого в зимние периоды были нередки процессы смогообразования. Очаги прошлого загряз-
нения атмосферного воздуха, в разной степени проявленные в почвенном покрове агломерации [2], нуждаются в подтверждении по другим природным средам и объектам, в частности, на примере широко распространенных накипных лишайников на шифере. Известно, что лишайники успешно используются в биоиндикационных исследованиях антропогенного и естественного загрязнения воздуха [3-5].
В литературе так называемые нитрофильные лишайники, обитающие на искусственных «камени-стоподобных» субстратах (бетоне, кирпиче, шифере и пр.) выделяются в отдельную группу эпилитной лихенофлоры [6, 7]. Характерными особенностями этих лишайников являются: долголетие, медленный постоянный рост, аэральное питание, безбарьерное накопление поллютантов [8, 9]. Это делает их чувствительным биоиндикатором широкого спектра загрязнителей атмосферного воздуха населенных пунктов и позволяет на их основе картографировать зоны многолетнего загрязнения, особенно на урбанизированных территориях [10-17].
С учетом того обстоятельства, что более 85 % агломерации г. Горно-Алтайска составляет частный сектор с одноэтажной застройкой и широким применением шифера в качестве кровельного материала, авторами была изучена возможность оценки по элементному составу обитающих на нем эпилитных лишайников уровня и специфики прошлого загрязнения приземной атмосферы этой территории.
В качестве тест-объекта в работе используются эпилитные лишайники Са1ор1аса эр., весьма распространенные и исследуемые в биоиндикации [18-20].
Материалы и методы
Объектом изучения служили шиферные крыши одноэтажных домов и надворных построек в г. Горно-Алтайске и в пригородных селах Майма, Кызыл-Озек, Алферово. Путем опроса уточнялась дата сооружения кровли. В основном опробовалась кровля со временем эксплуатации 40-60 лет. Всего на территории агломерации было взято 28 образцов доминирующего лишайника Са1ор1аса эр., представленного мелкими (0,1-0,5 мм) накипны-
ми агрегатами зеленовато-желтого цвета толщиной до 1-2 мм (рис. 1).
Расстояние между пунктами опробования составляло 1-2 км, то есть примерно 1 проба на 1 км2. Для оценки влияния химического состава шифера на элементный состав покрытого им лишайника в четырех пунктах были взяты их сопряженные пробы.
Для однородности данных выбирались площадки с проективным покрытием кровли около 50 %, которое определяли общепринятым в лихенологии [21, 22 и др.] визуальным способом сеточки-квадрата со стороной 10 см и ортогональными линиями через 1 см.
Отбор проводился в сухую погоду специальным ножом-скребком. Во избежание его контакта с поверхностью шифера края ножа обматывались изолентой, что обеспечивало срез лишайника на высоте более 0,5 мм. Все пробы просматривались под микроскопом и очищались от попавших частичек шифера. Подготовка проб лишайников к анализу заключалась в истирании материала до состояния пудры.
Элементный состав проб изучен методом ИНАА на исследовательском реакторе ИРТ-Т в лаборатории ядерно-геохимических методов Томского политехнического университета (аналитик А.Ф. Су-дыко). По результатам анализа были рассчитаны статистические параметры распределения элементов, их корреляционные связи, коэффициенты (Кс) и кларки (Кк) концентрации относительно местного фона и биосферы соответственно. Кроме того, проведен сравнительный анализ элементного состава субстрата - шифера и изученного лишайника Caloplaca sp.
Результаты и их обсуждение
Предварительно установлено, что в появлении и развитии лишайников на шифере в пределах агломерации г. Горно-Алтайска можно выделить три основные стадии. В первую из них на гребнях волн шиферных листов появляются темные пятна, во вторую на их месте развивается лишайник Calo-placa sp. (накипная), в третью среди его скоплений появляется красновато-оранжевые розетки Xanto-ria sp. (лопастная) (рис. 1).
Рис. 1. Лишайники на шифере: 1 - Caloplaca sp. (накипная); 2 - Xantoria sp. (лопастная) Fig. 1. Lichens on roofing slate: 1 - Caloplaca sp. (scale); 2 - Xantoria sp. (blade)
Таблица 1. Содержание МЭ в лишайнике и в шифере в районе г. Горно-Алтайска, мг/кг
Table 1. Contents of microelements in lichen and slate in the area of Gorno-Altaysk, mg/kg
МЭ ME Лишайник Caloplaca sp. (накипная) Lichen Caloplaca sp. (scale) Кс*,ед Кк**, ед. Шифер (субстрат) Slate (substrate) Х„/Хш, ед.
фон/background max mean V, % max mean V, %
Na 0,1 1,28 0,51 62 5,1 0,3 0,11 0,09 13 5,67
Ca 0,7 2,33 1,28 25 1,8 0,8 19,7 17,0 30 0,08
Cr 30 235,0 78,7 52 2,6 15734 298,6 211,0 31 0,37
Fe 1 2,96 1,83 27 1,8 0,8 2,37 2,28 5 0,80
Co 4 17,2 9,46 28 2,4 4300 16,3 14,5 10 0,65
Zn 80 521,5 169,7 57 2,1 36891 359,1 158,7 85 1,07
As 4 16,4 8,26 33 2,0 27533 42,0 26,5 46 0,31
Br 7 31,0 19,2 32 2,7 7385 2,84 2,50 22 7,68
Rb 10 37,6 23,6 22 2,4 7167 10,6 4,51 87 5,23
Sb 0,2 2,96 1,14 54 5,7 45640 14,5 4,64 143 0,24
Cs 0,5 1,77 1,27 23 2,5 2117 0,81 0,35 92 3,63
Ba 120 492,7 271,7 27 2,3 75472 798,8 538,6 47 0,50
La 5 22,9 12,0 30 2,4 12000 10,9 8,67 17 1,38
Ce 10 71,5 27,0 42 2,7 8993 22,4 18,5 14 1,46
Hf 0,5 6,44 2,24 50 4,5 11200 1,37 1,02 26 2,20
Ta 0,1 0,78 0,41 51 4,1 2050 0,37 0,14 116 2,93
Th 1,5 4,78 3,01 27 2,0 3762 2,50 2,00 30 1,50
U 0,5 2,66 1,38 37 2,8 6900 1,60 1,39 12 1,00
* - содержание относительно местного фона, ** - то же относительно кларка элемента в биосфере [20].
* - content relative to local background, ** - the same with respect to the clark of element in the biosphere [20].
Впервые оцененное среднее содержание микроэлементов (МЭ) в этом лишайнике характеризуется умеренной вариабельностью, небольшим превышением местного фона (в среднем в 2,5 раза) и значительным - на 3-4 порядка - превышением их кларков в биосфере, кроме околокларковых концентраций железа, кальция и натрия (табл. 1).
Среднее содержание основных МЭ (более 10 мг/кг) в лишайнике Caloplaca sp. убывает в ряду: Ba, Zn, Cr, Ce, Rb, Br, La, Nd, а в субстрате-шифере в ряду: Ba, Cr, Zn, As, Ce, Са, Со. При внешнем сходстве этих рядов в них есть и заметные различия, выражающиеся в отношении среднего содержания МЭ в лишайнике и в шифере. Наибольшие, более чем трехкратные, различия между ними проявлены для Са, Sb, As, Cs, Na, Rb, Br.
Анализ элементного состава лишайника Calo-placa sp. в пределах изученных населенных пунктов агломерации показал, что максимальное содержание большинства МЭ проявлено на территории г. Горно-Алтайска и в подчиненном количестве в сопредельном с ним с. Алферово (табл. 2). Так, среднее значение коэффициента превышения местного фона по всем изученным МЭ увеличивается в ряду населенных пунктов: Кызыл-Озек (2,1) - Майма (2,5) - Алферово (3,0) - Горно-Алтайск (3,4).
Подобная ситуация объясняется концентрацией на территории города основных источников антропогенного воздействия на окружающую природную среду (котельных, автотранспорта) и доминирующим в теплые периоды года переносом их выбросов в восточном направлении в сторону с. Алферово [23].
Таблица 2. Параметры распределение МЭ в лишайнике Calo-placa sp., мг/кг
Table 2. Parameters of distribution of microelements in the lichen Caloplaca sp., mg/kg
МЭ ME с. Майма (n=10) Mayma (n=10) г. Горно-Алтайск (n=13) Gorno-Altaisk (n=13) с. Алфёрово (n=2) Alpherovo (n=2) с. Кызыл-Озек (n=3) Kyzyl-Ozek (n=3)
max mean max mean max mean max mean
Na 1,16 0,46 1,28 0,60 0,44 0,43 0,66 0,37
Ca 1,54 1,14 2,33 1,44 1,18 1,09 1,46 1,09
Cr 84,5 55,7 235,0 102,9 64,5 62,8 102,8 62,1
Fe 1,93 1,51 2,96 2,16 2,01 1,94 1,37 1,32
Co 9,56 7,80 17,2 11,4 9,83 9,53 7,07 6,71
Zn 364,5 167,0 521,5 200,1 102,3 101,2 118,1 108,1
As 9,59 6,94 16,4 9,61 7,12 6,35 5,89 5,63
Br 27,3 18,2 31,0 20,0 23,1 21,8 24,0 19,9
Rb 32,6 22,2 37,6 24,8 29,0 27,6 22,2 20,8
Sb 1,47 0,89 2,96 1,57 0,73 0,63 0,84 0,59
Cs 1,61 1,29 1,77 1,22 1,74 1,66 1,57 1,25
Ba 319,1 241,5 492,7 309,8 231,0 209,6 273,4 225,4
Ce 29,2 20,7 71,5 33,3 30,8 30,2 20,9 18,3
Hf 2,51 1,74 6,44 2,74 2,66 2,65 1,55 1,42
Ta 0,52 0,31 0,78 0,50 0,49 0,48 0,47 0,30
Th 3,52 2,51 4,78 3,52 3,48 3,46 2,53 2,26
U 2,03 1,39 2,66 1,41 1,80 1,71 1,24 1,01
Примечание: выделены наибольшие средние концентрации МЭ в ряду населенных пунктов агломерации.
Note: the highest average concentrations of ME in a number of settlements of agglomeration are in bold.
Большинство изученных МЭ в лишайнике Caloplaca sp. имеют между собой тесные (на уровне более 95 %) положительные связи, доля которых как правило превышает 50 % от их общего числа. Наиболее устойчивые связи характерны для ассо-
циации типоморфных элементов As, Sb, Cr, Zn, Ba, Br, Co, Fe, U, РЗЭ. Среднее содержание этой группы МЭ в лишайнике в основном заметно ниже, чем в шифере (кроме цинка, урана, брома и РЗЭ). Исключением является пониженное число связей натрия, хрома, брома, цезия и золота (табл. 3). Так, все связи золота с другими МЭ отрицательные и незначимые, что в свете имеющихся данных не находит объяснения.
Анализ корреляционных связей между МЭ в сопряженных пробах лишайника Caloplaca sp. и в шифере показал, что большая их часть имеет близкий к значимому уровень и отрицательный знак, проявленный как для связей разных МЭ, так и для связи конкретных микроэлементов в лишайнике и в шифере. Доля отрицательных связей между МЭ в таких сопряженных пробах, как правило, превышает 60 % от их общего количества (рис. 2), кроме натрия (23 %) и кальция (42 %) (табл. 3). Эти данные согласуются с представлениями [24], что для лишайников, развивающихся на бедных МЭ субстратах, характерен более высокий уровень их аккумуляции, чем для тех, которые росли на богатых ими субстратах.
Таблица 3. Характер корреляционных связей МЭ в лишайнике Caloplaca sp. и шифере Table 3. Nature of correlations of microelements in the lichen Caloplaca sp. and slate
Ba Zn Cr Rb Br Co As Sb Fe Na Ca Cs Hf Th U РЗЭ
Число положительных корреляционных связей между
МЭ (p>0,05) в лишайнике, %
Number of positive correlations between ME (p>0,05)
in the lichen, %
81 35 19 50 12 73 50 58 80 0 54 23 73 81 50 70
Число отрицательных корреляционных связей между МЭ в лишайнике и в шифере (р>0,05), % Number of negative correlations between ME in lichen and slate (p>0,05), %
69 81 62 88 62 88 69 69 72 23 42 75 61 62 62
80
Между долей значимых корреляционных связей МЭ в лишайнике Са1ор1аса ер. и их долей в сопряженных пробах лишайника и шифера проявлена зависимость, выражающаяся в том, что доля первых из них в целом увеличивается по мере на-
растания числа отрицательных связей МЭ в лишайнике и в шифере. Примечательно, что наименьший уровень связей МЭ в лишайнике характерен для наиболее «летучих» из них - бром, цезий и др. [25] (рис. 2). Доминирующий «противофазный» характер МЭ в лишайнике относительно содержания в шифере-субстрате наглядно виден при сравнении их средних концентраций (рис. 3).
Иными словами, чем выше «антагонизм» МЭ в лишайнике и субстрате, тем выше уровень прямых связей между МЭ в лишайнике. На наш взгляд, это обстоятельство указывает на: 1) почти полное отсутствие поступления МЭ из шифера в лишайник; 2) превалирующее поступление МЭ в лишайник из атмосферного воздуха; 3) тесную связь МЭ, предположительно поступающих в лишайник от их общего источника.
Рис. 2. Зависимость между числом связей МЭ (р>0,05) в лишайнике Caloplaca sp. и частотой обратных связей МЭ в системе лишайник Caloplaca sp. - шифер-субстрат
Fig. 2. Relationship between the number of relationships of microelements (р>0,05) in the lichen Caloplaca sp. and frequency of feedback of microelements in the lichen Caloplaca sp. - slate-substrate system
Сопоставление среднего содержания МЭ в лишайнике Caloplaca sp. и в углях Кузнецкого бассейна [26], которые в основном используются в котельных агломерации, показало их близкий характер (рис. 3). В пользу «угольной» природы загрязнения, фиксируемого лишайником, говорит и тот факт, что убывающий ряд концентраций МЭ, а также их отношений в нем (Th/U, Rb/Cs и др.) почти идентичен ряду их содержания в кузнецком угле. Отдельные отличия в рядах предположи-
Na Са Cr Fe Со Zn As Sb Ba Br Та Th U Rb Cs La Ce Sm Eu Tb Yb Lu Hf
Рис. 3. Средние концентрации МЭ в лишайнике Caloplaca sp., в шифере-субстрате и в кузнецком угле
Fig. 3. Average concentrations of microelements in the lichen Caloplaca sp., in the slate-substrate and in Kuznetsk coal
• 1 02 ^Ъз «4
Рис. 4. Характер распределения МЭ в лишайнике Caloplaca sp. на территории агломерации г. Горно-Алтайска. Пункты опробования: 1 - лишайника, 2 - лишайника и шифера; 3 - области повышенного содержания микроэлементов (мг/кг) в лишайнике; 4 - промышленно-селитебная зона агломерации г. Горно-Алтайска
Fig. 4. Distribution of microelements in the lichen Caloplaca sp. in the agglomeration area of Gorno-Altaysk. The points of sampling: 1 - lichens, 2 - lichen and slate; 3 - region of the high content of microelements (mg/kg) in lichen; 4 - industrial-residential area agglomeration city of Gorno-Altaysk
тельно обусловлены частичным использованием бурых углей Канско-Ачинского бассейна.
На основании изложенного можно предполагать, что основным источником поступления изученных МЭ в лишайник на шифере (главным образом, ассоциации Ав, 8Ь, Сг, Zn, Ва, Вг, Со, Ее, и, РЗЭ) являлись пылеаэрозольные выбросы, а также сажа и недожог угольных котельных в относительно недалеком прошлом (10-50 лет назад).
Установлено, что распределение на территории агломерации МЭ, акумулирующихся в лишайнике Са1ор1аса ер., имеет однотипный характер. Предварительно выявлены две области повышенного содержания МЭ в лишайнике, основная из которых охватывает центральную и восточную части г. Горно-Алтайска, а второстепенная - центр с. Майма (район разъезда). Ореолы отдельных «летучих» МЭ (бром, цезий и др.) локализованы в восточной части агломерации (рис. 4).
Таким образом, полученные данные по элементному составу лишайника Са1ор1аса вр. на шифере позволяют с высокой степенью достоверности зонировать территорию агломерации г. Горно-Алтайска по уровню накопленного (прошлого и текущего) антропогенного воздействия (загрязнения) на приземную атмосферу. В качестве показателя уровня загрязнения атмосферного воздуха авторы использовали величину пылевой нагрузки в прошлый отопительный период 1997 г.
Следует отметить, что в «догазовый период» (до 2008 г.) пылевая нагрузка, создаваемая угольными котельными на территории агломерации, варьировалась в больших пределах - от менее
100 кг/км2-сут на окраинах города и в пригородных селах до более 850 кг/км2-сут в центральной и юго-восточной частях г. Горно-Алтайска.
Охарактеризованные по величине суммарного показателя загрязнения - СПЗ [27], области повышенного содержания типоморфной ассоциации «угольных» МЭ в лишайнике Са1ор1аса вр. пространственно совпадают с очагами повышенной и высокой пылевой нагрузки (рис. 5), что указывает на котельные как основной источник поступления МЭ в атмосферный воздух, а из него в лишайники на шифере.
Особенностью выделенных областей повышенного содержания МЭ в лишайнике Са1ор1аса вр. является их расплывчатый слабоконтрастный характер и отсутствие экстремальных концентраций элементов, что свидетельствует о способности лишайников «дозировано» поглощать МЭ, содержащиеся в аэрозолях и гидрозолях.
Полученные данные совместно с материалами ранее проведенных снегомерных работ позволили сопоставить пространственное распределение основных микроэлементов ^п, Сг, Ав, Се и др.) и их СПЗ в лишайнике Са1ор1аса вр. с уровнем пылевой нагрузки и в конечном итоге со степенью загрязнения снежного и почвенного покрова на территории агломерации г. Горно-Алтайска (табл. 4). С учетом тесной связи этих показателей уровня антропогенного загрязнения компонентов окружающей среды возможно построение номограмм для индикации и предварительной оценки экологического состояния локальных участков в пределах изученной площади.
Рис. 5. Схема угольных котельных (1) и пылевая нагрузка (2) на территории агломерации в 1997 г., распределение СПЗ для МЭ в лишайнике Са!ор!аса эр. (3)
Fig. 5. Scheme of coal-fired boilers (1) and dust load (2) in the agglomeration area in 1997, distribution of the total pollution index for microelements in the lichen Caloplaca sp. (3)
Таблица 4. Уровни пылевой нагрузки, содержания МЭ и СПЗ лишайника Caloplaca sp. на территории агломерации г. Горно-Алтайска
Table 4. Levels of dust loading, content of microelements and total pollution index of the lichen Caloplaca sp. in the agglomeration area of Gorno-Altaysk
Степень загрязнения Pollution level Пылевая нагрузка, кг/км2-сут Dust load, kg/ km2day СПЗ, ед. TPI, units Среднее содержание микроэлементов, мг/кг Average content of microelements, mg / kg
Fe Zn Cr Co As Ce
Низкая/Low <100 <30 <1,4 <120 <50 <7 <6 <20
Повышенная/Elevated 100-250 30-40 1,4-1,7 120-170 50-70 7-9 6-8 20-25
Средняя/Medium 250-450 40-50 1,7-2,0 170-250 70-90 9-11 8-10 25-30
Высокая/High >450 >50 >2,0 >250 >90 >11 >10 >30
Заключение
На основании вышеизложенных данных можно сделать следующие выводы:
1. Элементный состав доминирующего на шифере эпилитного лишайника Са1ор1аса ер. (накипная) в пределах агломерации г. Горно-Алтайска представлен в основном ассоциацией типо-морфных микроэлементов (Ав, 8Ь, Сг, Zn, Ва, Вг, Со, Ее, и, РЗЭ), содержащихся в выбросах котельных, работающих на кузнецком угле.
2. Для этой ассоциации «угольных» МЭ в лишайнике Са1ор1аса вр. характерны ясно выраженные обратные связи с их концентрациями в шифере, свидетельствующие о преобладающем поступлении МЭ в лишайник из атмосферного воздуха.
3. Области повышенных концентраций этой ассоциации МЭ в лишайнике Са1ор1аса вр. пространственно совпадают с прошлыми очагами высокой пылевой нагрузки на территории агломерации г. Горно-Алтайска. Максимальное содержание МЭ в лишайнике проявлено на территории г. Горно-Алтайска и частично на смежной подветренной части с. Алферово.
4. Элементный состав лишайника Са1ор1аса вр. и, вероятно, других эпилитных лишайников на шифере служит надежным биоиндикатором специфики и интенсивности прошлой и частично текущей антропогенной деятельности [28] и может использоваться в качестве дополнительного метода при мониторинге состояния приземной атмосферы населенных пунктов агломерации г. Горно-Алтайска.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ситникова В.А. Обзор антропогенного загрязнения природных сред на территории агломерации г. Горно-Алтайска // Природные ресурсы Горного Алтая. - 2014. - № 1-2. - С. 73-77.
2. Робертус Ю.В. К вопросу формирования антропогенных отрицательных геохимических аномалий // Биогеохимия техноге-неза и современные проблемы геохимической экологии: Матер. IX Межд. биогеохимической школы. - Барнаул: 2015. -Т. I. - С. 197-200.
3. Use of geochemical signatures, including rare earth elements, in mosses and lichens to assess spatial integration and the influence of forest environment / L. Gandois, Y. Agnan, S. Leblond, N. Sej-alon-Delmas, G. Le Roux, A. Probst // Atmospheric Environment. - 2014. - V. 95. - P. 96-104.
4. Василевич М.И., Василевич Р.С. Особенности накопления тяжелых металлов эпифитными лишайниками в таежной зоне фоновых территорий европейского северо-востока России // Экология. - 2018. - № 1. - С. 17-23.
5. Bargagli R. Moss and lichen biomonitoring of atmospheric mercury: a review // Science of the Total Environment. - 2016. -V. 572.- P. 216-231.
6. Малышева Н.В. Лишайники городов европейской России: ав-тореф. дис. ... д-ра наук. - СПб., 2005. - 38 с.
7. Nash T.H. Lichen biology. - Cambridge: Cambridge University Press, 1996. - 303 p.
8. Rossbach M., Lambrecht S. Lichens as Biomonitors: Global, Regional and Local Aspects // Croatica Chemica Acta. - 2006. -V. 79 (1). - Р. 119-124.
9. Markert B., Wünschmann S., Balt^na^ E. Innovative observation of the environment. Bioindicators and biomonitors: definitions, strategies and applications // Journal of Environmental Engineering and Landscape Management. - 2012. - V. 20 (3). -P. 221-239.
10. Conti M.E., Cecchetti G. Biological monitoring: lichens as bioin-dicators of air pollution assessment - a review // Environmental Pollution. - 2001. - V. 114 (3). - P. 471-492.
11. Кузнецова В.Ф. Эпифитные лишайники как индикаторы загрязнения атмосферного воздуха газообразными поллютанта-ми, тяжелыми металлами и радионуклидами: автореф. дис. . канд. наук. - Нижний Новгород, 2004. - 24 с.
12. Richardson D.H.S. Understanding the pollution sensitivity of lichens // Botanical Journal of the Linnean Society. - 1988. -V. 96. - P. 31-43.
13. Большунова Т.С., Рихванов Л.П., Барановская Н.В. Элементный состав лишайников как индикатор загрязнения атмосферы // Экология и промышленность России. - 2014. - № 11. -С. 26-31.
14. Сафранкова Е.А. Комплексная лихеноиндикация общего состояния атмосферы урбоэкосистем: дис. ... канд. наук. -Брянск, 2014. - 204 с.
15. Lichen biomonitoring near Karabash Smelter Town, Ural Mountains, Russia, one of the most polluted areas in the world / O.W. Purvis, P.J. Chimonides, G.C. Jones, I.N. Mikhailova,
B. Spiro, D.J. Weiss, B.J. Williamson // Proc. R. Soc. Lond. B. -2004. - V. 27. - P. 221-226. URL: http://rspb.royalsocietypu-blishing.org (дата обращения 25.10.2017).
16. Lichen monitoring as a potential tool in environmental forensics: case study of the Cu smelter and former mining town of Kara-bash, Russia / O.W. Purvis, B.J. Williamson, B. Spiro, V. Udachin, I.N. Mikhailova, A. Dolgopolova // Environmental and Criminal Geoforensics. - London: Geological Society, London, 2013. - Special Publications. - V. 384. - P. 133-136.
17. Mezhibor A.M., Bolshunova T.S., Rikhvanov L.P. Geochemical features of sphagnum mosses and epiphytic lichens in oil and gas exploitation areas (the case of Western Siberia, Russia). Environmental Earth Sciences: Scientific Journal. - 2016. - V. 17. -Iss. 165. - P. 1260. URL: https://link.springer.com/artic-le/10.1007/s12665-016-6062-y (дата обращения 11.11.2017).
18. Dispersal patterns of meiospores shape population spatial structure of saxicolous lichens / M. Morando, E. Favero-Longo, E. Matteucci, S. Sandrone, L. Appolonia, M. Carrier, J. Nascimbene, R. Piervittori // The Lichenologist. - 2017. - V. 49. - № 4. - P. 397-413.
19. Contribution to the knowledge of genus caloplaca in central European Russia / E. Muchnik, R. Wilk, J. Vondrak, I. Frolov // Polish Botanical Journal. - 2014. - V. 59. - № 2. - P. 263-270.
20. Бязров Л.Г., Пельгунова Л.А. Микрорентгенофлуоресцентная спектрометрия содержания химических элементов на поверхностях вегетативных частей и плодовых органов лихенизиро-ванных грибов семейства Teloschistaceae // Журнал прикладной спектроскопии. - 2015. - Т. 82. - № 6. - С. 923-927.
21. Закутнова В.И. Экобиоморфологический анализ лихенофлоры дельты Волги: Таксономический состав, география, мониторинг городов и заповедных мест: дис. ... д-ра наук. - Астрахань, 2004. - 358 с.
22. Accumulation of inorganic contaminants / R. Bargagli, I. Mikha-ilova, P.L. Nimis, C. Scheidegger, P.A. Wolseley // Monitoring with Lichens. - Kluwer: Academic Publishers, 2002. - P. 65-84.
23. Состояние воздушного бассейна в районе г. Горно-Алтайска / Ю.В. Робертус, Р.В. Любимов, А.В. Кивацкая, Г.А. Шевченко // Проблемы и перспективы социально-экономического развития города: Матер. науч.-практ. конф. - Горно-Алтайск, 2013. - С. 112-115.
24. Бязров Л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. - М.: Научный мир, 2002. - 336 с.
25. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: справочник: в 6 кн. Кн. 1. - М.: Недра, 1994. - 304 с.
26. Редкие элементы в углях Кузнецкого бассейна / С.И. Арбузов, В.В. Ершов, А.А. Поцелуев, Л.П. Рихванов. - Кемерово: Кемеровский полиграфкомбинат, 2000. - 248 с.
27. Сает Ю.Е., Башаркевич И.Л., Ревич Б.А. Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды. - М.: ИМГРЭ, 1982. - 102 с.
28. Bargagli R. Trace Elements in Terrestrial Plants: an Ecophysiolo-gical Approach to Biomonitoring and Biorecovery. - Berlin: Springer, 1998. - 324 p.
Поступила 15.11.2017 г.
Информация об авторах
Робертус Ю.В., кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник Горно-Алтайского филиала Института водных и экологических проблем СО РАН.
Рихванов Л.П., доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов Томского политехнического университета.
Ситникова В.А., аспирант Горно-Алтайского госуниверситета.
Савенко К.С., кандидат географических наук, старший научный сотрудник Алтайского регионального института экологии.
Большунова Т.С., кандидат геолого-минералогических наук, инженер-исследователь кафедры геоэкологии и геохимии Института природных ресурсов Томского политехнического университета.
UDC 581.571.151-25
ELEMENTAL COMPOSITION OF LICHEN ON ROOFING SLATE AS BIOINDICATOR OF AIR POLLUTION IN GORNO-ALTAYSK
Yury V. Robertus1,
Leonid P. Rikhvanov2,
Valentina A. Sitnikova,
Kseniya S. Savenko4,
Tatiana S. Bolshunova,
1 Institute of water and environmental problems SB RAS, 1, Molodezhnaya street, Barnaul, 656038, Russia.
2 National Research Tomsk Polytechnic University, 30, Lenin avenue, Tomsk, 634050, Russia.
3 Gorno-Altaisk State University,
1, Lenkina street, Gorno-Altaisk, 649000, Russia.
4 Altai Regional Institute of Ecology,
54, Zavodskaya street, Mayma, 649100, Russia.
Relevance of the work is caused by the need to assess and monitor the ecological condition of atmospheric air in Gorno-Altaisk as the most urbanized area of the Altai Republic.
The main aim of the study is the research of chemical composition and characteristics of distribution of elements in the lichen Calopla-ca sp. (scale) on the slate as a bioindicator of the specificity and intensity of anthropogenic activities in Gorno-Altaisk. The methods: lichen Caloplaca sp. (scale) and conjugate slate sampling from the roof of buildings, determination of content of 28 chemical elements using instrumental neutron activation analysis, processing and interpretation of the data obtained by the methods of applied statistics.
The results. The authors have obtained the data on the levels of contents of chemical elements in the lichen Caloplaca sp. (scale) on the slate near Gorno-Altaysk and compared them with local background and clarke in the biosphere. Close relationship between the elements of As, Sb, Cr, Zn, Ba, Br, Co, Fe, U association, rare earth elements in lichen, as well as their level of concentration and content in coals of the Kuznetsk basin was determined. The paper introduces the argument in favor of admission of these elements in the lichen Caloplaca sp. from atmospheric air. The authors revealed the scope of their elevated concentrations in lichen, spatially coincident with areas of high dust load within the Metropolitan area. The conclusion is made about the possibility of using the elemental composition of the epilithic lichen Caloplaca sp. on the slate for bioindication of specificity and intensity of anthropogenic activities, as well as an additional indicator for monitoring the condition of surface atmosphere of the settlements within Gorno-Altaisk area.
Key words:
Gorno-Altaisk, air, lichen on slate, elemental composition, peculiarities of distribution, pollution, bioindicator.
REFERENCES
1. Sitnikova V.A. An overview of anthropogenic contamination of the natural environments within the Metropolitan area the city of Gorno-Altaysk. Natural resources of Gorny Altai, 2014, no. 1-2, pp. 73-77. In Rus.
2. Robertus Yu.V. K voprosu formirovaniya antropogennykh otrit-satelnykh geokhimicheskikh anomaliy [About formation of negative anthropogenic geochemical anomalies]. Biogeokhimiya tekhnogeneza i sovremennye problemy geokhimicheskoy ekologii. Materialy IX Mezhdunarodnoy biogeokhimicheskoy shkoly [Bio-geochemistry of technogenic and contemporary problems of geochemical ecology: Materials IX Int. Biogeochemical School]. Barnaul, 2015. Vol. I, pp. 197-200.
3. Gandois L., Agnan Y., Leblond S., Sejalon-Delmas N., Le Roux G., Probst A. Use of geochemical signatures, including rare earth elements, in mosses and lichens to assess spatial integration and the influence of forest environment. Atmospheric Environment, 2014, vol. 95, pp. 96-104.
4. Vasilevich M.I., Vasilevich R.S. The features of accumulation of heavy metals in epiphytic lichens in a taiga zone of background territories of the European northeast of Russia. Ehkologiya, 2018, no. 1, pp. 17-23. In Rus.
5. Bargagli R. Moss and lichen biomonitoring of atmospheric mercury: a review. Science of the Total Environment, 2016, vol. 572, pp. 216-231.
6. Malysheva N.V. Lishayniki gorodov evropeyskoy Rossii. Avtorefe-rat Kand. Diss. [Lichens of the cities of European Russia. Cand. Diss. Abstract]. St-Petersburg, 2005. 38 p
7. Nash T.H. Lichen biology. Cambridge, Cambridge University Press, 1996. 303 p.
8. Rossbach M., Lambrecht S. Lichens as Biomonitors: Global, Regional and Local Aspects. Croatica Chemica Acta., 2006, vol. 79 (1), pp. 119-124. . .
9. Markert B., Wünschmann S., Balt^na^ E. Innovative observation of the environment. Bioindicators and biomonitors: definitions, strategies and applications. Journal of Environmental Engineering and Landscape Management, 2012, vol. 20 (3), pp. 221-239.
10. Conti M.E., Cecchetti G. Biological monitoring: lichens as bioin-dicators of air pollution assessment - a review. Environmental Pollution, 2001, vol. 114 (3), pp. 471-492.
11. Kuznetsova V.F. Epifitnye lishayniki kak indikatory zagryazne-niya atmosfernogo vozdukha gazoobraznymi pollyutantami, ty-azhelymi metallami i radionuklidami. Avtoreferat Kand. Diss. [Epiphytic lichens as indicators of air pollution with gaseous pollutants, heavy metals and radionuclides. Cand. Diss. Abstarct]. Nizhny Novgorod, 2004. 24 p.
12. Richardson D.H.S. Understanding the pollution sensitivity of lichens. Botanical Journal of the Linnean Society, 1988, vol. 96, pp. 31-43.
13. Bolshunova T.S., Rikhvanov L.P., Baranovskaya N.V. Elemental composition of lichens as indicator of atmospheric pollution. Ecology and industry of Russia, 2014, no. 11, pp. 26-31. In Rus.
14. Safrankova E.A. Kompleksnaya likhenoindikatsiya obshchego so-stoyanija atmosfery urboekosistem. Diss. Kand. nauk [Complex lichen-indications of the general condition of the atmosphere of urban ecosystems. Cand. Diss.]. Bryansk, 2014. 204 p.
15. Purvis O.W., Chimonides P.J., Jones G.C., Mikhailova I.N., Spiro B., Weiss D.J., Williamson B.J. Lichen biomonitoring near Karabash Smelter Town, Ural Mountains, Russia, one of the most polluted areas in the world. Proc. R. Soc. Lond. B., 2004, vol. 27, pp. 221-226. Available at: http://rspb.royalsocietypu-blishing.org (accessed 25 October 2017).
16. Purvis O.W., Williamson B.J., Spiro B., Udachin V., Mikhailo-va I.N., Dolgopolova A. Lichen monitoring as a potential tool in environmental forensics: case study of the Cu smelter and former mining town of Karabash, Russia. Environmental and Criminal Geoforensics. London, Geological Society, London, Special Publications, 2013. Vol. 384, pp. 133-136.
17. Mezhibor A.M., Bolshunova T.S., Rikhvanov L.P. Geochemical features of sphagnum mosses and epiphytic lichens in oil and gas exploitation areas (the case of Western Siberia, Russia). Environmental Earth Sciences: Scientific Journal, 2016, vol. 17, Iss. 165, pp. 1260. Available at: https://link.springer.com/artic-le/10.1007/s12665-016-6062-y (accessed 11 November 2017).
18. Morando M., Favero-Longo E., Matteucci E., Sandrone S., Appolonia L., Carrier M., Nascimbene J., Piervittori R. Dispersal patterns of meiospores shape population spatial structure of saxico-lous lichens. TheLichenologist, 2017, vol. 49, no. 4, pp. 397-413.
19. Muchnik E., Wilk R., Vondrak J., Frolov I. Contribution to the knowledge of genus caloplaca in central European Russia. Polish Botanical Journal, 2014, vol. 59, no. 2, pp. 263-270.
20. Biazrov L.G., Pelgunova L.A. Micro-x-ray fluorescence spectrometry of the chemical elements composition on surfaces of vegetative parts and fruit bodies of lichenized fungi family Teloschis-taceae. Journal of Applied Spectroscopy, 2015, vol. 82, no. 6, pp. 923-927. In Rus.
21. Zakutnova V.I. Ekobiomorfologichesky analiz likhenoflory delty Volgi: Taksonomichesky sostav, geografiya, monitoring gorodov i zapovednykh mest. Diss. Kand. nauk [Ecobiomorphological analysis of the lichen flora of the Volga Delta: taxonomic composition, geography, the monitoring of cities and protected areas. Cand. Diss.]. Astrakhan, 2004. 358 p.
22. Bargagli R., Mikhailova I., Nimis P.L., Scheidegger C., Wolse-ley P.A. Accumulation of inorganic contaminants. Monitoring with Lichens. Kluwer, Academic Publishers, 2002. pp. 65-84.
23. Robertus Yu.V., Lyubimov R.V., Kivatskaya A.V., Shevchen-ko G.A. Sostoyanie vozdushnogo basseyna v rayone g. Gorno-Alta-yska [The state of air basin in the city of Gorno-Altaysk]. Problemy i perspektivy sotsialno-ekonomicheskogo razvitiya goroda: materia-ly nauchno-prakticheskoy konferentsii [Problems and prospects of socio-economic development of the city. Proc. of sientific-practical conference]. Gorno-Altaysk, 2013. pp. 112-115.
24. Biazrov L.G. Lishayniki v ekologicheskom monitoringe [Lichens in environmental monitoring]. Moscow, Nauchny mir Publ., 2002. 336 p.
25. Ivanov V.V. Ekologicheskaya geokhimiya elementov: spravochnik [Environmental Geochemistry of elements: handbook]. Moscow, Nedra Publ., 1994. 304 p.
26. Arbuzov S.I., Ershov V.V., Potseluev A.A., Rikhvanov L.P. Red-kie elementy v uglyakh Kuznetskogo basseyna [Rare elements in coals of the Kuznetsk basin]. Kemerovo, Kemerovsky poligraf-kombinat, 2000. 248 p.
27. Saet Yu.E., Basharkevich I.L., Revich B.A. Metodicheskie reko-mendatsii po geokhimicheskoy otsenke istochnikov zagryazneniya okruzhayushchey sredy [Methodic recommendations for geoche-mical assessment of pollution sources of the environment]. Moscow, IMGRE Publ., 1982. 102 p.
28. Bargagli R. Trace Elements in Terrestrial Plants: an Ecophysiolo-gical Approach to Biomonitoring and Biorecovery. Berlin, Springer, 1998. 324 p.
Received: 15 November 2017.
Information about the authors
Yuriy V. Robertus, Cand. Sc., leading researcher, Gorno-Altai branch of the Institute for Water and Environmental Problems SB RAS.
Leonid P. Richvanov, Dr. Sc., professor, National Research Tomsk Polytechnic University. Valentina A. Sitnikova, postgraduate student, Gorno-Altai State University. Ksenia S. Savenko, Cand. Sc., senior researcher, Altai Regional Institute of Ecology. Tatiana S. Bolshunova, Cand. Sc., researcher, National Research Tomsk Polytechnic University.
