CC BY
28
- ОТРАСЛЕВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ ЗАСУШЛИВЫХ ЗЕМЕЛЬ ——==
УДК 574.5:550.4(470.46)
МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ МАКРОФИТОВ ПРЕСНОВОДНОЙ ЧАСТИ УСТЬЕВОЙ ОБЛАСТИ ВОЛГИ
© 2020 г. А.В. Савенко*, В.Ф. Бреховских**, О.С. Покровский***
*'Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Россия, 119991, г. Москва, Ленинские горы, МГУ, Геологический факультет E-mail: Alla_Savenko@rambler. ru **Институт водных проблем РАН Россия, 119333, г. Москва, ул. Губкина, д. 3. E-mail: vadim@aqua.laser.ru ***Национальный исследовательский Томский государственный университет Россия, 634050, г. Томск, просп. Ленина, д. 36. E-mail: Oleg.Pokrovski@get.omp.Eu
Поступила в редакцию 13.06.2019. После доработки 01.12.2019. Принята к публикации 20.12.2019
Определены концентрации макрокомпонентов (Na, K, Mg, Ca, P) и микроэлементов (Rb, Cs, Be, Sr, Ba, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Ag, Sn, Sb, Al, Ga), а также редкоземельных элементов (Ti, Zr, Hf, Th, U, Nb, Ta, B, V, Cr, Ge, As, Mo, W) в 12 видах макрофитов, отобранных в пресноводной части устьевой области Волги. Установлены тесные корреляционные связи средневидовых содержаний: а) большинства изученных микроэлементов, подтверждающие обнаруженное ранее для тяжелых металлов и хрома явление группового концентрирования; б) магния, кальция и микроэлементов, способных к их изоморфному замещению; в) типично биогенных элементов - калия и фосфора. Выявлено закономерное возрастание концентраций микроэлементов и в меньшей степени магния и кальция в ряду «гелофиты ^ крупнолистные гидрофиты ^ разнолистные гидрофиты ^ мелколистные, в том числе полностью погруженные в воду гидрофиты», который соответствует увеличению эффективной площади поверхности растений, находящейся в водной среде.
Ключевые слова: макрофиты, микроэлементы, макрокомпоненты, групповое концентрирование, межвидовые различия, устьевая область Волги. DOI: 10.24411/1993-3916-2020-10107
Благодаря снижению скоростей течения и аккумуляции богатых минеральными и органическими веществами взвешенных наносов в устьевых областях многих рек происходит интенсивное развитие высших водных растений (макрофитов), которые могут образовывать заросли, занимающие более половины водного сечения. В местах развития макрофитов резко усиливается биогеохимическая трансформация речного стока, важная роль в которой принадлежит явлениям биологического концентрирования растворенных форм химических элементов. Сведения о химическом составе пресноводных гидробионтов немногочисленны, что препятствует получению достаточно надежных количественных оценок их роли в трансформации речного стока. Особенно мало данных о содержании микроэлементов. Дополнительные сложности создает большое видовое разнообразие макрофитов, обладающих различной способностью извлекать химические элементы из водной среды. В связи с этим нами была выполнена настоящая работа, целью которой являлось расширение базы данных по макро- и микроэлементному составу гидробионтов, а также выявление его межвидовых различий и корреляционных связей между химическими элементами.
Материалы и методы исследований
Образцы макрофитов были отобраны в пресноводной части устьевой области Волги в период максимального накопления фитомассы (в августе 2009 г.). Изученные образцы включали 12 видов: а) гелофиты (тростник обыкновенный Phragmites australis (Cav.) Trin. ex Steud., сусак зонтичный Butomus umbellatus L., ежеголовник прямой Sparganium erectum L.); б) гидрофиты (лотос орехоносный Nelumbo caspica (DC.) Fisch., кубышка желтая Nuphar lutea (L.) Smith., кувшинка белая
Nymphaea alba L., нимфейник щитолистный Nymphoides peltata (S.G. Gmel.) Kuntze, водяной орех плавающий Trapa natans L. s.l., рдест (плавающий, пронзеннолистный, блестящий) Potamogeton spp. (incl. P. natans L., P. perfoliatus L., P. lucens L.), наяда малая Caulinia minor (All.) Coss. (Najas minor All.), роголистник темно-зеленый Ceratophyllum demersum L., сальвиния плавающая Salvinia natans (L.) All.). Экологические группы растений даны в соответствии с классификацией В.Г. Папченкова (2001), номенклатура - согласно работе С.К. Черепанова (1995).
Водные растения собирали с использованием виниловых перчаток, после чего образцы тщательно промывали дистиллированной водой и помещали в осмотические пакеты фирмы Osmofilm для высушивания до воздушно-сухого состояния и защиты от загрязнения. Перед разложением высушенные растения растирали в агатовой ступке и доводили до постоянной массы при температуре 105°С в течение 5 ч. Подготовку образцов к анализу проводили методом кислотного разложения смесью азотной, плавиковой и хлорной кислот в стаканах из фторопласта. Элементный состав определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на приборе Agilent 7500ce с добавлением внутреннего стандарта In + Re. Предел обнаружения в анализируемом растворе находился на уровне 1 мг/л для макрокомпонентов и 1 нг/л для микроэлементов. Погрешность измерений составила ±5%.
Для анализа межвидовых различий использовали среднегеометрические концентрации, которые при логнормальном распределении микроэлементов в растениях (Bowen, 1966, 1979) более репрезентативны по сравнению со среднеарифметическими значениями.
Результаты и их обсуждение
Средние концентрации макро- и микроэлементов в различных видах макрофитов, диапазоны их изменчивости и данные об осредненном химическом составе растительного сообщества пресноводной части устьевой области Волги приведены в таблице 1. Сопоставление средневидовых концентраций с имеющимися литературными данными по тяжелым металлам и хрому представлено в таблице 2.
Таблица 1. Концентрации макрокомпонентов и микроэлементов в различных видах макрофитов пресноводной части устьевой области Волги в пересчете на сухой вес (в числителе приведены среднегеометрические значения, в знаменателе - диапазоны измеренных концентраций; п - число проб).
Элемент Тростник (n=4) Сусак (n=3) Ежеголовник (n=4) Лотос (n=6) Кубышка (n=3) Кувшинка (n=2) Нимфейник (n=3) Водяной орех (n=5) Рдест (и=10) Наяда (n=3) Роголистник (n=6) Сальвиния (n=5) Среднее для сообщества
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Главные компоненты, %
Na 0.048 0.034-0.067 0.204 0.094-0.462 0.244 0.124-0.607 0.225 0.017-1.40 0.281 0.264-0.291 2.20 1.75-2.78 1.06 0.766-1.42 0.399 0.284-0.491 0.408 0.208-0.690 1.64 1.31-1.94 0.755 0.564-0.922 0.974 0.878-1.06 0.450 0.048-2.20
K 2.17 1.34-2.79 3.68 3.36-4.04 3.59 3.00-4.55 1.86 0.740-3.36 2.28 2.03-2.68 2.67 2.21-3.22 2.87 2.24-3.58 1.26 1.04-1.49 1.09 0.477-1.74 5.24 4.39-6.24 3.10 2.22-3.60 3.56 2.89-4.27 2.54 1.09-5.24
Mg 0.088 0.068-0.102 0.314 0.304-0.325 0.244 0.223-0.275 0.216 0.096-0.527 0.161 0.156-0.170 0.311 0.308-0.315 0.270 0.228-0.355 0.457 0.332-0.590 0.455 0.320-0.942 0.559 0.550-0.602 0.986 0.834-1.14 0.643 0.426-1.10 0.326 0.088-0.986
Ca 0.065 0.053-0.086 0.568 0.440-0.696 0.458 0.319-0.672 0.416 0.148-0.784 0.552 0.501-0.662 0.771 0.586-1.01 0.350 0.290-0.500 0.946 0.683-1.28 1.51 1.10-2.17 1.46 1.41-1.57 2.11 1.40-5.25 1.65 0.920-2.75 0.667 0.065-2.11
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Главные компоненты, %
P 0.213 0.163-0.244 0.497 0.392-0.582 0.564 0.498-0.656 0.245 0.127-0.745 0.257 0.233-0.290 0.405 0.354-0.463 0.372 0.298-0.461 0.190 0.171-0.208 0.232 0.135-0.338 0.571 0.496-0.648 0.601 0.422-0.920 0.447 0.347-0.505 0.354 0.190-0.601
Редкие щелочные и щелочноземельные элементы, мкг/г
Rb ЧО 1 00 СО "О 48 3.9-5.3 48 3.8-6.9 14.7 3.0-41.9 10.9 10.6-11.2 92 5.0-17.1 3.9 3.2-4.7 6.0 4.8-7.0 45 1.7-9.2 7.7 5.2-15.8 11.4 6.4-26.7 20.9 10.6-49.9 7.7 3.9-20.9
Cs 0.007 0.004-0.024 0.039 0.019-0.059 0.007 0.002-0.029 0.043 0.024-0.074 0.072 0.056-0.12 0.017 0.008-0.038 0.12 0.091-0.17 0.15 0.12-0.19 0.13 0.023-0.44 0.12 0.057-0.40 0.35 0.13-1.00 0.85 0.41-2.25 0.067 0.007-0.85
Be 0.005 0.004-0.009 0.007 0.004-0.012 0.008 0.004-0.017 0.006 0.003-0.009 0.018 0.011-0.039 0.017 0.014-0.020 0.042 0.032-0.057 0.059 0.044-0.085 0.035 0.004-0.13 0.059 0.017-0.20 0.18 0.082-0.45 0.35 0.18-0.95 0.027 0.005-0.35
Sr 17.3 10.5-31.3 73.3 60.7-84.6 67.5 47.8-92.8 57.5 25.5-144 31.5 26.2-40.9 66.0 60.7-71.7 79.4 70.1-99.4 166 121-210 243 180-369 247 236-268 312 212-569 207 141-295 94.7 17.3-312
Ба 6.4 4.0-8.5 79 5.6-12.3 67 4.5-8.3 62 3.6-10.3 28.6 25.4-31.1 3. о 1 о< сК| г-- .8 17.5 11.6-30.1 23.8 15.5-32.7 52.9 34.2-85.5 57.7 31.6-103 93.6 77.4-138 94.5 47.8-202 20.7 6.2-94.5
Тяжелые металлы, мкг/г
Мп 65.8 46.2-79.0 165 112-327 309 163-236 214 195-236 179 155-222 214 195-236 147 86.9-341 185 85.3-417 286 111-834 0 СП 396-2120 3140 1180-5990 0 СП 598-2490 316 65.8-3140
Ее 58.1 32.8-181 135 98.7-234 96.6 50.4-273 147 59.9-301 420 298-823 197 107-365 923 706-1390 0 г-гч 983-1790 942 171-3740 0 625-6910 4750 1520-12900 11100 5450-27500 550 58.1-11100
Со 0.037 0.014-0.091 0.15 0.085-0.22 0.11 0.051-0.25 0.20 0.12-0.34 0.35 0.25-0.64 0.25 0.19-0.34 0.71 0.60-0.99 15 1.0-1.7 0.86 0.15-2.2 12 0.65-2.3 3.9 1.8-6.3 46 2.5-10.7 0.49 0.037-4.6
№ 0.60 0.52-0.76 0.56 0.43-0.66 0.51 0.27-0.67 29 0.76-9.1 11 0.81-1.8 и 0.86-3.2 22 1.4-3.4 28 2.3-3.9 43 1.9-11.3 5.0 2.4-13.9 21.9 11.7-36.1 16.8 8.8-39.5 24 0.51-21.9
Си 20 1.3-2.9 3.8 2.2-6.4 37 2.6-5.2 67 1.8-20.8 3.0 2.4-3.5 3.0 2.3-4.0 3.4 2.1-4.7 3.6 3.1-4.6 48 1.7-15.0 41 2.5-6.7 8.0 5.7-12.5 14.8 10.2-22.2 44 2.0-14.8
Zn 90 6.6-11.2 12.3 7.7-15.5 87 5.9-12.6 21.9 6.3-93.9 12.0 9.1-14.3 11.8 8.6-16.1 11.6 8.1-16.6 91 8.6-9.6 13.6 5.9-21.8 15.9 9.1-23.0 16.2 9.3-26.8 36.8 24.4-55.2 13.6 8.7-36.8
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Тяжелые металлы, мкг/г
Pb 0.25 0.16-0.38 0.36 0.19-0.59 0.11 0.04-0.20 0.10 0.03-0.42 0.32 0.26-0.44 0.15 0.08-0.27 0.46 0.33-0.60 0.53 0.41-0.77 0.62 0.17-1.7 0.76 0.36-2.0 16 0.77-3.4 3.3 1.8-7.1 0.42 0.10-3.3
Cd 0.0008 0.004-0.028 0.12 0.085-0.16 0.021 0.015-0.035 0.066 0.021-0.25 0.046 0.032-0.067 0.042 0.031-0.057 660 0 0.077-0.14 0.081 0.054-0.10 0.14 0.038-0.50 0.11 0.075-0.13 0.30 0.18-0.45 0.75 0.41-0.99 0.080 0.008-0.75
Ag 0.002 0.001-0.007 0.005 0.002-0.008 0.003 0.001-0.006 0.003 0.002-0.004 0.007 0.006-0.009 0.004 0.003-0.006 0.008 0.006-0.011 0.008 0.006-0.012 0.013 0.004-0.032 0.024 0.012-0.073 0.031 0.019-0.059 0.075 0.030-0.12 0.008 0.002-0.075
Sn 0.024 0.016-0.047 0.043 0.019-0.087 0.024 0.008-0.072 0.026 0.020-0.036 0.036 0.028-0.054 0.025 0.019-0.034 0.058 0.043-0.081 0.062 0.051-0.080 0.070 0.025-0.18 0.073 0.042-0.21 0.16 0.069-0.38 0.43 0.19-0.87 0.055 0.024-0.43
Sb 0.004 0.003-0.013 0.029 0.019-0.059 0.008 0.006-0.013 0.008 0.002-0.023 0.018 0.015-0.024 0.024 0.012-0.049 0.021 0.017-0.028 0.023 0.016-0.034 0.039 0.021-0.093 0.066 0.035-0.11 0.078 0.059-0.14 0.17 0.11-0.31 0.025 0.004-0.17
Элементы-гидролизаты, мкг/г
Al 40.0 21.8-108 166 106-308 86.8 40.2-190 150 40.6-389 514 303-1190 200 82.6-482 0 СП 994-1990 0 гч г- 1340-2360 0 о гч 194-4990 0 о о\ 868-8480 0 «ч 5 2070-16000 13500 5560-3530С 625 40.0-13500
Ga 0.014 0.009-0.044 0.047 0.031-0.084 0.029 0.023-0.046 0.058 0.023-0.12 0.15 0.10-0.33 0.052 0.025-0.10 0.35 0.28-0.48 0.47 0.37-0.65 0.38 0.067-1.5 0.40 0.17-1.7 12 0.50-3.2 28 1.4-7.2 0.17 0.014-2.8
ТС 40 2.4-8.9 15.1 10.6-25.2 97 7.2-13.2 11.0 4.7-26.4 34.9 22.1-77.9 15.0 7.2-31.2 86.3 64.8-125 109 84.0-169 68.8 12.3-245 144 58.2-882 405 124-1210 962 480-2520 47.2 4.0-962
Zr 0.13 0.090-0.23 0.28 0.19-0.46 0.18 0.12-0.24 0.20 0.06-0.48 0.76 0.48-1.8 0.31 0.14-0.68 20 1.4-3.1 28 2.1-4.2 21 0.29-8.9 39 1.2-36.3 3. ч £ .2 19.2 8.3-54.2 11 0.13-19.2
Hf 0.019 0.013-0.027 0.014 0.008-0.026 0.008 0.002-0.029 0.013 0.005-0.023 0.027 0.017-0.066 0.010 0.005-0.019 0.056 0.046-0.085 0.084 0.067-0.12 0.074 0.011-0.26 0.10 0.032-0.82 0.20 0.071-0.57 0.47 0.23-1.2 0.041 0.008-0.47
Th 0.009 0.005-0.022 0.018 0.009-0.056 0.009 0.003-0.023 0.016 0.002-0.049 0.074 0.044-0.18 0.021 0.009-0.048 0.17 0.13-0.25 0.23 0.18-0.31 0.17 0.024-0.63 0.18 0.080-0.93 0.55 0.21-1.5 13 0.63-3.6 0.076 0.009-1.3
U 0.005 0.002-0.018 0.021 0.013-0.028 0.008 0.006-0.021 0.009 0.001-0.032 0.066 0.056-0.076 0.058 0.050-0.068 0.12 0.090-0.17 0.31 0.19-0.45 0.42 0.28-0.56 0.33 0.25-0.45 0.49 0.29-0.70 0.76 0.54-1.2 0.078 0.005-0.76
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Элементы-гидролизаты, мкг/г
№ 0.053 0.035-0.083 0.034 0.019-0.099 0.031 0.011-0.082 0.038 0.008-0.064 0.10 0.061-0.22 0.064 0.044-0.094 0.22 0.17-0.33 0.31 0.25-0.42 0.24 0.038-0.73 0.36 0.15-2.0 0.84 0.32-2.3 19 0.91-5.2 0.15 0.031-1.9
Ta 0.019 0.006-0.034 0.008 0.005-0.017 0.013 0.007-0.022 0.005 0.003-0.011 0.015 0.008-0.030 0.041 0.036-0.046 0.018 0.015-0.023 0.032 0.028-0.039 0.029 0.009-0.066 0.18 0.082-0.77 0.20 0.080-0.45 0.42 0.19-1.2 0.033 0.005-0.42
Редкоземельные элементы, мкг/г
La 0.015 0.010-0.036 0.049 0.042-0.059 0.033 0.024-0.048 0.044 0.007-0.15 0.27 0.17-0.62 0.11 0.060-0.19 0.58 0.48-0.82 0.82 0.61-1.2 0.63 0.10-2.3 0.78 0.35-3.6 2.1 0.85-5.3 50 2.3-14.9 0.26 0.015-5.0
Ce 0.027 0.016-0.076 660 0 0.079-0.13 0.061 0.041-0.093 0.088 0.012-0.33 0.53 0.34-1.2 0.20 0.11-0.37 12 0.95-1.6 16 1.2-2.4 13 0.19-4.9 17 0.67-9.9 44 1.7-13.8 10.8 4.8-30.2 0.51 0.027-10.8
Pr 0.003 0.002-0.009 0.011 0.008-0.014 0.007 0.003-0.012 0.011 0.002-0.039 0.063 0.040-0.14 0.019 0.009-0.040 0.13 0.11-0.19 0.19 0.14-0.28 0.14 0.022-0.55 0.17 0.070-0.94 0.49 0.20-1.3 11 0.54-2.9 0.056 0.003-1.1
Nd 0.013 0.008-0.039 0.040 0.032-0.054 0.031 0.018-0.050 0.038 0.006-0.14 0.23 0.15-0.52 0.093 0.046-0.19 0.48 0.37-0.74 0.70 0.52-1.0 0.54 0.10-2.1 0.77 0.33-3.6 23 0.96-6.1 52 2.6-13.7 0.23 0.013-5.2
Sm 0.003 0.002-0.008 0.008 0.007-0.010 0.007 0.004-0.011 0.009 0.001-0.028 0.047 0.030-0.11 0.022 0.012-0.039 0.10 0.072-0.15 0.14 0.10-0.21 0.11 0.019-0.41 0.16 0.068-0.73 0.47 0.19-1.2 11 0.54-2.8 0.049 0.003-1.1
Eu 0.001 <0.001-0.002 0.002 0.002-0.003 0.001 0.001-0.002 0.003 0.001-0.007 0.014 0.010-0.027 0.004 0.003-0.006 0.023 0.018-0.034 0.032 0.024-0.047 0.031 0.008-0.096 0.036 0.015-0.17 0.093 0.042-0.24 0.20 0.10-0.51 0.012 0.001-0.20
Gd 0.002 0.001-0.008 0.009 0.007-0.010 0.006 0.003-0.011 0.009 0.002-0.031 0.046 0.030-0.10 0.021 0.012-0.038 0.10 0.082-0.15 0.14 0.11-0.21 0.11 0.018-0.40 0.15 0.067-0.67 0.47 0.19-1.2 11 0.54-2.7 0.048 0.002-1.1
Dy 0.002 0.001-0.005 0.007 0.006-0.009 0.005 0.003-0.007 0.007 0.001-0.023 0.039 0.027-0.083 0.015 0.009-0.025 0.080 0.063-0.12 0.12 0.091-0.18 0.088 0.014-0.31 0.11 0.044-0.56 0.32 0.13-0.82 0.75 0.39-1.8 0.037 0.002-0.75
Ho 0.001 <0.001-0.001 0.001 0.001-0.002 0.001 <0.001-0.002 0.002 <0.001-0.005 0.008 0.006-0.018 0.003 0.002-0.005 0.015 0.012-0.022 0.021 0.016-0.034 0.017 0.002-0.060 0.022 П'0-600'0 0.063 0.026-0.16 0.15 0.081-0.35 0.008 0.001-0.15
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Редкоземельные элементы, мкг/г
Er 0.002 0.001-0.003 0.004 0.003-0.004 0.002 0.001-0.004 0.004 0.001-0.012 0.023 0.015-0.051 0.009 0.005-0.015 0.042 0.032-0.064 0.066 0.049-0.098 0.056 0.009-0.48 0.063 0.025-0.33 0.18 0.073-0.46 0.45 0.25-1.0 0.022 0.002-0.45
<0.001 <0.001-0.001 0.001 -0.001 0.001 <0.001-0.001 0.001 <0.001-0.002 0.004 0.003-0.007 0.001 0.001-0.002 0.007 0.005-0.010 0.009 0.007-0.013 0.007 0.001-0.025 0.010 0.004-0.049 0.026 0.010-0.067 0.065 0.036-0.15 0.004 <0.001-0.065
Yb 0.002 0.001-0.003 0.004 -0.004 0.003 0.001-0.004 0.004 0.001-0.013 0.021 0.014-0.045 0.009 0.005-0.017 0.044 0.032-0.065 0.062 0.047-0.096 0.046 0.007-0.17 0.068 0.029-0.31 0.20 0.076-0.52 0.52 0.29-1.2 0.022 0.002-0.52
Lu 0.001 <0.001-0.001 0.001 -0.001 0.001 -0.001 0.001 <0.001-0.002 0.004 0.003-0.008 0.001 0.001-0.002 0.007 0.005-0.010 0.009 0.006-0.014 0.007 0.001-0.025 0.009 0.004-0.049 0.026 0.010-0.068 0.066 0.037-0.15 0.004 0.001-0.066
Анионогенные элементы, мкг/г
B 37 2.9-4.3 26.8 18.6-36.9 15.5 11.5-24.3 16.9 9.2-25.1 14.1 13.5-15.4 23.9 23.0-24.8 21.1 20.0-22.9 14.4 10.5-16.9 19.4 16.6-26.4 22.4 19.4-25.4 25.6 21.4-29.1 29.3 20.6-53.9 17.6 3.7-29.3
V 0.085 0.044-0.21 0.25 0.22-0.29 0.15 0.085-0.24 0.18 0.018-0.83 12 0.79-2.3 0.82 0.76-1.1 26 1.8-4.0 40 2.9-5.6 3.8 1.3-10.9 42 1.8-15.6 12.1 5.1-30.7 29.3 14.8-70.1 13 0.085-29.3
^ 0.19 0.14-0.24 0.34 0.32-0.37 0.26 0.17-0.34 0.36 0.10-0.72 10 0.71-1.9 0.50 0.24-1.1 21 1.5-3.4 29 2.2-4.1 23 0.43-8.6 3.6 1.5-16.5 95 3.6-25.6 21.9 10.5-56.3 13 0.19-21.9
Ge 0.003 0.001-0.005 0.007 0.006-0.011 0.004 0.003-0.006 0.007 0.003-0.012 0.019 0.013-0.037 0.002 0.002-0.003 0.038 0.031-0.053 0.054 0.043-0.080 0.053 0.019-0.14 0.044 0.021-0.14 0.091 0.043-0.28 0.13 0.043-0.29 0.018 0.002-0.13
As 0.19 0.14-0.26 0.22 0.11-0.53 0.11 0.050-0.21 0.075 0.038-0.17 0.28 0.22-0.39 0.45 0.36-0.56 0.33 0.24-0.53 0.50 0.31-0.80 0.83 0.45-1.5 11 0.72-1.9 23 1.7-3.4 23 1.1-4.7 0.42 0.075-2.3
Mo 0.22 0.12-0.39 0.30 0.21-0.43 0.22 0.10-0.56 0.10 0.044-0.22 0.065 0.063-0.067 0.10 0.082-0.13 0.15 0.094-0.19 0.10 0.071-0.13 0.50 0.32-1.3 0.52 0.41-0.71 0.30 0.17-0.69 0.35 024-0.45 0.20 0.065-0.52
W 0.024 0.013-0.040 0.021 0.012-0.043 0.015 0.005-0.040 0.024 0.006-0.096 0.054 0.040-0.077 0.017 0.011-0.026 0.032 0.024-0.050 0.056 0.044-0.077 0.077 0.018-0.17 0.061 0.033-0.20 0.15 0.077-0.32 0.27 0.14-0.71 0.044 0.015-0.27
Полученные данные подтверждают отмечавшуюся в предыдущих работах (Лычагина и др., 1998; Савенко, Бреховских, 2010, 2017; Касимов и др., 2016) сильную вариабельность химического состава макрофитов устьевой области Волги. В наибольшей степени это проявляется для микроэлементов, концентрации которых в отдельно взятых образцах водных растений могут различаться более чем на порядок величины (табл. 1). Вместе с тем в целом наблюдается удовлетворительное соответствие химического состава изученных видов макрофитов в разные годы (табл. 2).
Таблица 2. Сопоставление средних концентраций тяжелых металлов и хрома (мкг/г сухого веса) в макрофитах пресноводной части устьевой области Волги по данным разных авторов.
Вид Год Число проб Mn Fe № Zn Pb Cd Ссылка
и и я 19931995 36 0.6 286 83.7 0.3 0.9 1.7 13.3 0.2 0.04 (Лычагина и др., 1998)
н с о £ 2004 11 - 44.1 62.8 0.4 3.7 0.2 3.7 0.5 - (Савенко, Бреховских, 2010)
2009 4 0.2 65.8 58.1 0.04 0.6 2.0 9.0 0.2 0.01 Данная работа
к й с ^ 2004 1 - 18.0 308 0.3 14.3 0.2 8.7 0.5 - (Савенко, Бреховских, 2010)
и 2009 3 0.3 165 135 0.2 0.6 3.8 12.3 0.4 0.12 Данная работа
и 8 Я в 19931995 12 0.05 193 116 0.04 0.07 3.0 12.5 0.1 0.04 (Лычагина и др., 1998)
О л о г е * М 2004 6 - 131 239 0.8 3.5 1.1 6.4 0.6 - (Савенко, Бреховских, 2010)
2009 4 0.3 309 96.6 0.1 0.5 3.7 8.7 0.1 0.02 Данная работа
с о т о 19931995 76 0.2 500 1750 0.4 2.0 2.2 18.7 1.3 0.04 (Лычагина и др., 1998)
ч 2009 6 0.4 214 147 0.2 2.9 6.7 21.9 0.1 0.07 Данная работа
й к и 19931995 10 0.8 474 336 0.6 1.1 1.8 16.4 0.3 0.04 (Лычагина и др., 1998)
ы ю у « 2004 2 - 273 106 1.0 8.5 0.7 6.3 0.5 - (Савенко, Бреховских, 2010)
2009 3 1.0 179 420 0.4 1.1 3.0 12.0 0.3 0.05 Данная работа
й и я я а 19931995 8 0.7 506 424 0.7 1.3 2.0 26.8 0.3 0.04 (Лычагина и др., 1998)
ш в ^ К 2009 2 0.5 214 197 0.3 1.7 3.0 11.8 0.2 0.04 Данная работа
:йник 19931995 18 3.3 709 2000 1.2 5.6 4.0 18.7 1.1 1.1 (Лычагина и др., 1998)
е ф
£ иН 2009 3 2.9 147 923 0.7 2.2 3.4 11.6 0.5 0.10 Данная работа
X е а о 19931995 23 4.3 991 2980 2.2 6.9 5.4 16.6 3.1 0.18 (Лычагина и др., 1998)
о Я я Ч 2004 2 - 585 2170 0.7 0.9 2.4 9.6 1.8 - (Савенко, Бреховских, 2010)
О М 2009 5 2.9 185 1270 1.5 2.8 3.6 9.1 0.5 0.08 Данная работа
н 19931995 21 4.1 748 2740 1.6 8.0 5.7 21.4 2.3 0.12 (Лычагина и др., 1998)
е ч Рч 2004 10 - 217 2430 2.0 6.6 1.6 12.8 1.4 - (Савенко, Бреховских, 2010)
2009 10 2.3 286 942 0.9 4.3 4.8 13.6 0.6 0.14 Данная работа
100 МАКРО- И МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ МАКРОФИТОВ ...
Продолжение таблицы 2.
Вид Год Число проб Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Pb Cd Ссылка
а ч 3 2004 4 - 727 2205 1.6 4.8 1.7 13.1 0.5 - (Савенко, Бреховских, 2010)
X 2009 3 3.6 1130 1440 1.2 5.0 4.1 15.9 0.8 0.11 Данная работа
« н 19931995 28 7.4 5370 6440 6.3 33.2 8.8 23.6 2.4 0.48 (Лычагина и др., 1998)
и « о (ч 2004 7 - 1510 1510 1.7 11.1 1.8 7.7 0.9 - (Савенко, Бреховских, 2010)
О Рч 2009 6 9.5 3130 4750 3.9 21.9 8.0 16.2 1.6 0.30 Данная работа
« и 19931995 26 18.8 3290 12700 6.0 23.7 11.7 44.5 4.5 0.41 (Лычагина и др., 1998)
Я и И ь 2004 2 - 1430 475 0.6 6.8 7.9 10.4 0.5 - (Савенко, Бреховских, 2010)
и 2009 5 21.9 1310 1110 0 4.6 16.8 14.8 36.8 3.3 0.75 Данная работа
Наиболее низкие концентрации микроэлементов свойственны жестколистным гелофитам, типичными представителями которых являются тростник, сусак и ежеголовник. Гидрофиты обладают большей способностью к поглощению микроэлементов из водной среды, причем, как видно из таблицы 3, степень их концентрирования возрастает при переходе от крупнолистных видов (лотос, кубышка, кувшинка, нимфейник) к разнолистным (водяной орех, рдесты, наяда) и мелколистным, в том числе полностью погруженным в воду растениям (роголистник, сальвиния). Это согласуется с обнаруженным А.М. Никаноровым с соавторами (1985) увеличением содержания тяжелых металлов в растениях при возрастании роли водной среды в их жизнедеятельности. Из макрокомпонентов тенденция к увеличению концентраций от гелофитов к мелколистным гидрофитам проявляется для магния и кальция.
Таблица 3. Коэффициенты накопления макрокомпонентов и микроэлементов растениями-гидрофитами пресноводной части устьевой области Волги относительно гелофитов.
Элемент Лотос Кубышка Кувшинка Нимфейник Водяной орех Рдест Наяда Роголистник Сальвиния
Главные компоненты
Na 1.7 2.1 16.5 8.0 3.0 3.1 12.3 5.7 7.3
K 0.6 0.7 0.9 0.9 0.4 0.4 1.7 1.0 1.2
Mg 1.1 0.9 1.6 1.4 2.4 2.4 3.0 5.2 3.4
Ca 1.6 2.1 3.0 1.4 3.7 5.9 5.7 8.2 6.4
P 0.6 0.7 1.0 1.0 0.5 0.6 1.5 1.5 1.1
Редкие щелочные и щелочноземельные элементы
Rb 2.8 2.1 1.7 0.7 1.1 0.8 1.4 2.1 3.9
Cs 3.4 5.7 1.4 9.1 11.9 10.5 9.3 27.8 66.9
Be 0.9 2.7 2.4 6.1 8.6 5.1 8.6 26.2 51.3
Sr 1.3 0.7 1.5 1.8 3.8 5.5 5.6 7.1 4.7
Ba 0.9 4.1 1.3 2.5 3.4 7.6 8.3 13.4 13.6
Тяжелые металлы
Mn 1.4 1.2 1.4 1.0 1.2 1.9 7.6 20.9 8.8
Fe 1.6 4.6 2.2 10.1 13.9 10.3 15.8 52.1 122
Co 2.3 4.1 3.0 8.4 17.8 10.2 13.9 46.4 54.7
Ni 5.2 1.9 3.0 4.0 5.0 7.8 9.0 39.4 30.2
Cu 2.2 1.0 1.0 1.1 1.2 1.6 1.3 2.6 4.9
Zn 2.2 1.2 1.2 1.2 0.9 1.4 1.6 1.6 3.7
Элемент Лотос Кубышка Кувшинка Нимфейник Водяной орех Рдест Наяда Роголистник Сальвиния
Тяжелые металлы
РЬ 0.5 1.5 0.7 2.2 2.5 2.9 3.6 7.7 15.4
Са 2.4 1.7 1.5 3.7 3.0 5.2 4.0 10.9 27.5
Л8 0.9 2.2 1.4 2.6 2.6 4.0 7.7 9.7 23.9
8п 0.9 1.2 0.9 2.0 2.1 2.4 2.5 5.3 14.8
8Ь 0.9 1.9 2.4 2.1 2.3 4.0 6.8 8.0 17.5
Элементы гидролизаты
А1 1.8 6.2 2.4 16.2 20.6 14.4 22.8 67.8 162
Оа 2.2 5.7 1.9 13.1 17.4 14.0 14.8 44.0 102
Т1 1.3 4.2 1.8 10.3 13.1 8.2 17.3 48.3 115
2г 1.1 4.1 1.7 10.7 15.0 11.2 21.2 41.6 104
Ш 1.0 2.2 0.8 4.5 6.7 5.9 8.0 16.1 37.3
ТЬ 1.4 6.3 1.8 14.4 20.2 15.0 15.7 47.8 114
И 0.9 7.0 6.2 12.5 32.8 44.3 35.3 51.8 81.0
№ 1.0 2.6 1.7 5.8 8.0 6.3 9.4 21.8 49.5
Та 0.4 1.3 3.3 1.4 2.6 2.4 14.8 16.0 34.5
Редкоземельные элементы
Ьа 1.5 9.5 3.7 20.0 28.2 21.7 26.8 72.2 173
Се 1.6 9.7 3.6 21.0 30.0 23.1 30.4 80.5 196
Рг 1.7 10.2 3.1 21.6 30.6 23.4 28.2 78.8 177
Ш 1.5 9.1 3.7 18.8 27.2 21.3 30.2 91.0 204
1.5 8.3 3.8 17.4 24.9 18.8 27.3 82.6 189
Еи 2.0 8.8 2.7 14.7 20.5 19.5 23.2 59.5 130
оа 1.9 9.3 4.2 20.4 28.6 22.3 30.9 95.2 214
Оу 1.6 9.1 3.5 18.7 26.8 20.3 25.3 74.2 173
Но 1.6 8.4 3.2 14.9 21.4 16.7 22.1 63.1 150
Ег 1.7 9.5 3.5 17.3 27.0 22.7 25.7 75.4 183
Тш 1.6 6.5 2.2 11.0 15.2 11.7 16.1 44.5 110
УЬ 1.5 7.8 3.5 15.9 22.5 16.7 24.8 74.5 189
Ьи 0.9 6.6 1.9 10.1 13.5 10.0 14.2 39.3 99.3
Анионогенные элементы
В 1.5 1.2 2.1 1.8 1.2 1.7 1.9 2.2 2.5
V 1.2 7.8 6.2 17.3 26.7 25.6 28.1 81.6 198
Сг 1.4 3.9 2.0 8.2 11.3 9.2 14.1 37.2 86.0
Ое 1.8 4.6 0.6 9.3 13.0 12.8 10.7 21.9 32.1
Л8 0.4 1.6 2.7 1.9 2.9 5.0 6.3 13.7 13.5
Мо 0.4 0.3 0.4 0.6 0.4 2.0 2.1 1.2 1.4
W 1.3 2.8 0.9 1.6 2.9 3.9 3.1 7.7 14.1
Примечание к таблице 3: * - среднее для тростника, сусака и ежеголовника.
Корреляционный анализ показал, что средневидовые содержания подавляющего числа изученных микроэлементов (ЯЬ, С8, Ве, Ва, Мп, Бе, Со, N1, Си, 2п, РЬ, Са, Л§, 8п, 8Ь, А1, Оа), а также редкоземельных элементов (Т1, 2г, НЕ, ТЬ, и, Та, V, Сг, Ое, Л8, W), достаточно плотно коррелируют между собой (г=0.70-0.999). Это явление, названное «групповым концентрированием», ранее было установлено для тяжелых металлов и хрома (Лычагина и др., 1998; Савенко, Бреховских, 2010, 2017; Касимов и др., 2016) и подтверждается данными настоящей работы.
Другая группа химических элементов с высокими значениями коэффициентов парной корреляции (г=0.80-0.99) объединяет М§, Са, 8г, Мп, Со, N1, И, Ое и Л8. За исключением германия и мышьяка, присутствующих в форме оксианионов, другие элементы этой группы находятся в водной среде в форме двухзарядных катионов Ме2+, причем микроэлементы способны изоморфно замещать
Mg2+ и Са2+ в различных неорганических и органических соединениях. Последнее обстоятельство, по-видимому, служит причиной наблюдаемых корреляционных связей между катионами данной группы элементов. Нахождение же здесь германия и мышьяка не имеет простого объяснения.
Два типично биогенных элемента - калий и фосфор - образуют единственную значимую корреляционную связь с г=0.89, которая, скорее всего, обусловлена вхождением обоих элементов в органическое вещество макрофитов.
Для бора и молибдена, присутствующих в форме устойчивых в водной среде оксианионов
Н2ВОз и МоО2~, также как и для натрия, сколько-нибудь значимых корреляций (г>0.70) ни с
одним из определявшихся элементов не обнаружено.
Таким образом, проведенные исследования позволили установить тесные корреляционные связи средневидовых содержаний всех изученных микроэлементов в макрофитах пресноводной части устьевой области Волги, что свидетельствует об их преимущественно групповом концентрировании. Исключение составляют наиболее устойчивые в водной среде бор и молибден, а также макрокомпоненты (Na, K, Mg, Ca, P) и ассоциированный с кальцием стронций, ведущую роль в накоплении которых, по-видимому, играют индивидуальные особенности водных растений. Межвидовые различия химического состава макрофитов заключаются в закономерном возрастании концентраций микроэлементов и в меньшей степени магния и кальция в ряду «гелофиты ^ крупнолистные гидрофиты ^ разнолистные гидрофиты ^ мелколистные, в том числе полностью погруженные в воду гидрофиты», который соответствует увеличению эффективной площади поверхности растений, находящейся в водной среде.
Выводы
В изученных 12 видах макрофитов из пресноводной части устьевой области Волги средневидовые содержания микроэлементов (Rb, Cs, Be, Ba, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Ag, Sn, Sb, Al, Ga, а также редкоземельных элементов (Ti, Zr, Hf, Th, U, Nb, Ta, V, Cr, Ge, As, W), достаточно плотно коррелируют между собой (г=0.70-0.999). Эти данные соответствуют ранее описанному явлению "группового концентрирования". Другая группа химических элементов с высокими значениями коэффициентов парной корреляции (г=0.80-0.99) объединяет Mg, Ca, Sr, Mn, Co, Ni, U, Ge и As. Наблюдается также плотная корреляционная связь между концентрациями двух типично биогенных элементов - K и P (г=0.89). Для Na, B и Mo значимые корреляционные связи ни с одним из определявшихся химическим элементов не установлены.
Межвидовые различия химического состава макрофитов проявляются в закономерном увеличении концентраций микроэлементов и в меньшей степени магния и кальция при переходе от гелофитов (тростник, сусак, ежеголовник) к крупнолистным гидрофитам (лотос, кубышка, кувшинка, нимфейник), разнолистным гидрофитам (водяной орех, рдесты, наяда) и мелколистным, в том числе полностью погруженным в воду гидрофитам (роголистник, сальвиния).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Касимов Н.С., Касатенкова М.С., Ткаченко А.Н., Лычагин М.Ю., Крооненберг С.Б. 2016. Геохимия лагунно-
маршевых и дельтовых ландшафтов Прикаспия. М.: Лига-Вент. 244 с. Лычагина Н.Ю., Касимов Н.С., Лычагин М.Ю. 1998. Биогеохимия макрофитов дельты Волги. М.:
Географический факультет МГУ. 84 с. НиканоровА.М., ЖулидовА.В., Покаржевский А.Д. 1985. Биомониторинг тяжелых металлов в пресноводных
экосистемах. Л.: Гидрометеоиздат. 144 с. Папченков В.Г. 2001. Растительный покров водоемов и водотоков Среднего Поволжья. Ярославль: ЦМПМУБ и НТ. 214 с.
Савенко А.В., Бреховских В.Ф. 2010. Микроэлементный состав макрофитов в дельте и на устьевом взморье Волги // Дельты Евразии: происхождение, эволюция, экология и хозяйственное освоение. Материалы Международной научной конференции Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН. С. 295-302. Савенко А.В., Бреховских В.Ф. 2017. Высшая водная растительность как биологический фильтр // Загрязняющие
вещества в водах Волжско-Каспийского бассейна. Раздел 6.2. Астрахань: Издатель Сорокин Р.В. С. 148-157. Черепанов С.К. 1995. Сосудистые растения России и сопредельных государств (в пределах бывшего СССР).
СПб.: Мир и семья. 992 с. Bowen H.J.M. 1966. Trace elements in biochemistry. L.: Acad. Press. 241 p. Bowen H.J.M. 1979. Environmental chemistry of the elements. L.: Academic Press. 333 p.
