CC BY
114
Вестник Томского государственного университета. Биология. 2012. № 3 (19). С. 186-198
УДК 550.47
Р.М. Манасыпов1, 2, С.Н. Кирпотин1, О.С. Покровский3, 4, Л.С. Широкова4
1Биологический институт Томского государственного университета (г. Томск) 2Университет Поля Сабатье (г. Тулуза, Франция)
3Национальный центр научных исследований Франции (г. Тулуза, Франция) 4Институт экологических проблем Севера УроРАН (г. Архангельск)
Работа выполнена при поддержке CAR-WET-SIB «Biogeochemical cycle of carbon in wetlands of Western Siberia» GDRI (Groupement de recherche international) project, ANR «Arctic Metals», гранта РФФИ 08-04-92495-CNRS_a, РФФИ моб_ст 11-05-90726, ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России»
(ГК № 14.740.11.0935), программы INTERACT (grant agreement No 262693) under the European Community’s Seventh Framework Programme.
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ОЗЕРНЫх ВОД И МАКРОФИТОВ термокарстовых экосистем СУБАРКТИКИ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ
Рассмотрено современное состояние озерно-болотных экосистем севера Западной Сибири, механизмы их образования и сукцессии. С помощью ICP-MS проанализирован элементный химический состав озерных вод и макрофитов четырех наиболее характерных озерных экосистем субарктики Западной Сибири. В качестве модельного биогеохимического объекта опробования выбран вид Menyanthes trifoliata L. Выявлена общая динамика содержания химических элементов в данном растении во всех четырех экосистемах. Показано, что минимальными концентрациями в растениях всех экосистем характеризуются редкоземельные элементы, малоподвижные в пресных водах и биологически недоступные растениям, а также трех- и четырехвалентные гидролизаты. В ходе работы были посчитаны коэффициенты биологического накопления химических элементов в вахте трехлистной относительно воды (Кб) для каждой из четырех стадий развития озерных экосистем. Выявлено, что в траве вахты трехлистной сильно накапливаются некоторые тяжелые металлы, такие как Pb, Zn,
Sr, Со и другие, источниками которых могут служить как глобальные факторы (атмосферный перенос, водный режим и др.), так и различного рода локальные загрязнения, происходящие в результате антропогенной нагрузки на экосистемы севера Западной Сибири.
Ключевые слова: термокарстовые экосистемы субарктики Западной Сибири; элементный состав; озерные воды; Menyanthes trifoliata L.; коэффициент биологического накопления.
Введение
С возрастанием антропогенного влияния на природную среду, локального загрязнения в ходе хозяйственной деятельности человека и глобального загрязнения через дальний атмосферный перенос вопрос о накоплении
микроэлементов во всех звеньях водных экосистем приобретает все большее значение [1]. Термокарстовые озера как объекты гидрохимического и биогео-химического исследования слабо изучены для севера Западной Сибири, имеются лишь фрагментарные данные по гидрохимическому составу озерных вод и биогеохимическим процессам, протекающим в термокарстовых озерах [2-5].
Перенос веществ в водной среде является одним из важнейших процессов, обеспечивающих круговорот веществ, стабильность биогеохимических циклов. Особенности ландшафтно-геохимической структуры лесоболотной зоны Западно-Сибирской равнины оказывают большое влияние на состав поверхностных вод, которые очень ярко отражают специфику природной среды этого региона [6].
Мерзлый -------------/ Мочажина
бугор
Молодой
хасырей
Рис. 1. Схема циклической сукцессии развития плоскобугристых болот (по [7])
Озерно-болотные экосистемы субарктики Западной Сибири являются уникальными природными индикаторами климатических изменений будучи наиболее чувствительны к изменениям климата ввиду их пограничного положения в пределах криолитозоны [7, 8]. До недавнего времени ландшафт мерзлых бугристых болот находился в достаточно стабильном состоянии. Наблюдалась своеобразная «пульсация» поверхности, обусловленная взаимными переходами элементов ландшафта. Общая схема этого процесса может выглядеть следующим образом: просадка участка плоскобугристого болота с образованием мочажины - «эмбрионического» озера, затем озеро начинает расти и, достигнув определенного размера, сбрасывает свои воды в другой водоем, образуется хасырей (спущенное озеро), в хасырее происходит мерзлотное пучение, что приводит к образованию мерзлых бугров -началу цикла развития термокарстовых озер (рис. 1). Этот процесс хорошо
дешифрируется на космических снимках за многолетний цикл наблюдений, их анализ позволяет говорить, что в настоящее время на севере Западной Сибири происходят процессы деградации многолетней мерзлоты и увеличения количества термокарстовых озер [7].
На сегодняшний день районы Западной Сибири с развитием многолетней мерзлоты активно осваиваются и являются предметом всестороннего изучения, что обуславливает актуальность биогеохимических исследований данного региона. Целью данной работы явилось изучение особенностей элементного состава озерных вод и макрофитов термокарстовых экосистем субарктики Западной Сибири в контексте естественной сукцессии ландшафта и современных климатических изменений.
Материалы и методики исследования
Изученные нами водные объекты представляют собой термокарстовые озера с берегами, сложенными торфяными сфагновыми мхами, донные отложения представлены торфяным детритом. Термокарст развивается за счет вытаивания сингенетических и эпигенетических сегрегационных льдов, растущих и погребенных повторно-жильных и пластовых льдов. В результате образуются озера, западины и другие отрицательные формы рельефа, разделенные обычно плоскобугристыми торфяниками высотой 2-4 м. Наиболее крупные термокарстовые озера, возникающие в торфяниках, имеют размеры до нескольких километров [9]. Вода озер богата гуминовыми веществами, которые придают ей темную окраску. Все термокарстовые озера данного района относят к ультрапресным с преимущественно атмосферным питанием; температура воды в мелкокотловинных озерах мало отличается от температуры воздуха [10].
Диаметр водного зеркала озер определялся на месте с помощью GPS-навигатора. Отбор проб проводился в Надым-Пурском междуречье, в окрестностях п. Пангоды (Ямало-Ненецкий автономный округ) (рис. 2) в 2010 г., было обследовано 4 наиболее характерных озерных экосистемы разных стадий развития (табл. 1).
Пробы озерных вод отбирались на литорали озер в зарослях макрофитов с поверхности (30-35 см) в химически чистые полипропиленовые стаканы объемом 250 мл, затем воду фильтровали на месте или в течение 4 ч после отбора через мембранные фильтры MILLEX Filter Unit (Millipore, США) с диаметром пор 0,45 мкм с использованием стерильных шприцов.
Образец фильтрованной озерной воды делился на два полипропиленовых флакона, предварительно вымытых в чистой комнате, одну пробу подкисляли добавлением 2% HNO3 (0,01 мг) (анализ элементного состава), вторую не подкисляли. До проведения анализа пробы хранили в холодильнике.
Неконсервированную пробу делили на следующие виды анализов: определение кремния с молибдатом аммония на автоанализаторе AutoAnalyzer 3 (Bran+Luebbe, Германия); определение содержания органического углеро-
даметодомполного сжигашырастиоренного оргашмескогоутхродапри 100°С ]га платиноаоа катарызаторе с ддканейшим опреддлениемС02 ме-т^с^р^(^»надфр^£^в^о^£^дн^^с^1сокт^о^1^д^^ -1а1ди80пеТ0(^^^С0-3 (SHIMADZU Япооср), прдделобгрфужения 1—1(^0 мг/л; погрешности 2-3%; определение клофидови а^^о^ьфагов проводалдсьметодомжлдкосткой п0а-^г^тоо^афин сококоеорапрошо-пр[ в иахерооте 9,05-00 мд/а наеа)9еорвВ-0ИСЕХ1 С0-
сота (D30NEX, сша).
Рис. 2. Карта района исследований (Надым-Пурское междуречье) с четырьмя изученными озерными экосистемами (изображение из «GoogleEarth»)
Т а б л и ц а 1
Данные измерений физических и гидрохимических параметров опробованныхтермокарстовыхозер
Стадия развития Координаты рн ЭП, мкС/ см РОУ, мг/л HCO3-, мг/л Cl-, мг/л so/-, мг/л
Термокарстовое озеро 65°52’10,5’’/ 074°52’46,4’’ 4,43 10,90 9,34 0,00012 0,10 0,42
Молодой хасырей 65°54’09,9’’/ 074°08’57,2’’ 4,54 12,20 16,94 0,00014 0,03 0,13
Хасырей 65°45’31,8’’/ 075°30’51,4’’ 4,89 7,30 7,90 0,00015 0,03 0,18
Старый хасырей 65°51’51,5’’/ 075°20’19,1’’ 5,05 11,40 17,27 0,00014 0,09 0,05
Примечание. Анализы выполнены в лаборатории «Геологические науки в окружающей среде» (GET, Тулуза, Франция); ЭП - электропроводность; РОУ - растворенный органический углерод.
Как известно, наиболее активными компонентами круговорота фитомассы и биогенных элементов в болотных сообществах являются зеленые ассимилирующие органы растений - надземная часть, листья, хвоя [11].
В качестве модельного биогеохимического объекта опробования выбран видМгпуаЫЪея М/вЫ^а L. - вахта трехлистная (рис. 3), являющийся типично пресноводным (условно пресноводным) олиготрофным гидрогигрофитом, встречающимся во всех флористических провинциях Сибири [12, 13]. Вахта трехлистная наиболее активно по сравнению с другими травянистыми растениями участвует в биогеохимических процессах озерно-болотных экосистем данной территории. При разложении ветоши и корней вахты в течение года теряется до 97% макроэлементов [14].
Рис. 3. Вахта трехлистная в лесотундровой зоне Западной Сибири
После отбора водные растения тщательно промывались водой и помещались в осмотические пакеты фирмы Osmofilm (Франция) для высушивания до воздушно-сухого состояния, избегая различного рода загрязнений.
Подготовку проб к анализу проводили методом кислотного разложения смесью азотной, плавиковой и хлорной кислот в стаканах из фторопласта. Перед разложением высушенные растения растирали в агатовой ступке и доводили до постоянного веса при температуре 105°С в течение 5 ч.
Элементный состав макрофитов и подкисленных проб воды определяли на квадрупольном ICP-MS Agilent 7500 се (Agilent Technologies, США) с добавлением внутреннего стандарта In + Re. Предел обнаружения 1 нгр/л-1 мг/л в анализируемом растворе; погрешность 0,1 нгр/л.
Результаты исследования и обсуждение
Термокарстовые озера данной территории характеризуются низкими значениями pH, однако, как видно из табл. 1, этот показатель растет в процессе развития озерных экосистем. Ранее нами было показано [4, 15], что на всех этапах развития термокарстовых озер субарктики Западной Сибири показатель растворенного органического углерода уменьшается, так как доминирующей формой растворенного органического вещества являются ал-лохтонные фульвокислоты и гуминовые кислоты, поступающие в воду при выщелачивании из торфяной почвы [4].
Нами установлена тенденция увеличения показателя РОУ в конечной стадии развития озер, возможно, это связано со степенью зарастания макрофитами литорали озер и образованием автохтонного органического вещества, вследствие чего происходит увеличение содержания РОУ в озерных водах.
Полученные в результате анализов данные по составу вод термокарстовых озер и макрофитов позволяют говорить о динамике содержания ряда химических элементов (табл. 2).
Изменения содержания химических элементов в водных растениях на примере вахты трехлистной в общем виде представлено на рис. 4.
Рис. 4. Содержание химических элементов в траве вахты трехлистной четырех озерных экосистем разных стадий развития
По усредненному содержанию химические элементы в траве вахты трехлистной, произрастающей в экосистемах разных стадий развития, располагаются в следующем порядке:
Для термокарстового озера — К > Са > Mg > Ка > Fe > Мп > А1 > Zn > Ва > Rb > Sr > В > № > РЬ > Со > V > As > La > Сг > Се > Мо > Zr > Cs > Y
> ТЪ > Dy > УЬ > ИГ > и.
Таблица 2 _
чо
Хим. элементы Озерные воды, мкт/л Кларк речной воды [16], мкг/л Вахта трехлистная, мкг/кг сухой массы
Молодой хасырей Термокар- стовое озеро Старый хасырей Хасырей Молодой хасырей Рермокар-стовое озеро Старый хасырей Хасырей
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
в 1,600 2,200 2,900 2,000 20,000 4,400 7,000 10,100 6,300
N3 204,400 269,000 246,300 186,300 5000,000 1217,000 893,200 2694,000 2712,000
Mg 283,600 196,300 509,300 322,000 2900,000 852,200 1286,000 2147,000 1854,000
А1 166,600 90,200 100,500 47,000 160,000 119,200 45,400 33,800 51,700
К 11,500 63,900 119,300 28,900 2000,000 2289,000 6558,000 5407,000 3842,000
Са 489,600 423,600 687,900 420,700 12000,000 851,100 1651,000 2905,000 1868,000
V 0,200 0,450 0,150 0,160 1,000 0,260 0,095 0,090 0,180
Сг 2,800 4,040 3,600 4,100 1,000 0,170 0,055 0,044 0,080
Мп 17,200 14,700 31,600 6,200 10,000 41,100 66,200 315,400 91,700
Ре 742,100 136,300 200,600 151,700 40,000 954,800 304,000 185,500 1278
Со 0,690 0,380 0,490 0,160 0,300 0,740 0,620 0,960 1,400
№ 2,500 2,800 3,100 2,800 2,500 1,400 1,500 2,100 2,200
20,500 9,400 9,700 7,200 20,000 37,100 32,900 30,000 34,000
Ав 0,870 0,410 0,530 0,480 2,000 0,270 0,073 0,083 0,360
Из 0,055 0,200 0,280 0,096 2,000 9,600 17,900 24,400 17,400
Эг 4,900 4,200 4,700 3,400 50,000 9,900 17,100 25,400 18,200
У 0,094 0,046 0,140 0,039 0,700 0,058 0,020 0,028 0,060
гг 0,300 0,130 0,260 0,110 2,600 0,260 0,035 0,060 0,048
P.M. Манасыпое, С.Н. Кирпопшн, О. С. Покровский, JI.C. Широкова
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Мо 0,057 0,097 0,061 0,065 1,000 0,021 0,036 0,030 0,022
Sb 0,048 0,056 0,044 0,041 1,000 0,006 0,020 0,004 0,009
Cs 0,012 0,019 0,012 0,011 0,030 0,017 0,026 0,050 0,046
Ва 5,800 4,300 2,500 1,700 30,000 15,800 26,800 19,200 16,900
La 0,065 0,037 0,110 0,029 0,050 0,120 0,067 0,077 0,110
Се 0,190 0,092 0,300 0,074 0,080 0,160 0,049 0,063 0,140
Рг 0,024 0,011 0,037 0,011 0,007 0,017 0,004 0,007 0,015
Sm 0,022 0,015 0,032 0,011 0,008 0,010 0,004 0,004 0,011
Ей 0,013 0,011 0,013 0,007 0,001 0,003 0,002 0,002 0,003
Gd 0,029 0,018 0,041 0,016 0,008 0,011 0,003 0,004 0,009
Tb 0,003 0,004 0,004 0,001 0,001 0,002 0,001 0,001 0,001
Dy 0,018 0,011 0,025 0,008 0,005 0,009 0,003 0,004 0,009
Ho 0,005 0,005 0,006 0,003 0,001 0,002 0,001 0,001 0,002
Er 0,012 0,014 0,017 0,006 0,004 0,006 0,002 0,002 0,005
Yb 0,012 0,008 0,016 0,006 0,004 0,007 0,002 0,002 0,004
Hf 0,032 0,026 0,030 0,025 - 0,012 0,002 0,001 0,001
Pb 0,170 0,076 0,059 0,063 1,000 5,100 1,000 0,540 0,980
Th 0,024 0,009 0,021 0,007 0,100 0,027 0,004 0,005 0,012
U 0,004 0,004 0,005 0,004 0,500 0,005 0,001 0,001 0,002
Примечание. Элементный состав проб определяли на квадрупольном ICP-MS Agilent 7500 се (Agilent Technologies, США) с добавлением внутреннего стандарта In + Re. Анализы выполнены в лаборатории «Геологические науки в окружающей среде» (GET, Тулуза, Франция); «-» - отсутствие данных.
Особенности элементарного состава озерных вод
Для молодого хасырея - К > Ка > Fe > Mg > Са > А1 > Мп > Zn > Ва > Sr > Rb > РЬ > В > Ni > Со > As > V > Zr > Сг > Се > La > Y > Th > Мо > Cs > Hf > Dy > Yb > и.
Для хасырея - К > Ка > Са > Mg > Fe > Мп > А1 > Zn > Sr > Rb > Ва > В > N1
> Со > РЬ > As > V > Се > La > Сг > Y > Zr > Cs > Мо > ТЬ > Dy > Yb > и > Hf.
Для старого хасырея - К > Са > Ка > Mg > Мп > Fe > А1 > Zn > Sr > Rb
> Ва > В > N1 > Со > РЬ > V > As > La > Се > Zr > Cs > Сг > Мо > Y > ^ > Sb > Dy > Yb > Ж > и.
Из рис. 4 видно, что общая динамика содержания химических элементов в вахте трехлистной во всех четырех экосистемах одинакова. Однако имеются некоторые различия. Так, в вахте, произрастающей на литорали термокарстового озера, наиболее, по сравнению с другими экосистемами, содержатся элементы К, Sb, РЬ и Ва. Вахта, произрастающая в старом ха-сырее, наиболее богата такими макроэлементами, как Mg, Са, Мп, Со, Rb. Sr и Cs. Минимальными концентрациями в растениях всех экосистем характеризуются редкоземельные элементы, малоподвижные в пресных водах и биологически недоступные растениям, а также трех- и четырехвалентные гидролизаты.
В ходе работы были посчитаны коэффициенты биологического накопления химических элементов в вахте трехлистной относительно воды (Кб) для каждой из четырех стадий развития озерных экосистем (рис. 5).
Молодой хасырей —Термокарстовое озеро —А— Старый хасырей Хасырей
Рис. 5. Значения коэффициента биологического накопления химических элементов в вахте трехлистной относительно воды термокарстовых озер четырех озерных экосистем разных стадий развития
По величине Кб можно составить ряды химических элементов для вахты трехлистной, произрастающей в четырех озерных экосистемах:
Озеро: К > Rb > РЬ > Mg > Ва > Мп > Sr > Са > Zn > Ка > В > Fe > La > Со > Cs > Се > № > А1 > Y > та > Мо > и > Zr > Dy > V > Yb > As > ИГ > Сг.
Молодой хасырей: К > Rb > РЬ > Ка > Mg > В > Ва > Мп > Sr > La > Zn > Са > Cs > и > Fe > V > та > Со > Се > Zr > А1 > Y > № > Yb > Dy > ИГ > Мо
> As > Сг.
Хасырей: Rb > К > РЬ > Мп > Ка > Ва > Со > Fe > Mg > Sr > Zn > Са > Cs
> La > В > Се > Th > Y > V > Dy > А1 > М > As > Yb > и > Zr > Мо > ИГ > Сг.
Старый хасырей: Rb > К > Ка > Мп > РЬ > Ва > Sr > Cs > Са > Mg > В > Zn > Со > Fe > La > М > V > Мо > А1 > и > Zr > та > Се > Y > As > Dy > Yb > ИГ > Сг.
Высокими значениями Кб для вахты, произрастающей во всех изученных экосистемах, характеризуются макроэлементы, необходимые растениям в процессе жизнедеятельности (К, Mg, Ка), значения Кб для которых меняются в зависимости от стадии развития. Так, в ходе развития озерных экосистем уменьшается значение Кб для Mg, но увеличивается роль Ка.
Активно накапливаются вахтой трехлистной такие микроэлементы, как Rb, Sr, Ва, РЬ, что, вероятно, говорит о специфичности их накопления, а также о возможном загрязнении водоемов. Активное накопление рубидия, наравне с калием, объясняется их физиологической схожестью, так как рубидий может отчасти замещать позиции калия в соединениях, хотя высокие его концентрации довольно токсичны для растений [17].
Мп активно накапливается в растениях, произрастающих в экосистемах конечных стадий развития (хасырей и старый хасырей), что может быть связано с изменениями гидрологического режима местообитаний. Также ранее многими исследователями отмечалось [18, 19], что Мп обладает высокой биогеохими-ческой активностью в тундровых и таежных ландшафтах. Дополнительными факторами повышенной концентрации Мп в макрофитах конечных стадий могут являться повышенный рН воды и более интенсивное протекание фотосинтеза, приводящее к окислению Мп2+ до Мп4+ на поверхности клеток.
Данные по ряду элементов (высокое содержание Мп, РЬ и низкое содержание Сг), полученные нами в ходе исследований, согласуются с ранее опубликованными работами [19, 20]. Также высокие содержания Мп, Fe и РЬ отмечены для торфа верховых болот севера Западной Сибири [20] и для кустистых лишайников данной территории [21, 22].
Выводы
1. Термокарстовые озера субарктики Западной Сибири представляют собой мелкокотловинные озера с темным цветом воды, торфяным дном. Они являются стадиями перехода элементов ландшафта от плоскобугристого болота до хасырея (спущенное озеро), в котором впоследствии происходят
промерзание грунта и мерзлотное пучение с возобновлением плоскобугристого болота.
2. Во всех исследованных озерных водах складывается благоприятная обстановка для накопления ряда химических элементов (Fe, Cr, Mn, Co, Ni, редкоземельные элементы) до уровня, существенно превышающего кларк речной воды [16].
3. Общая динамика содержания химических элементов в вахте трехлистной во всех четырех экосистемах одинакова, но имеются некоторые различия. Так, в вахте, произрастающей на литорали термокарстового озера, по сравнению с другими экосистемами, наиболее накапливаются элементы K, Sb, Pb и Ba. Вахта, произрастающая в старом хасырее, наиболее богата такими макроэлементами, как Mg, Ca, Co, Rb, Sr, Cs, Mn.
4. Наибольшим коэффициентом накопления характеризуются макроэлементы, а также микроэлементы Rb, Mn и др., что объясняется спецификой биогеохимической обстановки данной территории. В вахте трехлистной в больших количествах накапливаются некоторые тяжелые металлы (Pb, Zn, Sr, Со и др.), источниками которых могут служить как глобальные факторы (атмосферный перенос, водный режим и др.), так и различного рода локальные загрязнения (нефтяные «качалки», «лисьи хвосты» сжигаемого газа и
др) [23].
Литература
1. Куликова Н.Н., Парадина Л.Ф., Сутурин А.Н. и др. Микроэлементный состав кругло-
годично вегетирующих макроводорослей каменистой литорали оз. Байкал (Россия) // Альгология. 2008. Т. 18, № 3. С. 244-255.
2. Леонова Г.А. Биогеохимическая индикация загрязнения водных экосистем тяжелыми
металлами // Водные ресурсы. 2004. Т. 31, № 2. С. 215-222.
3. Леонова Г.А., Аношин Г.Н., Бычинский В.А. Биогеохимические проблемы антропоген-
ной химической трансформации водных экосистем // Геохимия. 2005. № 2. С. 182-196.
4. Pokrovsky O.S., Shirokova L.S., Kirpotin S.N. et al. Effect of permafrost thawing on organic
carbon and trace element colloidal speciation in the thermokarst lakes of western Siberia // Biogeosciences. 2011. № 8. Р. 565-583.
5. Audry S., Pokrovsky O.S., Shirokova L.S. et al. Organic matter mineralization and trace
element post-depositional redistribution in Western Siberia thermokarst lake sediments // Biogeosciences Discuss. 2011. № 8. Р. 8845-8894. doi:10.5194/bgd-8-8845-2011.
6. Московченко Д.В. Геохимия ландшафтов севера Западно-Сибирской равнины: струк-
турно-функциональная организация вещества геосистем и проблемы экодиагностики : автореф. дис. ... д-ра. геогр. наук. СПб., 2010. 33 с.
7. Кирпотин С.Н., Полищук Ю.М., Брыксина Н.А. Динамика площадей термокарсто-
вых озер в сплошной и прерывистой криолитозонах Западной Сибири в условиях глобального потепления // Вестник Томского государственного университета. 2008. № 133. С. 185-189.
8. Кравцова В.И., Быстрова А.Г. Изменение размеров термокарстовых озер в различных
районах России за последние 30 лет // Криосфера земли. 2009. Т. XIII, № 2. С. 16-26.
9. Козлов С.А. Оценка устойчивости геологической среды на морских месторождениях
углеводородов в Арктике // Нефтегазовое дело. 2005. № 2. С. 15-24.
10. Орехов П.Т. Аквальные природные комплексы северной тайги Западной Сибири // Криосфера Земли. 2010. Т. XIV, № 2. С. 23-28.
11. Бахнов В.К. Биогеохимические аспекты болотообразовательного процесса. Новосибирск : Наука, 1986. 192 с.
12. СвириденкоБ.Ф., МамотновЮ.С., Свириденко Т.В. Использование гидромакрофитов в комплексной оценке экологического состояния водных объектов Западно-Сибирской равнины. Омск : Амфора, 2011. 231 с.
13. Конспект флоры Сибири: Сосудистые растения / сост. Л.И. Малышев, ГА. Пешкова, К.С. Байков и др. Новосибирск : Наука, 2005. 362 с.
14. Паршина Е.К. Деструкция растительного вещества в болотных экосистемах таежной и лесотундровой зон Западной Сибири : автореф. дис. ... канд. биол. наук. Томск, 2009. 24 с.
15. ShirokovaL.S., Pokrovsky O.S., Kirpotin S.N., DupreB. Heterotrophic bacterio-plankton in thawed lakes of the northern part of Western Siberia controls the CO2 flux to the atmosphere // International Journal of Environmental Studies. 2009. № 66. Р. 433-445.
16. Справочник по геохимическим поискам полезных ископаемых / под ред. А.П. Соло-вова. М. : Недра, 1990. 335 с.
17. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях : пер. с англ. М. : Мир, 1989. 439 с.
18. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М. : Высш. шк., 1988. 328 с.
19. МосковченкоД.В., МоисееваИ.Н., ХозяиноваН.В. Элементный состав растений Уренгойских тундр // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтоведения. 2012. № 12. С. 130-136.
20. Московченко Д.В. Биогеохимические особенности верховых болот Западной Сибири // География и природные ресурсы. 2006. № 1. С. 63-70.
21. Московченко Д.В., Валеева Э.И. Содержание тяжелых металлов в лишайниковом покрове на севере Западной Сибири // Вестник экологии, лесоведения и ландшафтове-дения. 2011. № 11. С. 162-172.
22. Страховенко В.Д., Щербов Б.Л., Хожина Е.Н. Распределение радионуклидов и микроэлементов в лишайниковом покрове различных регионов Западной Сибири // Геология и геофизика. 2005. Т. 46, № 2. С. 206-216.
23. Леонова Г.А., Аношин Г.Н., Андросова Н.В. и др. Экологическая экспертиза состояния озер Ямало-Ненецкого автономного округа методом биогеохимической индикации // Экология Сибири, Дальнего Востока и Арктики : тез. докл. междунар. конф. Томск, 2001. С. 153.
Поступила в редакцию 18.04.2012 г.
Tomsk State University Journal of Biology. 2012. № 3 (19). P. 186-198
Rinat M. Manasypov1’ 2, Sergey N. Kirpotin1, Oleg S. Pokrovsky3’ 4, Liudmila S. Shirokova4
1 Biological Institute of Tomsk State University, Tomsk, Russia 2Université de Toulouse, UPS, Toulouse, France 3Géoscience Environnement Toulouse, Université de Toulouse, CNRS-IRD-OMP, Toulouse, France 4Institute of Ecological Problems of the North, Russian Academy of Science, Arkhangelsk, Russia
FEATURES OF THE ELEMENTAL COMPOSITION OF LAKE WATERS AND MACROPHYTES IN THERMOKARST SUBARCTIC ECOSYSTEMS OF WEST SIBERIA
With increasing anthropogenic impact on the environment, including local contamination as a result of human activities as well as global pollution through long-range atmospheric transport, the question of accumulation trace elements on all levels of aquatic ecosystems is becoming increasingly important. Thermokarst lakes of the northern regions of Western Siberia as objects of hydrochemical and biogeochemical researches remained, up to present time, insufficiently studied: there are only fragmentary data on the hydrochemical composition of lake water and the biogeochemical processes occurring in the thermokarst lakes. In this work, we studied thermokarst lakes with coasts composed of peat sphagnum moss, peat sediments and detritus. As a biological model we selected the plant macrophyte Menyanthes trifoliata L. The general dynamics of chemical elements concentrations in Menyanthes trifoliata L. in all four ecosystems are very similar. However, there are some differences, in plants growing in the intertidal zone of thermokarst lakes most in comparison with other ecosystems, with respect to concentrations of K, Sb, Pb and Ba. Plants growing in the old khasyrei are mostly enriched by major elements such as Mg and Ca and trace elements Mn, Co, Rb, Sr, Cs. Minimumal concentrations in plants of all ecosystems are typical for rare earth elements, immobile in fresh waters and biologically unavailable for plants, as well as for three- and tetravalent hydrolysates. In the course of work were calculated the coefficients of biological accumulation of chemical elements in Menyanthes trifoliata L. relative to water (Kb) for all the four stages of lake ecosystems development. High values of Kb are exhibited by macronutrients which are necessary for plants’ life cycle (K, Mg, Na); these values vary dependent on the stage of lake development. In particular with the lake maturation we observe the decrease of Kb value for Mg, but also the increases the Kb of Na. The elements actively accumulating in Menyanthes trifoliata L. are Rb, Sr, Ba, Pb, which may be partially linked to possible contamination of the water reservoir (Pb). Data on the number of other elements obtained in the course of the work are in agreement to previously published works by other authors (i.e., high content of Mn, Pb, and low content of Cr). Another heavy metals strongly accumulating in grass Menyanthes trifoliata L. are Pb, Zn, Sr, Co, which may indicate various sources of long-range atmospheric pollution or local lexivation from thawing peat.
Key words: Thermokarst subarctic ecosystems of Western Siberia; elemental composition; lake water; Menyanthes trifoliata L.; coefficient of biological accumulation.
Received April 18, 2012
