Микроэлементный состав лишайников как индикатор загрязнения атмосферы на севере Западной Сибири
Микроэлементный состав лишайников как индикатор загрязнения атмосферы на севере Западной Сибири
Валеева Э.И., Московченко Д.В.
При освоении месторождений углеводородного сырья значительное количество загрязнителей распространяется воздушным путем, и это обуславливает необходимость контроля и анализа атмосферных эмиссий. Одним из детально разработанных и многократно апробированных методов индикации атмосферного загрязнения является лихеномониторинг, т.е. использование лишайников в качестве объектов наблюдения и химических анализов. Выбор лишайников для биогеохимических исследований на севере Западной Сибири продиктован рядом обстоятельств. Во-первых, лишайники являются эдификаторами и доминантами во многих типах растительных сообществ, в том числе коренных и квазикоренных: кустарничково-мохово-лишайниковых тундр, сосняков лишайниковых и кустарничково-лишайниковых. Во-вторых, исследованиям лишайников как биоиндикаторов посвящено множество работ в сходных по природным условиям северных территориях (Трасс, 1985; Загороднева и др., 1988, Хренов, 1993; Слипенчук, 1989; Парибок. 1988; Красовская, Светлосанов, 1989; Martin et al,1992, Grodzinska et al, 1993; Case, 1984; Nash, Gries,1993; Мэнинг, Федер, 1985), что дает возможность для сравнительного анализа.
Широко известен факт высокой чувствительности многих видов лишайников к загрязнению. Из-за отсутствия механизмов контроля газообмена через устьица отложение газообразных соединений из атмосферы происходит по всей поверхности лишайников. Задерживаются загрязняющие вещества в лишайниках в основном в корпускулярной форме в межклеточном материале внутригифового пространства (Galun еt al., 1984). Присутствующие в отложениях загрязняющие соединения вызывают изменение видового разнообразия и обилия лишайников, сдвиг от полового размножения к преимущественно вегетативному, значительные морфологические изменения у выживших экземпляров, которые отражают ультраструктурную перестройку растительной ткани. Основными проявлениями реакции лишайников северных территорий на атмосферное загрязнение служат утечка ионизированного кальция вследствие разрушения и изменения проницаемости клеточных оболочек, изменение характера флюоресценции хлорофилла, свидетельствующее о деградации пигмента, уменьшение фиксации азота и изменение ферментативной активности (Nash, Gries, 1995).
В наших исследованиях проведен учет лишайниковых синузий и выполнен анализ микроэлементного состава лишайников в ряде районов Тюменской области, в том числе на участках, где в недавнем времени было проведено разведочное бурение. Были обследованы Харасавэйское , Бованенковское месторождения полуострова Ямал, район оз.Ярото,Наиболее часто обследовался широко распространенный вид эпигейных кустистых лишайник Cladina stellaris. Также были отобраны пробы эпифитного лишайника Hypogimnia physodes и пробы зеленых мхов Pleurozium schreberi и Hylocomium splendens. Отбор проб проводился в соответствии с методическими рекомендациями по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды (Методические…, 1981,1982).
Определение содержания тяжелых металлов проводилось методом атомно-адсорбционной спектрофотометрии в аккредитованном аналитическом центре объединенного Института геологи, геофизики и минералогии СО РАН.
Полученные результаты, а также данные других исследователей по сходным северным районам, суммированы в табл. 1.
Таблица1.
Микроэлементный состав лишайников северных территорий, (мг\кг абс.сухого вещества).
|
Район, автор |
Вид |
Элементы |
|||||||
|
Cu |
Zn |
Pb |
Cr |
Mn |
Co |
Ni |
Fe |
||
|
Южный Шпицберген (Grod-zinska et al., 1993) |
15 видов эпигейных лишайников |
0.42-3.03 |
8.34-30.16 |
1.08-15.6 |
-- |
-- |
-- |
0.34-3.76 |
-- |
|
Таймыр (Подкорытов, 1967) |
Сladonia alpestris |
-- |
-- |
2.0-8.75 |
-- |
4.24-6.64 |
-- |
1.27-8.75 |
-- |
|
Кольский п-ов (Красовская,Свет-лосанов, 1989) |
Cladonia sp. |
1.5 (фон) |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
1.0 (фон) |
-- |
|
Магаданская обл. (Загороднева и др.,1988) |
Cladina rangiferina |
1.2-1.5 |
9.6-13.6 |
-- |
-- |
41.2-154.0 |
0.3 |
-- |
60.5-173.3 |
|
Север Западной Сибири, Надымский район (Хренов, 1993) |
Cladonia sp. |
2.5-3.5 |
01.10.15 |
2.1-10.3 |
4.0-5.0 |
63-92 |
0.2 |
2.5-4.6 |
-- |
|
Полуостров Ямал, оз.Ярото (Валеева, Блюм,1994) |
Сladonia sp. |
01.02.31 |
-- |
0.64 |
-- |
-- |
-- |
01.04.30 |
-- |
|
П-в Ямал, Бованенковское и Харасавэйское мест. |
Сladonia sp. |
01.01.14 |
09.12.01 |
0.73 |
0.83 |
65.6 |
0.17 |
0.86 |
-- |
|
Белоярский р-н, среднее течение р.Казым (фон) |
Cladina stellaris |
01.01.24 |
-- |
01.05.01 |
0.41 |
08.03.01 |
01.06.01 |
0.37 |
-- |
|
Белоярский р-н, парк «Нумто», участки бурения |
Cladina stellaris |
1,6 |
12,5 |
3,36 |
0,91 |
55 |
0,25 |
0,67 |
216,6 |
|
Незагрязненные участки (Niebor et al., 1978) |
Все виды |
<50 |
|
<5 |
<10 |
<130 |
|
<50 |
|
Приведенные сведения позволяют сделать следующие выводы:
· во всех проанализированных образцах содержание микроэлементов укладывается в рамки среднемировых экологических норм, исследованные участки по сравнению с промышленными регионами относятся к категории "незагрязненных";
· содержание хрома, никеля в лишайниках севера Западной Сибири обычно ниже, чем на фоновых участках других северных территорий, но при ведении буровых работ содержание этих элементов увеличивается приблизительно в 2 раза. Исключением являются лишайники района оз.Ярото, где отмечено высокое содержание Ni;
· содержание меди также на уровне фоновых данных, но вблизи буровых несколько выше, чем на фоновом участке. Таким образом, при бурении происходит незначительное загрязнение этим элементом;
· содержание свинца вблизи буровых в Белоярском районе примерно в 3 раза выше, чем на фоновом участке того же района, но в пределах колебаний данных для других районов и ниже приводимого уровня, позволяющего охарактеризовать участок как "загрязненный". Можно констатировать, что загрязнение свинцом от буровых имеет место, но в целом незначительно.
· содержание марганца и цинка при воздействии буровых работ значительно выше, чем на фоновом участке, но в пределах колебаний для других регионов. Причины резких различий не выяснены; возможно, это обусловлено оседанием частичек пыли из поверхностного почвенного горизонта, который в северных районах Западной Сибири характеризуется повышенным содержанием марганца. Таким образом, по всей видимости, запыленность в районах ведения буровых работ значительно выше, чем на ненарушенных участках;
· содержание железа весьма высоко, но это, очевидно, также связано с оседанием частичек почвенной пыли на талломах лишайников (железо является одним из типоморфных элементов почв тундры и северной тайги);
Видовые различия в накоплении микроэлементов оказываются существеннее, чем местоположение точки отбора относительно источника загрязнения. Так, эпифитный лишайник Hypogimnia physodes отличается высоким содержанием свинца, где его гораздо больше, чем в эпигейном лишайнике Cladina stellaris. Объяснением этого, по всей видимости, является бoльшая площадь таллома у Hypogimnia. Характерно, что Hypogimnia physodes относится к 6 классу полеотолерантности (устойчивости) лишайников и селится на естественных (сравнительно редко) и умеренно антропогенно измененных (часто) местообитаниях (Трасс, 1985). Таким образом, сам факт присутствия этого лишайника свидетельствует о незначительном антропогенном воздействии.
Проведенный корреляционный анализ микроэлементного состава лишайников свидетельствует, что большинство элементов (кроме кобальта) связано сильной положительной связью. Таким образом, на формирование химического состава определяющее влияние оказывает один фактор, т.е. природный фактор, связанный с особенностями фоновой геохимической ситуации.
Все изложенное позволяет сделать вывод о слабом загрязнении атмосферы при ведении буровых работ. Однако необходимо учитывать большое количество скважин на территории Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов, и постепенное накопление поллютантов в тканях растений, что несет опасность деградации растительности.
Список литературы
Валеева Э.И., Блюм О.Б. Некоторые сведения о лишайниках тундр Ямала и их индикационных свойства // Западная Сибирь - проблемы развития. - Тюмень: ИПОС СО РАН, 1994.- С.142-146.
Загороднева И.М., Михайлов Н.Г., Полежаев А.Н., Картузова Л.Т. Микроэлементный состав кормовых лишайников лесотундровой зоны Магаданской области // Кормовая база и продуктивность северных оленей. - Новосибирск, 1988. - С.78-80
Красовская Т.М., Светлосанов В.А. Моделирование дальнего переноса тяжелых металлов по Кольскому полуострову // Геогр. и прир. ресурсы, 1989. - N2. - С.177-179.
Меннинг У. Дж., Федер У.А. Биомониторинг загрязнения атмосферы с помощью растений. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 143с.
Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами.- М.: ИМГРЭ, 1981. - 109 с
Методические рекомендации по геохимической оценке источников загрязнения окружающей среды. - М.: ИМГРЭ, 1982. - 66 с.
Парибок Т.А. Мохообразные как мониторы загрязнения среды металлами //Актуальные вопросы ботаники в СССР // Тез. докл. 8 съезда Всес. Ботан. о-ва. - Алма-Ата, 1988. - С.267.
Подкорытов Ф.М. Микроэлементный состав основных видов лишайников Потаповского опытно-производственного хозяйства Таймырского национального округа // Микроэлементы в биосфере и их применение в сельском хозяйстве и медицине Сибири и Дальнего Востока. Докл. II Сибирск. конф. - Улан-Удэ: Бурятское книжное изд-во, 1967. - С.202-205.
Трасс Х.Х. Трансплантационные методы лихеноиндикации // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. - Т.8. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - С.140-144.
Слипенчук М.В. Оценка геохимических особенностей растительного и почвенного покрова северной Якутии в связи с организацией станций фонового мониторинга. - Рук. деп. в ВИНИТИ 02.03.89. - N1423-В89. - 18с. Хренов В.Я. Геохимическая экология растений северной тайги // Проблемы географии Западной Сибири. - Тюмень, 1993. - С.137-143.
Case J.W. Lichen biomonitoring network in Alberta // Environ. monitoring and assessment. - 1984. - 4. - N3. - C.303-306.
Galun M., Garty S., Ronen R. Lichen as bioindicators of air pollution // Weblia,1984.-38.-C.371-383.
Grodzinska Kristina, Godzik Barbara, Szarek Grazina. Heavy metals and sulphur in lichens from southern Spitsbergen // Fragm. Florist. Et geobot.-1993.- Suppl.2\2.- C.699-708.
Hartman Z., Reznicek J. Vanad v rostlinach pri indikaci znecisteni ropnymi uhlovodicu // Pamatky a priroda,1986. - V.11. - N10. - C.614-616.
Martin Juri, Noble Reinold, Scwab Danie. Lichen and moss surface analysis using scanning electron microscopy and energy dispersive x-ray spectroskopy // Proc. Ect. Acad.Sci. Ecol. - 1992. - 2. - N3. - С.81-92.
Nash T.H., Gries C. The responce of lichens to atmospheric deposition with the emphasis on the Arctic. [Pap.] Int. Symp.Ecol. Ef. Arct. Airborne Contam. Reykjavik, 4-8 Oct.,1993. // Sci. Total. Environ. - 1995. - 160-161. - C.737-747.