CC BY
19
УДК 528.29:502.53:581.5
ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ ТРЕНДЫ ВЕЛИЧИН КОНЦЕНТРАЦИИ НЕКОТОРЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СЛОЕВИЩАХ ЭПИФИТНЫХ ЛИШАЙНИКОВ ИЗ ПОДМОСКОВЬЯ И РЯДА
РАЙОНОВ МОСКВЫ
Бязров л.Г., Иелъгунова л.А.
Проведено сравнение величин концентрации ряда элементов в слоевищах эпифитных лишайников, собранных в 1989-1992 и в 2008-2009 гг в Истринском р-не Московской обл. (Hypogymnia physodes), а также в Москве: Тушино (Hypogymnia physodes и Parmelia sulcata) и Коньково (Hypogymnia physodes). Результаты свидетельствуют о значительном загрязнении среды обитания лихенобиоты Московского региона. За сравниваемый период величины концентрации большинства измеренных в слоевищах лишайников элементов практически не изменились. Особенно незначительные изменения величин концентрации элементов во времени зафиксированы в талломах из Подмосковья. Величины концентрации элементов в слоевищах H. physodes, собранных в разные сроки в черте города, отражают тенденцию к уменьшению этого признака за сравниваемый период, но только у небольшого числа элементов. Анализ пространственного распределения величин концентрации элементов в слоевищах H. physodes показал, что по этому признаку в оба срока практически нет различий между талломами, собранными в черте города (Тушино, Коньково). В то же время заметны различия между концентрациями ряда элементов в слоевищах из Подмосковья, с одной стороны, и собранными в городе (Тушино, Коньково), с другой. Установлены пространственные различия величин концентрации элементов в слоевищах другого эпифитного вида Phaeophyscia orbicularis, образцы которого собраны на расположенных неподалеку друг от друга трех участках в центре города.
Ключевые слова: лишайники, мониторинг, загрязнение, концентрация элементов, варьирование во времени и пространстве, окружающая среда, Москва, Подмосковье.
Доступность как макро-, так и микроэлементов минерального питания, жизненно важных для осуществления физиологических функций, лимитируют рост и развитие всех организмов, в том числе и лишайников. Сосудистые растения потребляют воду и элементы минерального питания из почвы своей корневой системой. У лишайников корни отсутствуют, что обусловливает зависимость их снабжения водой и питательными элементами от атмосферных источников. Последние в сравнении с почвой относительно бедны минеральными элементами, поэтому жизненноважными для лишайников являются механизмы концентрирования элементов из атмосферы. Факт наличия таких механизмов привел в 1950-е и последующие годы к широкому научному интересу к лишайникам как к суррогатным рецепторам региональных атмосферных выпадений радиоактивных и других минеральных и органических загрязнителей (Бязров, 2002, 2005). Исследования, базирующиеся на способности лишайников накапливать в их телах различные химические вещества, в своих выводах
опираются на сведения о содержании элементов и веществ в слоевищах (талломах) лишайников, динамике величин концентрации элементов в слоевищах отдельных видов во времени и/или пространстве. Такие исследования условно можно разделить на два основных направления:
1) устанавливающие базовый уровень или «точку отсчета» концентрации избранных элементов или соединений в талломах ограниченного числа видов лишайников для определения долговременного варьирования содержания этих веществ на исследуемой территории, что предполагает повторное измерение элементов или соединений в слоевищах тех же видов лишайников через некоторый промежуток времени; при этом изменчивость концентрации измеренных веществ в пространстве обычно составляет сопутствующую проблему таких исследований;
2) устанавливающие особенности только пространственной вариабельности содержания элементов в слоевищах ограниченного числа видов лишайников; при этом изменчивость химического состава
лишайников во времени может быть сопутствующей проблемой таких исследований. Понятно, что доступные результаты исследований второго направления становятся «точкой отсчета» для установления изменений концентраций элементов или соединений от источников загрязнения во времени при последующих измерениях этих показателей по аналогичной методике в пробах с тех же мест.
Сведения о видовом разнообразии лишайников Москвы доступны из нескольких источников (Бязров, 1996, 2002, 2009; Инсаров, Мучник, 2007; Пчелкин, 1998, 2005). Однако состав элементов в лишайниках города практически не изучался, за исключением краткосрочных наблюдений за пересаженными в ряд районов города из Подмосковья слоевищами Hypogymnia physodes (Biazrov, Adamova, 1995) и получения данных о концентрации элементов в талломах Phaeophyscia orbicularis, собранных со стволов деревьев в центре города (Пельгунова, Бязров, 2008). В 1990-е годы в Москве и Московской обл., как и во всей стране, произошли значительные социально-экономические изменения - поменялась политическая система, имел место значительный спад активности промышленных предприятий. Эти изменения сказались и на составе биоты эпифитных лишайников Москвы, число видов которых к 2006 г в сравнении с концом 1980-х увеличилось почти вдвое (Бязров, 2009). Однако относительно изменения концентраций элементов в слоевищах лишайников данные отсутствуют. Целью проведенного авторами в 2007-2009 гг. исследования было, с одной стороны, выявление произошедших с начала 1990-х изменений концентрации ряда элементов в талломах эпифитных лишайников из Подмосковья и двух районов города, с другой - установление базового уровня или «точки отсчета» концентраций элементов в талломах эпифит-ных лишайников города и одного района Подмосковья для долговременного мониторинга этих показателей в местах отбора проб лишайников.
Материал и методы
Концентрация элементов была измерена в слоевищах эпифитных лишайников, собранных в следующих пунктах: 1) Истринский р-н Московской обл., 200 м на северо-восток от платформы 73 км Рижского направления железной дороги, в смешанном березово-еловом с примесью дуба и осины лесу (10 декабря 1990 г. и 16 декабря 2008 г.); 2) СевероЗападный административный округ г. Москвы, долина р. Сходня в Тушине (17 июня 1989 г. и 26 января 2009 г.); 3) Юго-Западный административный округ г. Москвы, березовый лес в Конькове, 150-200 м от ул. Профсоюзная в сторону санатория Узкое (27 января 1992 г. и 27 января 2009 г.); 4) с деревьев на
Тверском бульваре (19 июня 2007 г.); 5) с деревьев на Чистопрудном бульваре (11 июня 2007 г.); 6) с деревьев в саду «Эрмитаж» на ул. Каретный ряд (16 июня 2007 г.). В пунктах 1-3 в качестве акцепторов были отобраны слоевища листоватого эпифитного вида Hypogymnia physodes (L.) Nyl., а в долине р. Сходня также талломы листоватого эпифита Parmelia sulcata Tayl. В пунктах 4-6, где названные выше виды отсутствовали или представлены в недостаточном для отбора проб количестве, были собраны слоевища листоватого эпифита Phaeophyscia orbicularis (Neck.) Moberg.
Слоевища лишайников срезались со стволов деревьев на высоте 1-2 м вместе с субстратом (корой). Образцы помещались в полиэтиленовые пакеты, которые в свою очередь помещались в бумажные пакеты, на которых писалась этикетка с указанием номера пробы, вида древесной породы, места и даты отбора. Опыт предшествующей работы свидетельствовал, что характер выпадений находящихся в атмосфере взвешенных частиц обычно бывает пятнистый, поэтому на каждом участке отбиралось по 3-5 проб лишайников, при этом соблюдалось правило: одна проба с одного дерева, т.е на каждом участке пробы лишайника отбирали с 3-5 деревьев.
В лаборатории проводилась индивидуализация проб, поскольку в одну пробу могли попасть слоевища нескольких видов лишайников, а для дальнейшей работы с пробами необходимо было отобрать слоевища лишь того вида, который был выбран в качестве акцептора в пункте отбора. При этом стремились, чтобы талломы были примерно одного размера и соответственно сходного возраста. Затем проводилось многократное обмывание проб деионизированной водой для удаления с поверхности слоевищ посторонних частиц. Эта процедура для исследователей является предметом дискуссии (Бязров, 2002; Jackson et al., 1993). Предполагается, что при этом, возможно, происходит вымывание из слоевищ ряда элементов, поэтому некоторые исследователи не обмывали образцы перед анализом (Bargagli, 1989; Nimis et al., 2001). Другие при подготовке материала для измерения концентрации элементов талломы лишайников обмывали водой (Garty et al., 1977; Nieboer et al., 1972). Достоверные сведения о том, что более агрессивный процесс очистки приводит к уменьшению концентрации элементов, отсутствуют. Кроме того, современная измерительная аппаратура позволяет проводить определения концентрации элементов в незначительных по объему образцах, поэтому внешне незаметное поверхностное загрязнение слоевищ животными, человеком и другими агентами при высокой степени точности измерительной аппаратуры
может дать искаженное представление о содержании элементов или их соединений в тканях лишайника. Следует также отдавать отчет, воспринимаем ли мы таллом лишайника как физическую поверхность, на которую осаждаются различные вещества, или считаем слоевище живым телом, аккумулирующим в себе вещества из окружающей среды. В первом случае обмывать образцы не следует, во втором - необходимо.
Влажные слоевища отделяли от субстрата с помощью стеклянных и пластмассовых шпателей и вновь обмывали их деионизированной водой. Очищенные части слоевищ помещали в пакеты из кальки. Полученные таким образом чистые пробы лишайников предварительно сушили в сушильном шкафу при температуре 105°С. Известно, что при температуре выше 100°С происходит потеря массы из-за улетучивания ряда веществ (Jackson et al., 1993). Но поскольку для всех образцов, собранных в разных пунктах и в разное время, процедура подготовки проб для измерения, в том числе обмывание и сушка, была одинаковой, то и на результаты сравнения концентрации элементов в собранных талломах лишайников возможные потери в ходе этих процедур не повлияли. Высушенные образцы затем измельчали растиранием в агатовой ступке до получения пудры с размером частиц не более 50 мкм. Из полученной массы отбирали навеску 25-35 мг (взвешивание проводили на аналитических весах AE240 фирмы «Mettler» с точностью до пятого знака), из которой готовили образцы в виде суспензии (связующий компонент - 1%-й водный раствор Triton X100). Аликвоту полученной суспензии наносили непосредственно на прободержатель и высушивали при температуре 40-50°С. Все манипуляции с лишайниками проводили в специальной одноразовой пластиковой посуде.
Качественный и количественный элементный состав в подготовленных таким образом лишайниковых препаратах определяли методом рентгенофлуорес-центного анализа (TXRF) в Лаборатории экологического мониторинга в регионах АЭС и биоиндикации ИПЭЭ РАН. Принцип рентгенофлуоресцентной спектроскопии базируется на том, что атомы под воздействием мягкого гамма- или рентгеновского излучения индуцируют вторичное флуоресцентное рентгеновское излучение. Длина волны и энергия флуоресцентного излучения имеют определенное значение для каждого элемента. Специальная аппаратура с энергодисперсионным детектором регистрирует вторичное характеристическое рентгеновское излучение каждого присутствующего в образце элемента, а интенсивность его, по которой рассчитывается концентрация любого элемента, измеряется с помощью усилителя, соединенного с многоканальным анализатором.
Абсолютная чувствительность данного метода составляет в среднем 10 %.
Измерение элементного состава и концентрации элементов проводили на спектрометрической установке «S2 PICOFOX» («Bruker», Германия). Для количественного определения использовали метод внутреннего стандарта, т.е. в каждый образец вводили элемент определенной концентрации, не присутствующий в пробе. В данном случае использовали раствор селена азотнокислого с концентрацией 10 мкг/мл, приготовленный из стандартного образца (инвентарный № 32116, собственный № A09R023, «Alfa Aesar, A Johnson Matthey Company»).
При TXRF-анализе препараты помещаются на отражающую рентгеновские лучи подложку диаметром 30 мм, изготовленную из акрилового или кварцевого стекла.
Процесс качественного и количественного анализов включает следующие шаги:
измерение всего спектра (линии всех элементов измеряются одновременно);
оценка спектра, выделение определяемых элементов;
расчет концентраций выделенных элементов.
Полученные первичные данные затем подвергались ревизии, пробы, по которым появлялись вопросы, измерялись повторно, уточнялась оценка спектров и происходила коррекция первичных данных. Статистическая обработка полученных величин концентрации элементов проведена с использованием соответствующего приложения программы Microsoft Office Excel 2003.
Результаты и обсуждение
Названным ранее методом во всех измеренных пробах лишайников обнаружено наличие 26 элементов: Ac, Ag, As, Au, Ba, Br, Ca, Cl, Cr, Cu, Fe, I(1), K, Mn, Ni, Pb, Rb, S, Sb, Sr, Th, Ti, V, W, Y, Zn (табл. 1-5), в том числе и такого редкого как актиний (Ac), который зафиксирован в образцах из Подмосковья, Коньково и с Чистопрудного бульвара. Согласно принятой классификации ингредиентов выбросов вредных веществ (Общероссийский классификатор...), из выявленных элементов к классу опасности 1 принадлежат Cr, Pb и V. Элементы As, Br, Cl, Cu, I, Mn, Ni и Zn относятся к классу опасности 2, а соединения Fe и Sb - к классу опасности 3. Ca, Fe, K, Ti имеют высокое содержание в земной коре, их кларки составляют 4,1; 4,1; 2,1 и 0,55% соответственно (Эмсли, 1993). Из этих четырех элементов первые три необходимы для жизнедеятельности организмов, они участвуют в формировании тканей растений и животных. Стабильный щелочной металл Sr практически безвреден, его роль в составе
Т а б л и ц а 1
Концентрации (мг/кг сухой массы) обнаруженных элементов в слоевищах эпифитного лишайника Иуро^шп1а physodes (п = 5) со стволов березы из смешанного леса в Истринском р-не Московской обл. в 200 м от пл. 73 км Рижской железной дороги, собранных с интервалом 18 лет
Элемент Дата сбора 10.12.1990 16.12.2008
концентрация, мг/кг
средняя±ошибка максимальная средняя±ошибка максимальная
Ас - 73* - н/д
Ag 609±262 1282 - н/д
А8 - 97* - 96*
Ва - 338* - 364*
Вг 56±23 102 73±24 102
Са 10480±2767 15933 52855±22273 115152
С1 3300±895 6228 4703±480 5762
Си 222±53 404 156±15 199
Fe 9828±2663 16742 9858±1423 13607
К 5834±923 7106 8402±489 9706
Мп 1014±428 2304 10141±782 12409
N1 31±21 109 - н/д
РЬ 33±13 62 27±17 69
Rb 17±8 40 - 32*
Б 869±410 2180 - н/д
БЬ - 803* - н/д
Бг 79±19 145 110±15 140
Т1 296±109 576,7 127±75 288
7п 970±282 1814 1642±55 1759
*Элемент обнаружен лишь в одной пробе.
земной коры не столь высока, как железа, но достаточно заметна - кларк элемента составляет 3,710 2% (Эмсли, 1993). Формы Аи, W обычно нерастворимы и не токсичны. РЬ токсичен и при накоплении в организме действует как яд. В окружающую среду поступает главным образом с выбросами двигателей автотранспорта; используется в элементах электропитания, в красках, при изготовлении стекла.
Концентрацию элементов в объектах окружающей человека среды обычно определяют в целях установления степени загрязнения среды. В Законе Российской Федерации «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ (Российская газета за 12 января 2002 г, № 6) загрязнение определяется как «поступление в окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду», а загрязнителем среды считается «вещество или смесь веществ, количество и (или) концентрация которых превышают установленные для химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов нормативы и оказывают негативное воздействие на окружающую среду» (статья 1). Таким образом, за-
грязнением обозначают процесс поступления в среду различных веществ после того, как их содержание в среде достигает некоторой нормируемой критической для человека величины - предельно допустимой концентрации (ПДК), превышение которой негативно для населения. Нормирование осуществляют государственные органы. К сожалению, содержание веществ в лишайниках не нормируется. Но и нормы для пищевых продуктов также не могут быть ориентиром. Так, ПДК в пищевых продуктах растительного происхождения составляет (мг/кг): 0,2 (As), 0,1-0,3 (Сг), 5-10 (Си), 50 ^е), 1500 (Мп), 0,5 (N1), 0,2-0,5 (РЬ), 0,1-0,3 (БЬ), 10-25 (2П) (Беспамятнов, Кротов, 1985).
Но эти величины установлены для материала (зерно, овощи, фрукты), который сформировался в течение нескольких месяцев (вегетационный период), тогда как возраст отбираемых для анализов слоевищ лишайников превышает пять лет, а чаще этот показатель составляет более 10 лет. Кроме того, элементы в лишайники поступают из воздушной среды. Поэтому не удивительно, что приведенные выше значения ПДК элементов в пищевых продуктах намного ниже величин концентрации этих элементов в лишайниках
Т а б л и ц а 2
Концентрации (мг/кг сухой массы) обнаруженных элементов в слоевищах эпифитного лишайника Иуро^шп1а physodes (п = 3) со стволов ивы в долине р. Сходня в Тушино (Москва), собранных с интервалом 19,5 лет
Дата сбора Элемент 10.12.1990 16.12.2008
концентрация, мг/кг
средняя±ошибка максимальная средняя±ошибка максимальная
Ag 3798±149 4046 2593±1590 5484
ЛБ - 108* - 54*
Ва - н/д - 1825*
Вг 26±13 40 - н/д
Са 244652±23321 287799 225802±58517 332564
С1 3089±208 3422 2557±706 3373
Сг - 519* - н/д
Си 115±6 121 65±22 107
Fe 21993±1136 24250 8665±1893 10871
I - 15517* - 17344*
К 12625±341 13270 9525±1753 11312
Мп 988±60 1101 254±55 317
N1 - 98* - 29*
РЬ 89±44 137 27±15 54
яъ 84±3 87 30±6 40
Б - н/д - 2541*
Бг 317±21 339 315±109 521
Т1 1113±210 1469 234±134 463
гп 2009±935 3879 748±459 1583
*Элемент обнаружен лишь в одной пробе.
(табл. 1-5). Следовательно, при оценке показанных в табл. 1-5 данных необходимо ориентироваться на содержание этих элементов в лишайниках из «фоновых» участков или других регионов, для которых известна хотя бы качественная оценка состояния среды, т.е. «чистый» или «грязный» этот регион. В нашем случае таким подходящим для сравнения участком стал Центрально-Лесной заповедник (ЦЛЗ), расположенный в Тверской обл., примерно в 280 км на запад от Москвы. На этой территории в 1990 г. были собраны слоевища лишайника Hypogymnia physodes, в которых измерили концентрации 52 элементов (Второва, Маркерт, 1995). Эта величина (мг/кг) составила: 1,31 (Лб); 23 (Ва); 11,5 (Вг); 810 (Са); 2,23 (Сг); 10,9 (Си); 664 ^е); 3655 (К); 149 (Мп); 3,405 (№); 8,59 (Рь); 7,37(ЯЬ); 1300 (Б); 0,265 (БЬ); 6 (Бг); 0,193 (ТЬ); 1,5 (V); 0,58 (У); 72 ^п). На основании сравнения показателей концентрации элементов в тканях исследованного вида с аналогичными данными из Западной Европы территория ЦЛЗ признана как удовлетворительно среднезагрязненная (Второва, Маркерт, 1995). Поскольку величины концентрации элементов в слоевищах того же вида из Подмосковья и Москвы много выше (табл. 1, 2, 4), то Московский регион следует от-
нести к сильно загрязненным. Данные табл. 1-5 показывают пространственную пятнистость распределения ряда элементов в одном пункте отбора, поскольку они были обнаружены лишь в одной из 3-5 лишайниковых проб, т.е. на одном из 3-5 деревьев участка. Это прежде всего Ас, Ли, Ва, V, W, У и некоторые другие. Однако большинство элементов (Са, Си, Fe, К, Мп, РЬ, Rb, Sг, Т1, Zn) представлены практически во всех отобранных в оба срока образцах лишайников из всех перечисленных ранее мест. Полученные результаты позволяют провести анализ изменений величины концентрации элементов как во времени, так и в пространстве.
Варьирование концентрации элементов во времени
Изменение величин концентрации элементов во времени позволяют установить данные измерений образцов лишайников из Подмосковья (табл. 1), Тушино (табл. 2, 3) и Коньково (табл. 4). Различие показателей концентрации элементов в слоевищах из Подмосковья для большинства элементов, представленных в оба срока, статистически (критерий 0 не достоверны. Только у Мп средняя концентрация за 18 лет с 1990 г. увели-
Т а б л и ц а 3
Концентрации (мг/кг сухой массы) обнаруженных элементов в слоевищах эпифитного лишайника Parmelia sulcata (n = 5) со стволов ивы в долине р. Сходня в Тушино (Москва), собранных с интервалом 19,5 лет
Элемент Дата сбора 10.12.1990 16.12.2008
концентрация, мг/кг
средняя±ошибка максимальная средняя±ошибка максимальная
Ag 702±296 1390 551±352 1699
As 35±15 65 39±11 61
Ba - н/д - 309*
Br - н/д - 27*
Ca 25640±7020 51853 69404±14930 120849
Cl 353±206 779 1713±253 2246
Cr - 112* 71±57 292
Cu 51±14 81 96±16 138
Fe 18278±3707 30323 16572±2636 22365
K 11675±1718 18045 11655±1748 16966
Mn 623±366 1327 459±70 615
Ni - н/д - 296*
Pb - 39* 13±8 36
Rb 55±15 88 71±15 106
S 1106±468 2291 - 3304*
Sr 69±20 104 163±29 247
Ti 1656±238 2464 1140±115 1424
Y - 65* - н/д
Zn 661±137 1143 867±154 1268
*Элемент обнаружен лишь в одной пробе.
чилась на порядок, а Ac, Ag, Ni, S, Sb не обнаружены в пробах, собранных в декабре 2008 г. (табл. 1).
На северо-западе Москвы (Тушино) различия во времени величин концентрации в слоевищах H. physodes для большинства элементов, представленных в оба срока, также статистически не достоверны. Только концентрации Fe, Mn, Pb и Rb значимо уменьшились за 19,5 лет. Ba и S не обнаружены в пробах 1989 г., а Br и Cr - в пробах 2009 г. (табл. 2). В слоевищах собранного здесь же вида Parmelia sulcata различия величин концентрации во времени статистически достоверны для Ca, среднее содержание которого за 19,5 лет увеличилось более чем в 2 раза. В пробах, собранных в 1989 г., не выявили Ba и Ni, а в пробах 2009 г. - Br и Y (табл. 3). Сравнение величин концентрации элементов в пробах лишайников двух видов, собранных в долине р. Сходня, показало, что статистически значимые различия в величинах концентрации между слоевищами H. physodes и P sulcata в 1989 г. были у элементов Ag, Ca, Cl, Cu, Sr, а в 2009 г. - у Ca, Ti, причем из этих элементов талломы H. physodes в сравнении c другим видом содержали меньше только Ti .
На юго-западе Москвы (Коньково) различия во времени величин концентрации в слоевищах H. phy-sodes, представленных в оба срока, статистически значимы для Fe, Mn, Ti, причем концентрация Mn за 17 лет увеличилась, а двух других элементов - уменьшилась. В пробах, собранных в 2009 г., здесь не обнаружены Ac, Ba, I, Ni и Y (табл. 4).
варьирование концентрации элементов в пространстве. Этот показатель анализировали по величинам концентрации элементов в слоевищах лишайников Hypogymnia physodes и Phaeophyscia orbicu-laris. Сравнение величин концентрации элементов между собой в талломах H. physodes из разных мест показывает, что в конце 1980-х - начале 1990-х годов по этому показателю пробы из Тушина и Конькова различались по трем элементам, а в 2009 г. - по шести (табл. 6), при этом различия были обусловлены тем, что эти элементы отсутствовали в пробах либо из Тушина (знак «-» в табл. 6), либо из Конькова (знак «+»). В то же время в оба срока были статистически значимыми различия величин концентрации 9-11 элементов между пробами из Подмосковья и пробами из Тушина и Конькова, т.е. различия между пунктами
Т а б л и ц а 4
Концентрации (мг/кг сухой массы) обнаруженных элементов в слоевищах эпифитного лишайника Иуро^т-таphysodes (п = 4) со стволов березы в Конькове в 150-200 м от ул. Профсоюзная в сторону санатория Узкое
(Москва), собранных с интервалом 17 лет
Элемент Дата сбора 10.12.1990 16.12.2008
концентрация, мг/кг
средняя±ошибка максимальная средняя±ошибка максимальная
Ac - 33* - н/д
Ag 1605±915 4993 3200±141 3535
As 59±26 129 46±27 102
Ba 278±172 778 - н/д
Br 24±10 50 34±9 58
Ca 154667±38563 296462 170775±15953 217461
Cl 2731±380 3846 3212±874 5651
Cu 86±13 112 88±22 150
Fe 23720±4544 33788 12029±2123 18210
I 4117±3179 16417 н/д
K 14076±2153 18727 13694±1503 18185
Mn 812±162 1224 3414±586 5172
Ni 39±28 144 н/д
Pb 42±29 147 41±23 84
Rb 66±14 93 39±5 53
S 1025±641 2979 2122±1144 5372
Sr 213±50 371 262±20 313
Ti 2385±521 4140 1000±157 1342
Y - 73* - н/д
Zn 1572±727 4465 1196±279 1940
*Элемент обнаружен лишь в одной пробе.
в черте города были меньше, чем между пробами из тех же пунктов и из Подмосковья (табл. 6). В 1990 г. практически у всех элементов величина концентрации в пробах из Подмосковья была ниже, чем в лишайниках из черты города (табл. 6), тогда как в 2009 г. для ряда элементов величина концентрации в городе стала ниже по сравнению с Подмосковьем (в Тушине - Cl. Cu, Mn; в Конькове - Br, Cu, Mn).
Сад «Эрмитаж», бульвары Тверской и Чистопрудный расположены неподалеку друг от друга, поэтому для нас неожиданно статистически значимыми оказались различия величин концентрации элементов в слоевищах Phaeophyscia orbicularis с Чистопрудного бульвара с пробами того же вида из сада «Эрмитаж» (по 12 элементам) и Тверского бульвара (по 8 элементам), тогда как различия этого показателя между образцами с Тверского бульвара и из сада «Эрмитаж» были значимыми лишь для трех элементов (табл. 7), при этом они были обусловлены тем, что эти элементы отсутствовали в пробах либо из сада «Эрмитаж» (знак «+» в табл. 7), либо с Тверского бульвара (знак «-») . Лишайники с
Чистопрудного бульвара в сравнении с лишайниками из сада «Эрмитаж» содержат больше Ba, Cr, K, Sr, а в сравнении с пробами с Тверского бульвара - As, Ba, Cr. Также в слоевищах P orbicularis с Чистопрудного бульвара обнаружены Ac, Au, V, W, не выявленные в талломах того же вида, собранных на деревьях сада «Эрмитаж» и Тверского бульвара.
Результаты проведенной работы свидетельствуют о значительном загрязнении среды обитания лихе-нобиоты Московского региона. Если с конца 1980-х годов до середины 2006 г. в Москве число видов эпифитных лишайников увеличилось почти вдвое (Бязров, 2009), то за немногим более продолжительный период концентрации большинства измеренных в слоевищах Hypogymnia physodes элементов практически не изменились. Это подтверждает сделанный ранее вывод, что увеличение числа видов эпифитных лишайников и частоты встречаемости некоторых из них в Москве связано со снижением пресса кислотного загрязнения среды и ее нитрофикацией (Бязров, 2009). Наблюдаемые для ряда элементов различия во времени, возможно, связаны с пятнистостью их
*Элемент обнаружен лишь в одной пробе.
Т а б л и ц а 6
Элементы со статистически значимыми различиями (критерий t) величин концентрации в слоевищах Hypogymniaphysodes из
разных мест их отбора и в разные сроки
Т а б л и ц а 5
Величины концентрации (мг/кг сухой массы) элементов в слоевищах лишайника Phaeophyscia orbicularis в пробах с деревьев Тверского, Чистопрудного бульваров и сада «Эрмитаж» (отбор проб проводили в июне 2007 г.)
Место сбора Элемент ^^^^ Тверской бульвар (n = 3) Чистопрудный бульвар (n = 3) Сад «Эрмитаж» (n = 3)
концентрация, мг/кг
средняя±ошибка максимальная средняя±ошибка максимальная средняя±ошибка максимальная
Ac - н/д - 1,4* - н/д
As - 0,14* 1,1±0,4 1,8 - н/д
Au - н/д - 0,03* - н/д
Ba 3±1 3,9 30±1 30 10±3 13
Ca 3315±1152 4799 1470±284 1876 4512±222 4756
Cr 2,2±1,2 4 - 17* 1,7±0,6 2,2
Cu 6±2 9 7±2 11 5±1 7,5
Fe 2082±931 3941 1136±190 1486 4084±320 4547
K 582±110 733 647±80 789 327±47 421
Mn 22±6 31 28±4 35 13±4 21
Ni - н/д - 0,8* 1,1±0,6 1,7
Pb 21,8±7,6 30 2,7±0,5 3 15,4±2,5 19
Rb 0,4±0,1 0,5 0,4±0,1 0,5 0,3±0,2 0,7
Sr 5±1 7 7±1 9 3±1 4
Th - н/д - н/д 1,4±0,6 2
Ti 5±2 7 9±2 13 11±3 14
V - н/д - 5* - н/д
W - н/д - 1,3* - 1,2*
Zn 21±5 25 29±5 36 13±4 20
Год 1990 2009
Место 73 км Тушино Коньково 73 км Тушино Коньково
73 км ■ -Ac, <Ag, <Ca, <Fe, +I, <K, -Sb, <Sr, <Ti <Ca, <Fe, +I, <K, <Rb, -Sb, <Sr, <Ti, +Y ■ +Ag, -Br, <Ca, >Cl, >Cu, +I, >Mn, +Ni, +S +Ag, -Ba, >Br, <Ca, >Cu, <K, >Mn, <Rb, +S, <Sr, <Ti
Тушино ■ +Ac, -Cr, +Y ■ -Ba, +Br, -I, +Mn, -Ni
П р и м е ч а н и е: «-» - элемент представлен в сравниваемом пункте; «+» - элемент в сравниваемом пункте не обнаружен; «<» -величина концентрации больше, чем в сравниваемом пункте; «>» - величина концентрации меньше, чем в сравниваемом пункте.
пространственного распределения, поскольку в оба сравниваемых срока эти элементы, как правило, обнаруживали в одной из нескольких проб. Особенно незначительные изменения величин концентрации элементов во времени зафиксированы в талломах из Подмосковья (табл. 1). Величины концентрации элементов в слоевищах H. physodes, собранных в разные сроки в черте города (табл. 2, 3), отражают тенденцию к уменьшению этого показателя за сравниваемый период, но только у небольшого числа элементов. И
все же они как в Подмосковье, так и в Москве намного превышают уровни концентрации в талломах того же вида с территории среднезагрязненного ЦЛЗ (Второва, Маркерт, 1995), что позволяет сделать вывод о значительном загрязнении окружающей среды в Московском регионе.
Таким образом, анализ пространственного распределения величин концентрации элементов в слоевищах H. physodes показал (табл. 6), что по этому показателю в оба срока практически нет различий меж-
Т а б л и ц а 7
Элементы со статистически значимыми различиями (критерий t) величин концентрации в слоевищах Phaeophyscia orbicularis
между разными местами отбора проб лишайника
Место Чистопрудный бульвар Сад «Эрмитаж» Тверской бульвар
Чистопрудный бульвар ■ -Ac, -As, -Au, >Ba, <Ca, >Cr, <Fe, >K, <Pb, >Sr, +Th, -V, -W -Ac, >As, -Au, >Ba, >Cr, -Ni, -V, -W
Сад «Эрмитаж» ■ +As, -Ni, -Th
П р и м е ч а н и е: «-» - элемент представлен в сравниваемом пункте; «+» - элемент не обнаружен в сравниваемом пункте; «<» - величина концентрации больше, чем в сравниваемом пункте; «>» - величина концентрации меньше, чем в сравниваемом пункте.
ду талломами, собранными в черте города (Тушино, Коньково). В то же время заметны различия между концентрациями ряда элементов в слоевищах из Подмосковья, с одной стороны, и собранными в городе (Тушино, Коньково), с другой.
Установлены пространственные различия величин концентрации элементов в слоевищах другого эпифитного вида Phaeophyscia orbicularis, собранных на расположенных неподалеку друг от друга трех участках в центре города (табл. 5, 7). По этому показателю отличаются пробы с Чистопрудного бульвара, где концентрации ряда элементов превышали этот показатель в пробах с Тверского бульвара и сада «Эрмитаж», тогда как между двумя последними участками различий по большинству параметров практически нет. Выявленные различия свидетельствуют о неоднородности центра Москвы по показателям загрязнения окружающей среды, что требует крупномасштабного обследования всей территории города в пределах Садового кольца для получения объективной картины территориальной дифференциации центра города по степени загрязнения окружающей среды. Поскольку варьирование концентрации элементов в пределах вида существенное, видимо, необходимо увеличить число образцов, отбираемых в сравниваемых точках, а также собирать одновозрастные слоевища.
Различия величин концентрации элементов между слоевищами H. physodes и P. sulcata, собранными
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Беспамятнов Г.п., кротов ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л., 1985. 528 с.
Бязров л.Г. Видовое разнообразие лишайников Москвы // Бюл. МОИП. Отд. биол. 1996. Т. 101, вып. 3. С. 68-77.
на одном участке (Тушино), подтверждает рекомендации использовать для мониторинга, связанного с измерением содержания элементов, один вид лишайников (Бязров, 2002, 2005).
Обнаружение в талломах лишайников Ас и ряда других редких элементов подтверждает свойство лишайников концентрировать в своих телах элементы, что дает основание использовать лишайники для выявления редких элементов в окружающей среде. Мы полагаем, что результаты проведенного исследования, устанавливающие как базовый уровень концентрации избранных элементов в талломах трех видов лишайников, так и варьирование содержания этих веществ в слоевищах на исследованной территории во времени и пространстве, наряду с опубликованными данными об изменении видового состава эпифитных лишайников (Бязров, 2009), будут полезны для оценки современного состояния среды в Московском регионе, а кроме того, и станут «точкой отсчета» для последующего мониторинга состояния окружающей среды в городе и области на основе измерения концентрации элементов в слоевищах.
Работа выполнена по плану научных исследований Лаборатории экологического мониторинга в регионах АЭС и биоиндикации учреждения РАН Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова. Авторы благодарят анонимного рецензента за тщательный анализ рукописи, ее положительную оценку и сделанные ценные замечания, учтенные при ее доработке.
Бязров л.Г. Лишайники в экологическом мониторинге. М., 2002. 336 с.
Бязров л.Г. Лишайники - индикаторы радиоактивного загрязнения. М., 2005. 476 с.
Бязров л.Г. Эпифитные лишайники г. Москвы: современная динамика видового разнообразия. М., 2009. 146 с.
Второва В. Н., Маркерт Б. Мультиэлементный анализ растений лесных экосистем Восточной Европы // Изв. РАН. Сер. биол. 1995. Вып. 4. С. 447-454.
Инсаров Г.Э., Мучник Е.Э. Лишайники в условиях загрязнения воздуха в Москве // Проблемы экологического мониторинга и моделирования экосистем. СПб, 2007. Т. 21. С. 404-434.
Общероссийский классификатор ингредиентов выбросов вредных веществ // Электр. ресурсы. Режим доступа: http:// titysoft.mosmap.ru/Qasslng/Classlng.htm (04.05.2010).
Пельгунова Л.А., Бязров Л.Г. Первые данные о концентрации элементов в слоевищах эпифитного лишайника на деревьях центра Москвы // Современная микология в России. Т. 2. Мат-лы 2-го Съезда микологов России. М., 2008. С. 534.
Пчелкин А.В. Распространение лишайников в Москве. М., 1998. Деп. в ВИНИТИ (№ 2910-В98). 21 с.
Пчелкин А.В. Сравнение флоры лишайников Москвы и Приокско-Террасного заповедника // Экосистемы Приокско-Террасного биосферного заповедника. Пущино, 2005. С. 95-104.
Эмсли Д. Элементы. М., 1993. 256 с. (Перевод с английского).
Bargagli R. Determination of metal deposition patterns by epiphytic lichens // Toxicological & Environmental Chemistry. 1989. V. 18. P. 249-256.
Biazrov L.G., Adamova L.I. The estimation of some trace and toxic elements behaviour in Moscow city with help of lichens // Third International Conference on the Biogeo-chemistry of Trace Elements, 15-19 May 1995. Paris, France. Abstracts. Theme C: Evaluation and Management of Risk. 1995. C. 3.
Garty J., Fuchs C., Zisapel N., Galun M. Heavy metals in lichen Caloplaca aurantia from urban, suburban and rural regions in Israel. A comparative study // Water, Air, and Soil Pollution. 1977. V. 8. P. 171-188.
Jackson L.L., Ford J., Schwartzman D. Collection and chemical analysis of lichens for biomonitoring // Lichens as bioindicators of air quality. General technical report / Eds. K. Stolte et al. U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Rocky Mountain Forest and Range Experiment Station, Fort Collins, Colorado, 1993. P. 96-115.
Nieboer E., Ahmed H.M., Puckett K.J., Richardson D.H.S. Heavy metal content of lichens in relation to distance from a nickel smelter in Sudbury, Ontario // Lichenologist. 1972. V. 5. P. 292-304.
Nimis P.L., Andreussi S., Pittao E. The performance of two lichen species as bioaccumulators of trace metals // Science of the Total Environment. 2001. V 275. P. 43-51.
Поступила в редакцию 25.05.2010
SPATIAL-TEMPORAL TRENDS OF SOME ELEMENTS CONCENTRATION IN THALLI OF EPIPHYTIC LICHENS FROM NEAR MOSCOW SITE AND SOME
DISTRICTS OF MOSCOW CITY
L.G. Biazrov, L.A. Pelgunova
The comparison of values of concentration of some elements in thalli of epiphytic lichens collected in 1989-1992 and in 2008-2009 in Istra districts of the Moscow region (Hypogymnia physodes) and also in Moscow city: Тушино (Hypogymniaphysodes and Parmelia sulcata) and Коньково (Hypogymnia physodes) is carried out.. The results show to significant pollution of lichen habitats in the Moscow region. For the compared period the values of concentration of the majority measured elements in lichen thalli practically have not changed. The especially insignificant changes of values of concentration of elements in time are fixed in thalli from Istra district. The values of concentration of elements in H. physodes thalli collected in different terms in Moscow city boundaries show the tendency of reduction of this parameter for the compared period but only at small number of elements. The analysis of spatial distribution of values of concentration of elements in H. physodes thalli has shown that on this parameter in both terms practically there are no distinctions between thalli collected in Moscow city boundaries (Tushino, Kon'kovo). At the same time are appreciable distinctions between concentration of some elements in thalli from Istra district and collected in city (Tushino, Kon'kovo). Also are established the spatial distinctions of values of concentration of elements in thalli of epiphytic lichen Phaeophyscia orbicularis collected in city centre on the three sites located nearby from each other.
Key words: lichens, monitoring, pollution, concentration, elements, temporal and spatial variation, environment, Moscow city, Moscow region.
Сведения об авторах: Бязров Лев Георгиевич - вед. научн. сотр. Института проблем экологии и эволюции РАН, канд.биол.наук ([email protected]); Пельгунова Любовь Андреевна - науч. сотр. Института проблем экологии и эволюции РАН (([email protected]).
