CC BY
40
УДК 581.5:574.4
СООБЩЕСТВА БРИОФИТОВ И СИНАНТРОПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ
Ю.Г. Поцепай, Л.Н. Анищенко, Л.М. Шматова
В статье рассматриваются накопительные возможности мохообразных и надземной фитомассы сообществ синантропной растительности по отношению к элементам группы тяжелых металлов в фиторемедиационных целях.
Ключевые слова: мохообразные, синантропная растительность, фиторемедиация.
Фиторемедитация почв - перспективное направление восстановление компонентов биотопов нарушенных экосистем. Однако в настоящее время практически отсутствуют работы, рассматривающие моховой покров, а также широко распространенные фитоценозы синантропной растительности как средство фиторемедитации почв при различных типах загрязнения, за исключением единичных работ. Компоненты живого напочвенного покрова лесных экосистем, а также и рудеральные, сегетальные и другие синантропные ценозы обладают свойством быстро восстанавливаться при нарушении (или изъятии). Это обстоятельство позволит ускорить процессы репарации экосистем при стрессовых воздействиях.
Цель статьи - рассмотреть накопительные возможности мохообразных и надземной фитомассы сообществ синантропной растительности по отношению к элементам группы тяжелых металлов в фиторемедитационных целях.
МЕТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.
Исследования проводились на селитебных территориях 17 административных районов Брянской области. Сообщества синантропной растительности подвергались геоботаническим описаниям по методике школы Ж. Браун-Бланке [4]. Поскольку распространение синантропной растительности носит пятнистый характер, большинство сообществ описывали в естественных границах, при этом площадь описаний была менее 5 м2. В камеральных условиях устанавливалась принадлежность сообществ к синтаксонам растительности по эколого-флористической классификации. В полевых условиях с площади 1 м2скашивалась надземная биомасса растений, подвергалась общепринятой камеральной обработке для пробоподготовки к работе на спектрометре «Спектроскан-Макс» [2]. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве определялись по ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.2042-06 [3]. Анализировались данные для смешанных образцов фитомассы.
Накопительные возможности мохообразных изучались в средневозрастном, сосняке лещиново-костяничном класса VaccinioPiceeteaBr.-Bl. 1939, союза - Dicrano-PinionsylvestrisMatuszkiewicz 1962, ассоциации - Dicrano -
ft'netumnsylvestrisPreismgetKnappexOberdorfer 1957, субассоцации - quercetosumroboris [1] в Семецком и Октябрьском лесничестве ФГУ «Почепский лесхоз» агентства лесного хозяйства по Брянской области. Пробные площади (1111) были заложены на расстоянии 700 (1111 1), 1000 (1111 2) и 1500 (1111 3) м от объекта хранения химического оружия (ОХХО) в зоне действия преобладающих в районе западных ветров, а также условно фоновая ПП на значительном удалении от ОХХО. Напочвенный моховой покров (образцы) представлен следующими видами: AtrichumundulatumHedw, SanioniauncinatisHedw, BrachytheciumsalebrosumWeb. etMohr, PlagiotheciumlaetumSchimp, DicranumscopariumHedw. Смешанные образцы исследовались в течение трех лет.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
Валовая накопительная способность по отношению к 12 элементам группы тяжелых металлов анализировалась для образцов фитомассы (табл. 1) в сообществах класса Artemisieteavulgaris, Bidenteteatripartitae. Наибольшая накопительная способность по отношению к стронцию зарегистрирована для сообществ ассоциации Leonuro-Urticetumdioicae, Echinocystislobata (116,32 и 119,73 мг/кг), к железу - сообществ Artemisiavulgaris, Helianthustuberosus, Cyclachaenaxanthiifolia, Bidenstripartite (12506,14 и 12933,95 мг/кг), к хрому - сообществ Urticadioica, Cyclachaenaxanthiifolia (68,21 и 72,17 мг/кг), к титану - сообществ Helianthustuberosus, Cyclachaenaxanthiifolia (222,24 и 295,01 мг/кг).
Для марганца не зарегистрировано превышение ОДК (ОДК = 1500 мг/кг) ни в одном исследуемом образце растений. Валовое содержание мышьяка в исследуемых образцах близко к ОДК (ОДК =2,0 мг/кг), превышение зарегистрировано только в пробе фитомассы сообщества Cyclachaenaxanthiifolia.
Концентрация цинка в пробах биомассы для сообщества ассоциации Leonжo-UrticeШmdioicae, сообществ Urticadioica, Cyclachaenaxanthiifolia, Heracleumsosnowskyi превышает ОДК (ОДК= 55,0 мг/кг).
Валовая концентрация меди выше ОДК (ОДК= 33,0 мг/кг), а также свинца (ОДК = 32,0 мг/кг) в биомассе сообществ Urticadioica и Cyclachaenaxanthiifolia. Установлено совместное накопление в надземной растительной массе этих двух элементов.
Содержание никеля в фитомасе растений, превышающее ОДК (ОДК = 20,0 мг/кг), определено для сообществ Urticadioica, Helianthustuberosus, Echinocystislobata, Bidenstripartite.
Не поглощаются надземной растительной биомассой кобальт и ванадий. Итак, наиболее перспективны в отношении поглощения элементов, поступающих в почву от различных источников, считаются широко распространенные синантропные сообщества Urticadioica, а также неофитные фитоценозы Cyclachaenaxanthiifolia.
Таблица 1
Валовое содержание (мг/кг) элементов группы тяжелых металлов в фитомассе наиболее распространенных сообществ синантропной растительности на территории Брянской
области
Эле Сообщества*
мент 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Sr 116,32 110,67 83,15 95,70+ 91,22 101,19+ 83,94+0, 119,73+ 112,14+ 98,79
+0,93 +0,87 +0,59 0,92 +0,86 0,83 85 1,23 0,86 +0,74
Pb 20,11 19,64 44,25 21,40 16,49 25,16 37,71 31,35 20,41 23,47
+1,35 +1,23 + 0,49 + 1,69 +1,31 +1,99 +2,37 +1,93 +1,99 +1,62
As 1,16 1,09 1,35 0,67 0,92 1,71 2,17 1,14 1,03 1,03
+0,11 +0,38 +0,09 +0,06 +0,07 +0,51 +0,04 +0,06 +0,27 +0,05
Zn 55,71 52,74 76,35 44,64 41,29 39,32 94,72 42,71 34,39 71,37
+0,31 +0,82 +0,43 +0,21 +0,19 +0,09 +0,17 +0,45 +0,081 +0,66
ей 27,26 29,96 36,45 24,17 22,75 27,83 40,40 21,90 17,90 26,076
+0,31 +0,29 +0,38 +0,23 +0,38 +0,256 +0,65 +0,39 +0,31 +0,51
N1 19,17 17,36 34,30 18,32 19,99 21,37 18,65 29,29 25,30 18,03
+0,22 +0,28 +0,40 +0,27 +0,35 +0,35 +0,76 +0,45 +0,19 +0,23
Со 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Бе 11835,8 1+ 23,18 9236,13 9367,0 8+ 21,39 12811, 1 +22,37 10809,2 12506,1 18407,6 11115,1 12933,9 11889,1 9 +23,94
+ 25,27 +22,11 +23,90 +18,68 +23,13 +23,91
Мп 405,14 704,48 507,50 293,93 281,03+ 185,99+ 1242,40 199,16+ 137,18+ 164,56
+3,19 +3,01 +3,46 +1,09 1,14 2,08 +2,89 3,09 3,15 +3,97
Сг 42,38 42,15 72,17 43,86 53,12 58,51 68,21 47,67 52,84 35,17
+0,35 +0,45 +0,05 +0,06 +0,17 +0,04 +0,83 +0,95 +0,19 +0,76
V 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
Т1 170,04 154,07 222,24 170,25 198,15+ 295,01+ 278,36+ 270,01+ 271,96+ 243,02
+13,10 +10,55 +4,93 +5,36 9,18 19,03 11,41 20,51 17,59 +17,51
Примечание.* Сообщества: 1 Leonuro-Urticetumdioicae, 2 Tanaceto-Artemisietumvulgaris (класс Artemisieteavulgaris), дериватные сообщества: 3 Urticadioica, 4 Artemisiavulgaris, 5 Arctiumtomentosum, 6 Helianthustuberosus 7 Cyclachaenaxanthiifolia8 Echinocystislobata. Класс Bidenteteatripartitae: 9 Bidenstripartite10 Heracleumsosnowskyi
Валовая концентрация элементов группы тяжелых металлов в смешанных образцах мохообразных показана в рисунках 1 - 4.
120.0000
100.0000
80.0000
20.0000
■ ПП1 ЕЭ ПП2 □ ПП3 И фон
Со Лб Си N1 Еп РЬ V Бг Сг
Рисунок 1 - Валовое содержание (мг/кг) Л«, Си, N1, Zn, РЬ, V, 8г, Сг, Со в моховом покрове района объекта по хранению химического оружия (2006 г.)
Валовая концентрация элементов (2006 г.) в пробах мохообразных выше ОДК зарегистрирована для свинца, мышьяка, хрома, цинка, меди, ниже ОДК - для ванадия (рис.1). Ни в одной пробе мохообразных кобальт не обнаружен.
1 800.0000
1 600.0000
1 400.0000
1 200.0000
1 000.0000
800.0000
600.0000
400.0000
200.0000
—р
1
1
■ ПП1 □ ПП2 Ы ПП3 В фон
Рисунок 2 - Валовое содержание (мг/кг) Мп, Т в моховом покрове района объекта по хранению
химического оружия (2006 г.)
мг/кг).
Концентрация марганца (рис.2) не превышает ОДК, кроме как в пробах на ПП2 (1536,80
300 250 200 150 100 50 0
-1
__-пг, Вч-Н В К ? О
■ ПП1 И ПП2 □ ПП3 И фон
Рисунок 3 - Валовое содержание (мг/кг) As, Си, №, Zn, РЬ, V, Sr, Сг, Со в моховом покрове района объекта по хранению химического оружия (2007 г.)
0.0000
0.0000
Мп
Т|
350
Со
ЛБ
Си
N1
РЬ
V
Sr
В пробах 2007 г. также не обнаружен кобальт. Аналогичные показатели концентрации, превышающей ОДК для свинца, меди, хрома, мышьяка, цинка (рис.3).
_
>
> п -
1 :
\тл 11
■ ПП1 □ ПП2 И ПП3 Ш фон
Co As Cu Ni Zn Pb V
200
50
00
50
0
Sr
Cr
Рисунок 4 - Валовое содержание (мг/кг) As, Cu, Ni, Zn, Pb, V, Sr, Cr, Co в моховом покрове района объекта по хранению химического оружия (2008 г.)
Превышено содержание марганца по ОДК на всех ПП, кроме ПП3 (рис. 4).
Таким образом, виды мохового покрова накапливают элементы неодинаково. Менее всего происходит адсорбция кобальта и ванадия; более - железа, свинца, цинка и марганца. Повышенная концентрация биогенов - железа, марганца и цинка объясняется тем, что эти элементы входят в состав коферментов и диагностируются в любых живых компонентах ценозов. Ионы свинца, являясь ксенобиотиками, активно включаются в биологические циклы малого круговорота и наиболее интенсивно накапливаются в живом веществе - бриофитах. Адсорбцию мохообразными других химических элементов в различных соотношениях можно объяснить изменением интенсивности солнечной инсоляции, а также различной скоростью их фотосинтеза. Самая высокая концентрация ванадия на ПП1, а на ПП2 и ПП3 он отсутствует. В образцах мохообразных, взятых на ПП1, обнаружена наибольшая концентрация Sr, Cu, Ni, Cr. Самая высокая концентрация мышьяка, свинца, цинка, железа, марганца на ПП2. На ПП3 высокое содержание титана. Различие в аккумулятивной способности мохообразных на опытных и контрольной ПП достоверно. Представленные данные о накопительной способности мохообразных позволяют использовать их, как индикаторы накопления свинца, марганца и хрома.
Итак, полученные данные позволяют прогнозировать использование отдельных участков мохового покрова, а также сообществ синантропной растительности для фиторемедиации почв при возможных значительных загрязнениях отдельными видами токсикантов.
The article deals with the accumulative capabilities of bryophytes and overground phytomas synantropic vegetation communities in relation to the elements of the group of heavy metals in order to phytoremeditation purposes. The key words:bryophytes, synantropic plants, phytoremedy.
Список литературы
1.Булохов А.Д. Эколого-флористическая классификация лесов Южного Нечерноземья России / А.Д. Булохов, А.И. Соломещ. Брянск: Издательство БГУ, 2003.359 с.
2.Методика выполнения измерений массовой доли металлов и оксидов металлов в порошкообразных пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа. М 049-П/04.С-Пб.: ООО НПО «Спектрон», 2004. - 20 с.
3. ПДК и ОПДК химических веществ в почве (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.2042-06).
4.Braun-Blanquet J. Pflanzensoziologie. Wien-New York: Springer-Verlag, 1964. 865 s.
Об авторах
Анищенко Л.Н. - профессор Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского[email protected]
Шматова Л.М. - соискатель Брянского государственного университета имени академика И.Г. Петровского, [email protected]
Поцепай Ю.Г. - доцент Брянской государственной сельскохозяйственной академии, [email protected]
