научная статья по теме ФИТОМОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛОТИЧЕСКИХ И ЛЕНТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ Общие и комплексные проблемы естественных и точных наук

Текст научной статьи на тему «ФИТОМОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛОТИЧЕСКИХ И ЛЕНТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ»

Хазанова К.П., младший научный сотрудник

Уваров А.Г., аспирант Ростанец Д.В., кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Хромов В.М., доктор биологических наук, профессор, главный научный сотрудник

(Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова)

ФИТОМОНИТОРИНГ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛОТИЧЕСКИХ И ЛЕНТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Проведен сравнительный анализ накопления 11 тяжелых металлов (Мп, Fe, Сг, Со, Pb, Си, 2п, Sr, Сё, Hg, №) высшей водной растительностью. Составлена схема мониторинга этих металлов, учитывающая тип водного объекта и фазу вегетационного сезона.

Ключевые слова: фитомониторинг, тяжелые металлы, водная растительность, загрязнение лотических и лентических систем, фаза вегетационного сезона.

FITOMONITORING OF HEAVY METALS POLLUTION IN LOTHIC AND LENTHIC WATER OBJECTS

The comparative analysis of accumulation of 11 heavy metals (Mn, Fe, Сг, Со, Pb, Си, Zn, Sr, Cd, Hg, Ni) in higher water plants has been carried out. The monitoring scheme of these metals, which takes into account the water object types and growing season phase, has been compiled.

Keywords: phytomonitoring, heavy metals, aquatic vegetation, pollution of lotic and lentic ecosystems, vegetative season phase.

На данный момент при оценке степени загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) пресных вод широко используются методы биомониторинга, основанные на способности ряда водных организмов аккумулировать ТМ (Никаноров, Жулидов, 1991; Микрякова, Папченков, 2000; Prasad et all, 2001; Yang et all, 2004). Одной из перспективных и повсеместно внедряемых групп гидробионтов-мониторов являются высшие водные растения (Гигевич и др., 2001; Матвеев и др., 2005; Ye et all, 1998).

Использование водной растительности в мониторинге загрязнения ТМ имеет свою специфику, в частности необходимо учитывать экологическую группу, к которой относится конкретный вид растения, и проводить сравнительный анализ содержания металлов в растениях допустимо только среди растений, принадлежащих к одной экологической группе (Микрякова, 2000).

На видовой состав высшей водной растительности, а также на их морфологию и физиологию существенное влияние оказывает такие факторы среды обитания, как скорость течения и степень проточности водного объекта (Воронихин, 1953; Бобров, Чемерис, 2003). Лотические и лентические системы отличаются по ряду параметров, в т.ч. по гидролого-гидрохимическим характеристикам и скорости их изменения (Никаноров, 2001), процессам трансформации и сорбции соединений ТМ (Беззапонная, 2004). В то же время вопрос о специфике фитомониторинга загрязнения в условиях водоема и водотока, на наш взгляд, проработан недостаточно, что и послужило основанием для проведения данного исследования.

Пробы высшей водной растительности, воды и донных отложений отбирали ежедекадно в вегетационные сезоны 2010 - 2011 гг. на 18 станциях, расположенных на 2 водоемах и 3 водотоках (р. Москва, р. Истра, р. Ведомка, Можайское вдхр., оз. Глубокое). Для исследования накопления растениями ТМ при разных уровнях загрязнения нами были выбраны станции, различающиеся по степени антропогенной нагрузки.

Образцы растений, за исключением Lemna turionifera Landolt, разделяли на морфологические элементы (корень, корневище, стебель и лист). Органы генеративной сферы в анализе не использовали, поскольку они представлены лишь ограниченный период вегетационного сезона, а в ряде случаев могут не развиваться (Воронихин, 1953). Содержание 11 тяжелых металлов (Mn, Fe, Сг, Со, Pb, Си, Zn, Sr, Cd, Hg, Ni) определяли по стандартным методикам (Plasma.., 1999). Экологические группы растений выделяли в соответствии с классификацией В.Г. Папченкова (Папченков, 2006).

Для лотических систем в ходе вегетационного сезона было характерно наличие скачкообразных изменений концентраций ТМ в воде и в донных отложениях. При этом наиболее резкие изменения были отмечены после обильных дождей, а также после попусков водохранилищ, расположенных выше по течению (отличия в содержании ТМ на станции отбора проб за одну декаду составляли 1,5 - 2 и более раз). Закономерностей в направленности данных изменений выявлено не было - после периодов повышения уровня воды и увеличения скорости течения концентрации одних металлов в воде и грунте возрастали, других - снижались, при этом группировка металлов каждый раз несколько отличалась. Для лентических систем подобная динамика изменения содержания ТМ в воде и грунте была не характерна, за все время наблюдений на 8 лентических станциях несколько раз было отмечено существенное повышение концентрации ТМ, связанное, по-видимому, с залповым поступлением загрязнителей, и ни разу - резкое снижение концентрации.

Растения, используемые для оценки загрязнения водного объекта ТМ должны отражать динамику содержания металла, характерную для водоема или водотока. Для лотических систем оптимальными мониторами мы считали те растения или их морфологические элементы, для которых были отмечены скачкообразные изменения концентрации металлов по аналогии с водой и донными отложениями. При этом концентрации металлов в растениях в ходе вегетационного сезона как увеличивались вследствие биоаккумуляции, так и уменьшались благодаря наличию у водных растений процессов элиминации ионов ТМ (Дабахов и др., 2005; Нестеров, 2007). Оптимальными мониторами для лентических систем считали те виды, у которых в ходе вегетационного сезона не было отмечено резких колебаний содержания металлов.

Для установления гидробионтов-мониторов, оптимальных для разных типов водных объектов нами были проанализированы ранговые корреляции Спирмена между изменением содержания 11 ТМ в растениях, воде и донных отложениях. Ввиду особенностей физиологии и поглощения металлов из окружающей среды (Лукина, Смирнова, 1988; Гигевич и др., 2001) у растений, контактирующих только с водной средой анализировали корреляции с содержанием ТМ в воде, у видов, поглощающих металлы как из воды, так и из грунта - с содержанием ТМ в воде и в донных отложениях.

Поскольку в течение периода вегетации у макрофитов и их морфологических элементов меняется физиологическая и функциональная активность, что связано с последовательным вступлением растения в фазы вегетативного роста, генеративного размножения, плодоношения, а также отмирания и перехода к периоду покоя, что влияет, в частности, и на способность к поглощению ТМ (Никаноров, Жулидов, 1991), при анализе мы разделили вегетационный сезон на три условные фазы («биологическая весна - начало лета», «середина лета -конец лета», «начало осени - конец осени»).

В Табл. 1 приведена итоговая схема мониторинга загрязнения тяжелыми металлами, учитывающая тип водного объекта и сезонность, в которую вошли 12 видов водных растений из 4 экологических групп. В скобках указан морфологический элемент растения, оптимальный для ис-

пользования в мониторинге, а также модуль коэффициента корреляции (приведено среднее значение коэффициента суммарно по всем водным объектам одного типа за фазу вегетационного сезона). Для растений группы плавающих гидрофитов (Hydrocharis morsus-ranae L., Lemna turi-onifera Landolt) приведены коэффициенты корреляции с содержанием ТМ в воде, для погруженных гидрофитов (Elodea canadensis Michx., Myriophyllum spicatum L., Potamogeton perfoliatus L., P. lucens L.), гидрофитов с плавающими листьями (Nuphar lutea (L.) Smith, Persicaria amphibia (L.) S.F. Gray) и гелофитов (Butomus umbellatus L., Sagittaria sagittifolia L., Alisma plantago-aquatica L., Typha latifolia L.) -с содержанием ТМ в воде и в грунте.

Таблица 1

Схема мониторинга загрязнения тяжелыми металлами пресных вод

(ВС - вегетационный сезон, Р - целое растение, Л - листья, С - стебли, К - корни, КЩ - корневища), первая цифра для каждого монитора - модуль коэффициента корреляции с водой, вторая - с донными отложениями (р <0,05)

Ме- Лентические воды (стоячие) Лотические воды (текучие)

I фаза ВС II фаза ВС III фаза ВС I фаза ВС II фаза ВС III фаза ВС

лл Mn E. canadensis (С) 0,81/0,76 E. canadensis (С) 0,83/0,70 E. canadensis (С) 0,79/0,69 M. spicatum (К) 0,73/0,74 P. perfoliatus (К) 0,73/0,76 P. perfoliatus (К) 0,78/0,81

M. spicatum (С) 0,69/0,81 N. lutea (К) 0,67/0,69 N. lutea (К) 0,69/0,72 N. lutea (К) 0,67/0,70 N. lutea (К) 0,68/0,69

M. spicatum (Л) 0,76/0,77 M. spicatum (С) 0,73/0,83 M. spicatum (С) 0,74/0,79 M. spicatum (К) 0,83/0,72 M. spicatum (К) 0,76/0,83

M. spicatum (Л) 0,81/0,84 H. morsus-ranae (К) 0,75/- H. morsus-ranae (К) 0,81/-

Fe N. lutea (К) 0,70/0,68 M. spicatum (К) 0,82/0,73 M. spicatum (К) 0,80/0,77 N. lutea (К) 0,69/0,78 M. spicatum (К) 0,73/0,71 M. spicatum (К) 0,85/0,68

L. turionifera (Р) 0,69/- N. lutea (К) 0,73/0,71 H. morsus-ranae (К) 0,76/- S. sagittifolia (К) 0,91/0,81 N. lutea (К) 0,83/0,76 H. morsus-ranae (К) 0,71/-

H. morsus-ranae (К) 0,69/- S. sagittifolia (К) 0,79/0,83 L. turionifera (Р) 0,83/- H. morsus-ranae (К) 0,72/- L. turionifera. (Р) 0,84/-

S. sagittifolia (К) 0,74/0,81 L. turionifera (Р) 0,71/- S. sagittifolia (К) 0,88/0,79

L. turionifera (Р) 0,68/- L. turionifera. (Р) 0,82/-

Cr E. canadensis (К) 0,82/0,81 H. morsus-ranae (К) 0,73/- H. morsus-ranae (К) 0,76/- P. perfoliatus (КЩ) 0,73/0,74 H. morsus-ranae (К) 0,80/- H. morsus-ranae (К) 0,74/-

E. canadensis (К) 0,76/0,87 E. canadensis (К) 0,81/0,69 P. amphibia (К) 0,81/0,76 P. perfoliatus (КЩ) 0,78/0,73 P. perfoliatus (КЩ) 0,72/0,76

B. umbellatus (К) 0,74/0,83 B. umbellatus (К) 0,82/0,80 B. umbellatus (К) 0,87/0,82

P. amphibia (К) 0,74/0,82 P. amphibia (К) 0,78/0,71

Co M. spicatum (К) 0,68/0,76 H. morsus-ranae (К) 0,76/- H. morsus-ranae (К) 0,69/- M. spicatum (К) 0,82/0,81 B. umbellatus (К) 0,72/0,81 M. spicatum (К) 0,76/0,72

M. spicatum (К) 0,73/0,71 M. spicatum (К) 0,71/0,83 A. plantago-aquatica (К) 0,76/0,68 M. spicatum (К) 0,80/0,72 A. plantago-aquatica (К) 0,81/0,76

A. plantago-aquatica (К) 0,83/0,74 A. plantago-aquatica (К) 0,80/0,68 B. umbellatus (К) 0,79/0,73 B. umbellatus (К) 0,83/0,80

Таблица 1 (продолжение)

Металл Лентические воды (стоячие) Лотические воды

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком