ЛЕСОВЕДЕНИЕ, 2008, № 2, с. 21-26
УДК 630*574.581.5:581.526.42
ОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
НАКОПЛЕНИЕ ПОЛИЦИКЛИЧЕСКИХ АРОМАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ В ХВОЕ СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ НА ТЕРРИТОРИИ ПРИБАЙКАЛЬЯ*
© 2008 г. А. Г. Горшков1, Т. А. Михайлова2, Н. С. Бережная2, А. Л. Верещагин1
Лимнологический институт СО РАН e-mail: agg@lin.irk.ru 664033 Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3, а/я 4199 2Сибирский институт физиологии и биохимии растений СО РАН, 664033 Иркутск, ул. Лермонтова, 132, а/я 1243 Поступила в редакцию 03.04.2007 г.
Впервые на территории Южного Прибайкалья в хвои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) определены уровни накопления полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), включенных в число приоритетных органических загрязнителей. Максимальный уровень аккумуляции ПАУ хвоей, составляющий 1500-1800 нг г-1, обнаружен в зоне рассеивания выбросов Иркутского алюминиевого завода (г. Шелехов, Иркутская обл.) и на территории г. Иркутска. За фоновый уровень принято минимальное накопление ПАУ в хвое, не превышающее 20-60 нг г-1 в северной части Байкальской природной территории, в районе высокогорной станции фонового мониторинга Монды (Республика Бурятия). Показано, что оценка уровней накопления ПАУ в хвое второго года жизни позволяет адекватно определить пространственное распространение техногенных эмиссий на территории промышленного региона. Сопоставление полученных результатов накопления ПАУ в хвое со степенью угнетения сосновых древостоев дает основание говорить о возможности значительного цитотоксического эффекта этих поллютантов.
Атмосферное загрязнение лесов, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), аккумуляция ПАУ хвоей сосны.
Естественное загрязнение биосферы ПАУ незначительно по сравнению с выбросами в атмосферу этих соединений от современного промышленного производства и транспорта [8]. Изучение этих веществ в объектах окружающей среды проводится, как правило, в аспекте их негативного воздействия на человека и животных, поскольку ПАУ являются сильнейшими канцерогенами, проявляют мутагенную и тератогенную активность и на этом основании относятся к суперэкотоксикантам. Сведения о влиянии ПАУ на растения немногочисленны. Известно, что растения могут синтезировать различные углеводороды в процессе метаболизма, способны поглощать их из окружающей среды - воздуха и почвы. Среди углеводородов различных классов ароматические производные относятся к наиболее фи-тотоксичным соединениям [4, 10, 11]. При этом их негативное воздействие на растения возрастает с увеличением молекулярного веса соединения, а также при наличии в бензольном кольце боковых цепей (алкильных заместителей). Например, известно, что бенз[а]пирен и дибенз[а, Л]антрацен негативно воздействуют на ферментные системы
* Работа выполнена при поддержке РФФИ (05-05-97259).
растений в результате процессов комплексообра-зования с атомами металлов в их активных центрах [11]. Способность ПАУ легко взаимодействовать с нуклеиновыми кислотами и белками генетической системы растительной клетки приводит к структурным перестройкам субстратов наследственности и в дальнейшем - к нарушению жизнедеятельности не только клетки, но и всего организма в целом [10].
Возрастающий интерес к исследованию влияния органических загрязнителей, в том числе ПАУ, на лесные экосистемы связан со свойствами последних аккумулировать поллютанты из атмосферы, о чем свидетельствуют публикации последних лет [12-15]. Данные об аккумуляции ПАУ различными видами растений лесных экосистем Прибайкалья отсутствуют, хотя подобные работы актуальны, так как в этом регионе располагается целый ряд мощных индустриальных центров, в выбросах которых углеводороды составляют значительную часть [2].
Многолетние исследования авторов показали, что большую роль в ослаблении лесов в Байкальском регионе играет атмосферное загрязнение. Изучено влияние на леса комплекса неорганиче-
1400 г
- 1200
и
К
g 1000
я
*
я
800
600
< С
« н
§ 400
&
о и о О
200
0
1 Ц2 ■ 3
Иркутск, центр
Иркутск, юго-западная часть города
Содержание суммы ПАУ в разновозрастной хвое сосны на территории Иркутска: 1 - хвоя текущего года, 2 -хвоя второго года жизни, 3 - хвоя третьего года жизни.
ских поллютантов, в том числе кислотогенных газов, аэрозолей тяжелых металлов, алюминия, кремния [6, 7, 17, 18]. Настоящая работа, продолжая тематику, связанную с воздействием аэро-промвыбросов на леса, освещает относительно новый аспект - влияние на древесные растения органической составляющей аэропромвыбросов. К доминирующим компонентам в органической фракции аэрозолей Прибайкалья относятся ПАУ [1, 16], поэтому они использованы как "маркеры" загрязнения атмосферы стойкими органическими загрязнителями (СОЗ). Выбор сосны в качестве биоаккумулятора определен уникальными свойствами ее хвои накапливать загрязняющие вещества из атмосферы, высокой чувствительностью к различным химическим воздействиям и соответствием ее внешнего повреждения физиологическому состоянию дерева [18].
В этой связи целью работы было изучить временную и пространственную динамику накопления ПАУ в хвое сосны, произрастающей на разном удалении от источников техногенных эмиссий, чтобы оценить возможность использовать хвою для мониторинга загрязнения атмосферы СОЗ.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДИКА
Исследования проводились в Южном Прибайкалье, территория которого характеризуется высоким уровнем загрязнения атмосферы в результате выбросов предприятий теплоэнергетики, нефтехимии, химии, алюминиевой промышленности и др. [2]. В последние пять лет ежегодный объем выбросов загрязняющих веществ составляет около 300 тыс. т, в которых значительную долю до 30% составляют органические вещества.
В качестве фоновых исследованы территории высокогорной станции фонового мониторинга, п. Монды (южный район Республики Бурятия, 1125 м над ур. моря) и д. Журавлиха (Северный Байкал, Баргузинский район Республики Бурятия, 850 м над ур. моря).
Объектом исследований служили древостои сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.), преобладающей в регионе лесообразующей породы. Натурные обследования состояния лесов проводились в 2003-2006 гг. на 11 пробных площадях (пр. пл.), заложенных в соответствии с методиками, принятыми государственными органами лесного хозяйства [3, 5]. Пробные площади располагались в древостоях, сходных по возрасту (100-120 лет) и бонитету. Размер одной пробной площади составлял около 1 га. Несколько пробных площадей располагалось в зеленой зоне Иркутска и в окрестностях Иркутского алюминиевого завода (г. Шелехов), остальные - на удалении 8-24 км от этих промцентров по разным направлениям. Фоновые пробные площади находились в 200 км (ст. Монды) и 400 км (д. Журавлиха) от Иркутска. Ранее на каждой пробной площади была определена степень угнетения древостоев по комплексу визуальных и морфофизиологических параметров деревьев [17, 18].
Для определения ПАУ на каждой пробной площади с 5-6 деревьев сосны II класса возраста отбирали образцы хвои разных лет жизни из верхней и средней частей кроны с юго-восточной и южной стороны. Взятые образцы упаковывали в алюминиевую фольгу, помещали в холодильник и хранили до анализа при -5°C. ПАУ из хвои экстрагировали 100 мл н-гексана (дважды) в течение 30 мин на ультразвуковой ванне. Перед экстракцией к навеске хвои (10 г) добавляли 50 мкл внутреннего стандарта (смесь фенантрена-^10, хризе-на-^12, перилена-^12 в i-пропиловом спирте, с концентрацией 5 нг мкл-1 каждого). Полученные экстракты объединяли, выдерживали при температуре +5°C в течение 10-12 ч, затем фильтровали через бумажный фильтр, отделяя выпавший осадок. Фильтрат концентрировали до объема ~0.05 мл, концентрат оставляли на 10-12 ч при температуре +5°C. В случае выпадения осадка концентрат центрифугировали при 2000 g в течение 5 мин. Далее супернатант наносили на картридж с силикагелем (500 мг, Discovery® SPE DSC-Si, "Supelco"), предварительно подготовленный последовательной промывкой ацетоном (5 мл) и н-гексаном (5 мл). Фракцию ПАУ с картриджа элюировали последовательно н-гексаном (5 мл) и смесью н-гексан: бензол (9 : 1, об.; 2 мл). Собранный элюат концентрировали на роторном испарителе до объема ~1 мл, добавляли 0.01 мл раствора антрацена-^10 в i-пропиловом спирте с концентрацией 15 мкг мл-1.
8(юг г аинаИаеоэак
о
X X
X
X
с с с с
с
ПАУ
--а о\ к> 4^ (л 00 (л (л ЧО (л -р*
о ю ^ к> ь. (л ио о
1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+
о\ о о о О о О о о\ 00
о к> к> Ел о 4^ О
о
к> ^ К> ь. о ю ^ К> (л (л
о А Ь\ ^ ЧО К> ио 00 ио О
1+ 1+ О 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+
к> о к> о р р К> р р ио (л
о к> к>
^
о о сл ио 4^ 00 К> 4^
О 00 о\ О Ел К> 00 (л О
1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+
о о р р о О о о ио 00 К>
О к> о ^ о
^ О ^
к> ^ к> ЧО 0\ 4^
А А 4^ О 00 А о о
1+ о О 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ о 1+ 1+ 1+ 1+
к> к> О О о К> о к> о
О ю
00 (л
о ^
^ Ь\ (л к> К> К>
00 А о\ о А ю о 4^
1+ 1+ о 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ о 1+ 1+ 1+ 1+
О к> О о О о к> о К> о\
О о 00
о\ о\ ЧО ЧО
К ЧО (л К> ио Е ЧО 00 ио
о о Ел К> к> о о о
1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+ 1+
4^ о (л р 4^ 00 4^ ЧО ио о\
о Ел о о
Иркутск, центр
Иркутск, юго-западная часть города
Иркутск, юго-восточная часть города
12 км на северо-запад от Иркутска
20 км на юго-восток от Иркутска
3 км на юго-восток от алюминиевого завода
<1 -й. о 1+ (л О
о\ о 1+ о
Л о
4^ К> (л
0\ (л 00
1+ 1+ 1+ 1+ 1+
о о О 4^ О
(л о\ К>
Л о
>— ю
[ К> 00
К> К> о
1+ 1+ 1+ 1+
К>
К> О о
5 км на юго-запад от алюминиевого завода
к> 00 о 1+ к> о
1+ о
О 1л (л
1+
О
О (л
1+ О
1+ О к>
и> ю 1+ о Ел
00 1+ к>
ЧО 1+ о к>
о
1л
1+ о
о
о\
к> о 1+ к>
к>
1+ к>
(л
о\ 1+ (л
о\ 1+
к>
10 км на северо-запад от алюминиевого завода
(л А А А А
1+ 1+ О о о о
О к> к> к> к>
к>
1+ к>
о
1+ О О (л
А О к>
к>
1+ о к>
(л
к> 1+ о
Ел
4^ (л
1+
4^
ЧО 1+
22 км на юго-восток от алюминиевого завода
к> о
1
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.