Биоиндикация и биомониторинг антропогенного загрязнения экосистем с использованием биогеохимических характеристик листьев древесных растений (на примере Тульской области)

Известия Тульского государственного университета Естественные науки. 2015. Вып. 4. С. 232-247 Биология

УДК 574.24: 581.5 + 577.18

Биоиндикация и биомониторинг антропогенного загрязнения экосистем с использованием биогеохимических характеристик листьев древесных растений (на примере Тульской области) *

С. В. Горелова, Е. М. Волкова, М. В. Фронтасьева

Аннотация. Изучены биогеохимические характеристики листьев четырех адвентивных видов древесных растений, произрастающих в экосистемах с разной степенью антропогенного загрязнения Тульской области. Исследования проводили в городах областного и районного значения, на территории музеев-заповедников (Ясная Поляна и Куликово Поле), в малонарушенных лесных фитоценозах. Полученные результаты обнаружили различия деревьев по степени накопления тяжелых металлов в листьях. Показано, что Acer platanoides и Salix fragilis являются видами-биомаркерами экологического состояния экосистем по биогеохимическим параметрам.

Ключевые слова: экосистемы, антропогенное загрязнение, древесные растения, биогеохимические характеристики, биоаккумуляция, токсичные элементы, нейтронно-активационный анализ.

Введение

Использование растений для биомониторинга состояния экосистем известно достаточно давно и используется по настоящее время [1, 18, 19, 21, 23]. Чаще всего для целей оценки состояния окружающей среды используют мхи и лишайники, которые являются внеярусными компонентами различных типов биоценозов и обладают рядом притягательных для биомониторинга признаков [4, 12, 22, 24, 34, 35, 38]. Однако, на наш взгляд, наиболее перспективно применение древесных растений, которые встречаются как неизменный компонент в урбанизированных экосистемах, бедных брио- и лихенофлорой. Древесные растения являются неплохими индикаторами и биомониторами, отражающими состояние окружающей среды [3, 5, 8, 10,

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 13-05-97513-р_центр_а).

14-16, 25-29, 33, 36, 37]. В практике биомониторинга чаще всего используются такие виды, как липа сердцевидная, клен остролистный, каштан конский обыкновенный, ель обыкновенная и колючая, сосна обыкновенная, тополь гибридный.

Подбор видов для оценки состояния окружающей среды диктуется рядом необходимых условий: они должны быть в достаточной степени распространены на изучаемой территории, хорошо отражать состояние среды изменением качественных или количественных признаков (например, развитие некрозов и хлорозов, изменение физиологических параметров, морфологические или анатомические изменения, изменения на молекулярном уровне и т.д.) К ряду признаков, по которым можно проводить оценку состояния среды относятся и биогеохимические характеристики видов [1, 5, 8, 10, 15, 6-29, 33, 36, 37].

Нами проведен комплексный мониторинг состояния экосистем с разной степенью антропогенной нагрузки на территории модельного региона - Тульской области. Статья посвящена одному из исследованных компонентов -биогеохимическим параметрам древесных растений.

Материалы и методы

Исследования проводили на территории Тульской области, характеризующейся наличием трех типов природных зон: хвойно-широколиственные леса на севере и северо-западе, широколиственные - в центральной части, лесостепные сообщества - на юге и юго-востоке.

Тульская область является регионом с высокой степенью развития отраслей промышленности: машиностроение и металлообработка, химическая промышленность; оборонная промышленность, чёрная металлургия; производство стройматериалов; лёгкая, пищевая промышленность. Районы Тульской области характеризуются разной степенью техногенной нагрузки. Промышленность Тулы (черная металлургия и машиностроение) и Новомосковска (химическая промышленность) составляют более 2/3 областного производства. Меньший вклад вносят промышленные центры гг. Щекино, Ефремов, Алексин и центр электроэнергетики в г. Суворов. На остальные 20 муниципалитетов области приходится 10 % промышленного производства. По концентрации промышленных предприятий Тульский регион уступает только Московскому и входит в пятерку самых экологически неблагополучных регионов РФ, превосходя по количеству выбросов веществ в атмосферу соседние Калужскую и Орловскую области в 10 раз. Более 94 % всех выбросов в сумме приходится на город Тулу и Алексинский, Суворовский, Ефремовский, Новомосковский, Узловский, Щекинский районы, где находится наибольшее количество промышленных предприятий региона. На долю промышленных предприятий приходится около 52 % загрязняющий веществ в атмосфере. Наиболее загрязненными являются запад Белёвского, юго-запад Чернского,

центр и на юг Ефремовского, северо-запад Суворовского и Алексинского районов.

Согласно проведенным нами ранее исследованиям, воздух областного центра характеризуется наличием повышенных концентраций Fe, Cu, Zn. Полиэлементные аномалии отмечены на 1/3 почв г. Тулы. Основными элементами-загрязнителями городских почв являются: Fe (повсеместно высокая валовая концентрация по отношению к фоновой), Cu (24% городских почв; содержание элемента превышает ПДК от 17% до 3-6 раз), Zn (28% городских почв; содержание элемента превышает ПДК на 15-62 %), As (37% городских почв; содержание элемента превышает ПДК на 36-62 %), Pb (14 % городских почв; содержание элемента на 10-50 % выше ПДК) [7].

Для проведения исследования выбраны 7 районов области и областной центр. Объектами исследования являлись аборигенные виды деревьев: липа сердцевидная Tilia cordata, клен остролистный Acer platanoises, ива ломкая Salix fragilis, ель обыкновенная Picea abies. Пробоотбор проводили в третьей декаде июля в пик вегетации в фитоценозах разных районов области и урбанизированных экосистем районных центров, включая г. Тулу. При этом, отбор материала (листьев) проводили по периметру крон деревьев на высоте 1,5-2 м. Минимальное количество деревьев каждого вида в точках пробоот-бора - 10. Листья отмывались в проточной и дважды - в дистиллированной воде. Такая пробоподготовка, в отличии от применения непромытых образцов, на наш взгляд, позволяет избежать большой ошибки вследствие потерь пылевых частиц в ходе операций по упаковке, измельчению, взвешиванию, прессованию проб, а также устраняет зависимость от погодных факторов (смывы дождями, эмиссия ветром) в период пробоотбора и до него, а также позволяет проводить сравнительную характеристику результатов исследования. Промытые образцы высушивали при комнатной температуре, доводили до постоянного веса в сушильном шкафу при температуре 60°С. Пробы усредняли и упаковывали в бумажные пакеты с маркировкой. Подготовка образцов к инструментальному нейтронно-активационному анализу (ИНАА) (измельчение, взвешивание, прессование и упаковка в контейнеры проб) проходила в химической лаборатории сектора нейтронно-активационного анализа ЛНФ ОИЯИ (г. Дубна Московской обл.).

ИНАА растительных образцов проводили на импульсном реакторе ИБР-2 в ЛНФ ОИЯИ с использованием активации эпитепловыми нейтронами наряду с полным энергетическим спектром. Для определения долгоживущих изотопов образцы листьев массой около 0.3 г упаковывали в алюминиевую фольгу. Контейнеры с образцами облучали 4 - 5 дней в канале с кадмиевым экраном (эпитепловой нейтронный активационный анализ). После облучения образцы переупаковывали в чистые полиэтиленовые контейнеры для измерения наведенной активности.

Наведенную гамма-активность образцов измеряли дважды: спустя 4 - 5 дней после выгрузки их из канала облучения (для определения As, Br, K, La, Na, Mo, Sm, U и W) и 20 дней (для определения Ba, Ce, Co, Cr, Cs, Fe,

Hf, Ni, Rb, Sb, Sc, Sr, Ta, Tb, Th, Yb и Zn). Время измерения составляло 40-50 мин и 2.5 -3 ч, соответственно.

Для определения короткоживущих изотопов элементов (Al, Ca, Cl, I, Mg, Mn и V) образцы массой 0,3 г, упакованные в полиэтиленовые контейнеры, облучали 3-5 мин. Наведенную гамма-активность образцов измеряли после 5-7 мин. выдержки дважды в течение 3-5 мин и 10 - 15 мин последовательно.

Измерения наведенной гамма-активности проводили с помощью Ge(Li)-детекторов с разрешением 2.5 - 3 кэВ для гамма-линии 1332 кэВ 60Со, а также HPGe- детектора с разрешением 1.9 кэВ для гамма-линии 1332 кэВ 60Со.

В качестве образцов сравнения анализа применялись стандартные образцы состава IAEA-336 (Lichen), SRM 1572 (Citrus Leaves), SRM 1575 (Pine Needles).

Для обработки гамма-спектров и расчета концентраций элементов использовали пакет программ, разработанный в Лаборатории нейтронной физики им. И.М. Франка [11, 20]. Концентрацию большинства элементов определяли относительным методом (методом сравнения с эталоном). Аттестованные эталонные материалы Pine Needles (иглы сосны, NIST) облучали и измеряли вместе с образцами.

Ошибка при определении изотопов Na, K, Cl, As, Sr, Fe, Pb лежала в пределах 5-10 %; V, Ni, Cu, Se, Mo, Cd, Sb - до 30 %.

Содержание химических элементов в отбираемых параллельно образцах почв, определяли с использованием рентген-флуоресцентного анализа (РФА) в Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН. Анализ проводили на спектрометре S2 PICOFOX (производитель Bruker AXS, Германия).

В связи с тем, что для растительности не существует разработанных ПДК и данные по составу элементов в разных работах сильно отличаются в зависимости от применяемых методик и пробоподготовки [3, 14, 19, 21, 23] (некоторые исследования выполнены на не отмытом растительном материале), при определении биогеохимических характеристик растительных проб сравнение проводили со средними данными, полученными для растительности и опубликованными в работе B. Markert et all., 1992 - Reference Plant (RP) [31, 32].

Результаты и обсуждение

Проведенные в семи районах Тульской области исследования показали, что листья древесных аборигенных видов могут являться маркерами по биогеохимическим параметрам при определении степени антропогенной нагрузки на экосистемы.

Два исследованных вида в городах накапливали больше хлора в листьях, чем в степных и лесных фитоценозах. Так, содержание хлора в листьях липы

сердцевидной и клена остролистного в городах Плавск, Новомосковск, Тула колебалось в пределах 3270-6400 мг/кг, что в 1,5-3 раза выше критических концентраций и средних значений по растительности [2, 13, 30, 31] и в 2-17 раз выше значений для лесных и лесостепных ценозов области (370-1520 мг/кг) (рис. 1). Накопление высоких концентраций хлора листьями деревьев в городах может быть связано с применением КаС1 на пешеходных дорожках и последующим смывом соли талыми водами в почвы в зимне-ранневесенний период, а также выпадением с аэрозольными частицами вследствие воздействия предприятий химической промышленности.

Рис. 1. Концентрация хлора в листьях древесных растений экосистем Тульской области с разной степенью антропогенной нагрузки

Клен остролистный, ива ломкая и ель обыкновенная хорошо отражают увеличение концентраций ванадия в среде. Так, в Белеве и широколиственном лесу близ города, а также в г. Туле (СЗЗ автомагистралей) содержание V в листьях и хвое перечисленных видов колебалось от 0,7 до 1,5 мг/кг сухого вещества, что в 1,3-3 раза выше, чем в Reference Plant (RP) (0,5 мг/кг). Это может быть связано с аэрозольной эмиссией от предприятий ОАО «Ванадий-Тула», КБП, НПО «Сплав» (Тула); ОАО «Трансмаш» (Белев) (рис. 2, 3, 4).

Концентрация хрома в листьях всех исследованных лиственных пород была выше, чем в RP в 1,5-2,7 раза (3,1-5,0 мг/кг сухого вещества) во всех исследованных точках пробоотбора за исключением Белевского района (рис. 5). Этот факт может являться как свидетельством воздушной эмиссии элемента, так и подтверждать выдвинутое нами ранее предположение о том, что древесные растения концентрируют больше хрома в органах, чем травянистые растения [10, 28, 29].

В листьях липы сердцевидной, клена остролистного и хвое ели обыкновенной установлено превышение содержания марганца над средними значениями в 1,5-9 раз (содержание элемента в листьях составляло от 340 до 2130 мг/кг сухого вещества) в Ясной Поляне, г. Белеве (включая образцы из леса), г. Суворове и Туле (рис. 6, 2, 4). Эти значения лежат в вилке критических концентраций для растений [2]. При этом превышения ПДК элемента ни в верхних горизонтах почв, ни в воздухе исследованных зон выявлено не было (за исключением территории Косогорского металлургического завода).

Рис. 2. Содержание тяжелых металлов и металлоидов в листьях клена остролистного, произрастающего в разных районах Тульской области

Данный факт свидетельствует о том, что древесные растения являются чувствительными индикаторами к содержанию данного элемента в среде во времени и могут отражать его пространственное распределение с воздушной эмиссией, а также поглощать элемент из более глубоких горизонтов почв.

Рис. 3. Содержание тяжелых металлов и металлоидов в листьях ивы ломкой

На высокое содержание железа в почвах и воздушной среде реагируют две лиственные породы: клен остролистный и ива ломкая (см. рис. 2, 3). При этом, наибольшей чувствительностью отличается клен остролистный (содержание элемента в листьях возрастает до 1250 мг/кг (г. Тула), что в 2 раза выше токсических концентраций элемента для растительности [2, 13, 30] и в 8 раз выше, чем ИР. Такое интенсивное поглощение железа наряду с другими тяжелыми металлами может вести к развитию некротических изменений листа и снижению жизненности вида в условиях полиметаллического загрязнения почв промышленных городов.

Биоаккумуляция меди в листьях древесных растений Белевского района (город и лес), Ясной Поляны и областного центра - г. Тулы достигала 24-53 мг/кг сухого вещества, что в 2,5-5 раз выше значений ИР. Высокая

Содержание металлов в хвое ели обыкновенной разных районов Тульской обл., мг/кг

250

Содержание тяжелых металлов в хвое ели обыкновенной (Тульская обл.), мг/кг

Ясная Белев пес Тула город Reference

поляна Plant,

B.Markert

Рис. 4. Содержание тяжелых металлов и металлоидов в хвое ели обыкновенной разных экосистем Тульской области

концентрация элемента в древесных обусловлена его высоким содержанием в воздухе и почвах вследствие воздействий предприятий металлургической промышленности и металлообработки [9].

Отмечена аккумуляция мышьяка в листьях лиственных пород в точках пробоотбора: г. Новомосковск, Ефремовский район (пос. Шилово) в концентрациях 0,21-0,37 мг/кг сухого вещества, что в 2-3,5 раза выше Reference Plant. При этом, ель обыкновенная аккумулирует в хвое в 2 раза меньше мышьяка, чем RP независимо от точки пробоотбора.

В аккумуляции кадмия наблюдается тенденция, аналогичная мышьяку: ель обыкновенная не накапливает элемент в хвое, тогда как все исследованные лиственные породы во всех точках пробоотбора, за исключением произ-

Содержание хрома в листьях древесных пород, Тульская обл., мг/кг сухого вещества

клен остролистные* Ш липа сердцевидная  ива ломкая

Рис. 5. Содержание хрома в листьях древесных растений Тульской области по сравнению с RP

растающих в СЗЗ автодорог Тулы и в лесу Белевского района, накапливали от 0,16 до 0,92 мг/кг элемента в листовой пластинке, что в 3-18 раз превышает средние данные по растительности (см. рис. 2, 3, 6). Самая высокая концентрация элемента отмечена в листьях клена остролистного, произрастающего на Куликовом Поле, а также в листьях ивы ломкой. Лучшим биомаркером по данному элементу является Salix fragilis. Факт высокого накопления кадмия в листовых пластинках древесных растений можно объяснить воздушной эмиссией элемента от автомагистралей, а также, по-видимому, лучшей степенью поглощения элемента на щелочных почвах (пос. Шилово, Ефремовский район, Куликово Поле). Тенденция низкой биоаккумуляции кадмия в листьях древесных пород, произрастающих в Туле, на почвах с полиэлементной аномалией, может быть объяснена антагонизмом ионов при поглощении из окружающей среды, а также низким уровнем кадмия в почвах.

Учитывая разницу в биоаккумуляции токсичных элементов листьями растений, произрастающих в разных районах области, можно сделать вывод, что выбранные для биоиндикации и биомониторинга виды древесных растений отражают экологическую обстановку в экосистемах с разной степенью антропогенной нагрузки и могут быть использованы в качестве биомониторов. При этом, наибольшим спектром изменения биогеохимической активности характеризуются виды Acer platanoides и Salix fragilis, которые предпочтительнее использовать для биомониторинга по биогеохимическим параметрам при вариативности изменения основных источников загрязнения окружающей среды. Аборигенный вид голосеменных - ель обыкновенная - в меньшей степени подходит для выбранных целей. Ниже приведены данные биогеохимической активности видов (табл. 1).

Содержание металлов в листьях липы сердцевидной разных районов Тульской обл., мг/кг

Сг —•— Мп И Ре « Си —

Содержание тяжелых металлов в листьях липы сердцевидной (Тульская обл.), мг/кг у

Рис. 6. Биоаккумуляция тяжелых металлов в листьях липы сердцевидной, произрастающей в разных районах Тульской области

Анализ корреляционных связей при биоаккумуляции элементов листьями растений выявил высокую корреляцию между аккумуляцией элементов: А1 - V, Zn, Бш, Ш, ТИ, и (почвенное накопление элементов техногенного загрязнения; поглощение элементов из почв);

Мп - Си; Сё - V - ТИ, И; Zn - ТИ, И (фактор воздействия предприятий металлургической и оборонной промышленности металлообработки).

В целом, учитывая комплексную биогеохимическую активность видов -боиндикаторов, можно сделать вывод о преобладающих тенденциях загрязнения среды экосистем тяжелыми металлами. Так, наиболее чистой экосистемой из исследованных является лес у дер. Варушицы Суворовского района. При этом, урбоэкосистема г. Суворова загрязнена Мп, Сё, т.к. отмечается тенденция к аккумуляции данных элементов в листьях исследованных лиственных пород деревьев (деятельность Черепетской ГРЭС, Черепетского за-

Таблица 1

Биогеохимическая активность листьев древесных растений, отражающая антропогенную нагрузку на экосистемы

Вид Аккумулируемые элементы при повышении техногенной нагрузки

Клен остролистный Acer platanoides а, V, мп, Ее, N1, си, Лэ, са

Липа сердцевидная Tilia cordata а, мп, N1, са

Ива ломкая Salix fragilis С1, V, Мп, Ее, N1, 2п, Лэ, Са

Ель обыкновенная Picea abies V, Мп, Ее

вода железобетонных изделий и конструкций ОАО «СПК Мосэнергострой», эмиссия выбросов автотранспорта).

Белевский район (широколиственный лес и урбоэкосистема города) отличается биогеохимической концентрацией таких элементов, как Мп, Си и N1 (следствие деятельности предприятия ОАО «Трансмаш»: механическая обработка и холодная штамповка деталей (сталь, чугун, цветное литьё), кокильное цветное литье, нанесение гальванического покрытия, выпуск тормозных цилиндров и баллонов для огнетушителей).

Город Плавск является относительно чистой по исследованным элементом урбоэкосистемой, в которой наблюдается только повышение концентрации С1 и Сё в листьях, что индицирует автотранспортную эмиссию и нарушение солевого состава почв вследствие антропогенного загрязнения.

В городе Новомосковск высока концентрация С1 и Ай в листьях исследованных растений, что может быть следствием работы предприятий химической промышленности (производство минеральных удобрений и бытовой химии: ОАО «Новомосковская акционерная компания «Азот» ООО «Проктер энд Гэмбл-Новомосковск», ОАО «Оргсинтез», ООО «Полипласт Новомосковск», ОАО «Полимерконтейнер», ОАО «Кнауф-Гипс», «Аэрозоль Новомосковск»).

Биогеохимическая активность древесных растений, отобранных в пос. Шилово Ефремовского района, отражает тенденцию к аккумуляции таких элементов, как Ай и Сё.

В листьях деревьев государственного памятника культуры музея-усадьбы Л.Н. Толстого «Ясная Поляна» отмечена высокая концентрация Мп, Си, Сё, N1, что может являться следствием воздушной эмиссии выбросов Косогорского металлургического завода (Мп, Си, N1) и эмиссии выбросов автотранспорта (Сё, N1). В этом случае речь идет о переносе тяжелых металлов воздушными массами от источников загрязнения.

Государственный музей-заповедник «Куликово Поле» согласно данным биогеохимической активности древесных растений подвержен воздействию автотранспортной эмиссии, что может быть связано со свободным переносом на дальние расстояния воздушными потоками в лесостепные регионы таких элементов, как Ni и Cd.

Наиболее тяжелая экологическая обстановка, согласно данным биогеохимической активности листьев древесных растений, складывается в урбоэко-системе г. Тулы: отмечена повышенная биоаккумуляция (по сравнению с RP и фоновыми значениями наиболее чистых районов области) таких элементов как V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, что связано с деятельностью предприятий металлургической и оборонной промышленности города.

Концентрация целого ряда элементов в листьях древесных пород может значительно сокращать срок их вегетации, жизненность особей в целом, проявляться в развитии некротических изменений листовой пластинки и приводить в конечном итоге к уменьшению площади фотосинтетической поверхности листьев и снижению их физиологической активности (синтез органических веществ, фиксация углекислого газа, выработка кислорода). Все это, в целом, снижает продуктивность и стабильность экосистем, особенно урбанизированных, где основными продуцентами, биофильтрами и источниками кислорода являются древесные растения. Тульская область является проблемным регионом по данным биогеохимического анализа листьев древесных растений биогеоценозов. Большая часть районов области подвержена воздействию тяжелых металлов при переносе воздушной эмиссией или от локальных источников загрязнения. Наиболее проблемными районами являются: областной центр (г. Тула), территория музея-усадьбы «Ясная Поляна».

Список литературы

1. Баргальи Р. Биогеохимия наземных растений. М.: ГЕОС, 2005. 457 с.

2. Битюцкий Н.П . Микроэлементы высших растений. СПб.: Изд-во Санкт-Петерб. ун-та, 2011. 368 с.

3. Бухарина И.Л., Поварницына Т.М., Ведерников К.Е. Эколого-биологические особенности древесных растений в урбанизированной среде. Ижевск: Ижевская ГСХА, 2007. 216 с.

4. Метод мхов-биомониторов и ГИС-технологии в оценке воздушных загрязнений промышленными предприятиями Тихвинского района Ленинградской области / К.Н. Вергель, Э.И. Горяйнова, И.В. Вихрова, М.В. Фронтасьева // Экология урбанизированных территорий. 2014. № 2. С. 92-101.

5. Оценка возможности использования древесных растений для биоиндикации и биомониторинга выбросов предприятий металлургической промышленности / С.В. Горелова, А.Р. Гарифзянов, С.М. Ляпунов, А.В. Горбунов, О.И. Окина., М.В. Фронтасьева // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. 2010. № 1 (12). С. 155-163.

6. Возможности использования древесных растений для биоремедиации загрязненных тяжелыми металлами почв в урбоэкосистемах / С.В. Горелова, А.В. Гор-

бунов, С.М. Ляпунов, О.И. Окина, М.В. Фронтасьева // Экологические проблемы Промышленных городов: сб. науч. тр. по материалам 6-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием. Саратов, 2013. Ч. 2. С. 117-120

7. Экологическое состояние почв города Тулы / С.В. Горелова, С.А. Козлов, ЕЮ. Толкунова, А.В. Горбунов, С.М. Ляпунов // БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА: 18-я Междунар. Пущинская школа-конф. молодых ученых (Пущино, 21-25 апреля 2014 г.): сб. тез. Пущино, 2014. С. 410-411.

8. Горелова С.В. Использование голосеменных интродуцентов для биомониторинга состояния окружающей среды в урбанизированных экосистемах // Экологические проблемы промышленных городов: сб. науч. тр. по материалам 7-й Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием (Саратов, 8-10 апреля 2015 г). Саратов: Сарат. гос. ун-т, 2015. Ч. 2. С. 48-52.

9. Изучение состояния атмосферного воздуха в промышленных районах города Тулы / С.В. Горелова, С.А. Козлов, ЕЮ. Толкунова, С.М. Ляпунов., А.В. Горбунов, О.И. Окина, М.В. Фронтасьева // БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА: 19-я Междунар. Пущинская школа-конф. молодых ученых (Пущино, 20-24 апреля 2015 г.): сб. тез. Пущино, 2015. С. 418.

10. Биогеохимическая активность голосеменных интродуцентов в условиях про-мышленно развитых урбанизированных экосистем / С.В. Горелова, М.В. Фронтасьева, А.В. Горбунов, С.М. Ляпунов, Е.Г. Мочалова, О.И. Окина // Вестник Балтийского федерал. ун-та им. И. Канта. 2015. Вып. 1. С. 92-106.

11. Дмитриев А.Ю., Павлов С.С. Автоматизация количественного определения содержания элементов в образцах методом нейтронно-активационного анализа на реакторе ИБР 2 в ЛНФ ОИЯИ // Письма в ЭЧАЯ. 2013. Т. 10. № 1 (178). С. 58-64.

12. Емакова Е.В., Фронтасьева М.В., Стейннес Э. Изучение атмосферных выпадений тяжелых металлов и других элементов на территории Тульской области с помощью метода мхов-биомониторов // Экологическая химия. 2004. Т. 13. Вып. 3. С. 167-180.

13. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. С. 440.

14. Кулагин А.А, Шагиева Ю.А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей. М.: Наука, 2005. 190 с.

15. Лукина Н.В., Никонов В.В. Биогеохимические циклы в лесах Севера в условиях аэротехногенного загрязнения. Ч. 2. Апатиты: Изд-во Кольского науч. центра РАН, 1996. 192 с.

16. Майдебура И.С. Влияние загрязнения воздушного бассейна г. Калининграда на анатомо-морфологические и биохимические показатели древесных растений: автореф. дис. Калининград, 2006. 11 с.

17. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: Гигиенические нормативы. М.: Федерал. центр гигиены и эпидемиологии Роспо-требнадзара, 2006. 15 с.

18. Изучение атмосферных выпадений тяжелых металлов в районе сталелитейного комплекса в северной Норвегии при различной ориентации производства / Э. Стейннес, М.В. Фронтасьева, Т. Эйдхаммер-Съебак, П. Варског // Экологическая химия. 2004. Т. 13. Вып. 2. С. 100-111.

19. Уфимцева М.Д., Терехина Н.В. Фитоиндикация экологического состояния ур-богеосистем Санкт-Петербурга. СПб.: Наука, 2005. 339 с.

20. Фронтасьева М.В., Павлов С.С. REGATA Experimental Setup for Air Pollution Studies // Проблемы современной физики: сб. Дубна: ОИЯИ, 1999. С. 152-158.

21. Черненькова Т.В. Реакция лесной растительности на промышленное загрязнение. М.: Наука, 2002. 190 с.

22. Berg T. and Steinnes E. Use of mosses (Hylocomium splendens and Pleurozium schreberi ) as biomonitors of heavy metal deposition: from relative to absolute deposition values // Environmental Pollution. 1997. V. 98. No. 1. P. 61-71.

23. Breure A., Zechmeister H.G. Bioindicators and Biomonitors, Principles, Concepts and Applications. Amsterdam, Tokyo, N.Y.: Elsevier, 2003. 997 р.

24. Air pollution studies in Central Russia (Tver and Yaroslavl Regions) using the moss biomonitoring technique and neutron activation analysis / E.V. Ermakova, M.V. Frontasyeva, S.S. Pavlov, E.A. Povtoreyko, E. Steinnes, Ye.N. Cheremisina // Journal of Atmospheric Chemistry. 2004. V. 49. P. 549-56.

25. Physiological stability as a factor for selection of woody plants for phytoremediation and biomonitoring / S.V. Gorelova, A.R. Garifzyanov, M.V. Frontasyeva, S.M. Lyapunov, A.V. Gorbunov, O.I. Okina / International Conference on Environmental Pollution and Clean Bio/Phytoremediation. Pisa, Italy, 2010. Р. 21.

26. Revitalization of urban ecosystems through vascular plants: preliminary results from the BSEC-PDF project AGROCHIMICA / S.V. Gorelova, M.V. Frontasyeva, L. Yurukova, M. Coskun, A. Pantelica, C.J. Saitanis, M. Tomasevic, M. Anicic. 2011. V. 55(2). P. 65-84.

27. Woody plants in passive biomonitoring and bioremediation of urban ecosystems. Aspect of heavy metal accumulation / S.V. Gorelova, M.V. Frontasyeva, S.M. Lyapunov, A.V. Gorbunov, O.I. Okina // Neutron Spectroscopy, Nuclear Structure, Related Topics: Abstr. оf the XIX Intern. Seminar on Interactioon of Neutrons with Nuclei. Dubna: JINR, 2011. P. 29.

28. BIOINDICATION AND MONITORING OF ATMOSPHERIC DEPOSITION USING TREES AND SHRUBS / S.V. Gorelova, M.V. Frontasyeva, A.V. Gorbunov, S.M. Lyapunov, O.I. Okina // Materials of 27th Task Force Meeting of the UNECE ICP Vegetation. Paris, France, 2014. P. 63.

29. BIOGEOCHEMICAL ACTIVITY OF SOME CONIFEROUS EXOTIC WOODY SPECIES IN URBAN ECOSYSTEMS / S.V. Gorelova, M.V. Frontasyeva, A.V. Gorbunov, S.M. Lyapunov, O.I. Okina // Fundamental Interactions & Neutrons, Nuclear Structure, Ultracold Neutrons, Related Topics: Abstr. оf the XXII Intern. Seminar on Interactioon of Neutrons with Nuclei. Dubna: JINR, 2014. P. 44.

30. KABATA-PENDIAS A., PENDIAS H. Trace elements in soil and plants. London, New-York, Washington: CRC Press, Boca Raton, 2001. 432 p.

31. Markert B. Establishing of 'Reference plant' for inorganic characterization of different plant species by chemical fingerprinting. Water // Air and Soil Pollution. 1992. V. 64. P. 533-538.

32. Markert B, Fraenzle S., Fomin A. In: Elements and Their Compounds in the Environment. Weinheim, Tokyo, N.Y.: Wiley-VCH, 2004. P. 235-254.

33. Elemental composition of lime wood response to atmospheric deposition / B. Mankovska, D. Popierova, M. Florek, M.V. Frontasyeva, E. Ermakova, J. Antoni // Ekologia. 2003. V. 22. Suppl. 1. P. 152-156.

34. Ruhling Е. Atmospheric Heavy Metal Deposition in Europe - estimations based on moss analysis. Copenhagen: Nordic Council of Ministers, 1994. 9 p.

35. Ruhling Е, Steinnes E. Atmospheric Heavy Metal Deposition in Europe 1995. 1996. Copenhagen: Nordic Council of Ministers, 1998. 15 p.

36. Heavy metals accumulation in tree leaves from urban areas / M. Tomasevic, S. Rajsic, D. Dordevic, M. Tasic, J. Krstic, V. Novakovic // Environmental Chemistry Letters. 2004. V. 2. P. 151-154.

37. Characterization of trace metal particles deposited on some decidous tree leave in an urban area / M. Tomasevic, Z. Vukmirovic, S. Rajsic, M. Tasic, B. Stevanovic // Chemosphere. 2005. V. 61. P. 753-760.

38. Wolterbeek B. Biomonitoring of trace element air pollution: principles, possibilities and perspectives // Env. Pollution. 2002. V. 120. P. 11-21.

Горелова Светлана Владимировна (salix35@gmail.com), к.б.н., проректор по УОР, Институт повышения квалификации и профессиональной переподготовки работников образования, с.н.с., факультет естественных наук, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого.

Волкова Елена Михайловна (convallaria@mail.ru), к.б.н., доцент, кафедра биологии, Тульский государственный университет.

Фронтасьева Марина Владимировна (marina@nf.jinr.ru), к.ф.-м.н., доцент, начальник сектора нейтронно-активационного анализа, лаборатория нейтронной физики им. И.М. Франка, Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Московская область.

Bioaccumulation and biomonitoring of anthropogenic pollution of ecosystems with using of biogeochemical characteristics of leaves of woody plants

S.V. Gorelova, E.M. Volkova, M.V. Frontasyeva

Abstract. The biogeochemical features of 4 species of adventive wood plants were studied in ecosystems of Tula region. The areas of investigation are characterized by different stages of anthropogenic press and were presented by local and regional cities, protected areas of museum-reserves «Yasnaya Polyana» and «Kulikovo Field», natural forest communities. Results shown that the trees have different intensity in accumulation of heavy metalls by the leaves. Acer

platanoides, Salix fragilis are good indicators of ecological condition of ecosystems by biogeochemical parameters.

Keywords: ecosystems, anthropogenic pollution, wood plants, biogeochemical characteristics, bioaccumulation, toxic elements, neutron and activation analysis.

Gorelova Svetlana (salix35@gmail.com), candidate of biological sciences, vice-rector for educational and organizational work, Institute of Advanced Training and Professional Retraining of Education Employees, senior researcher, faculty of natural sciences, Leo Tolstoy Tula State Pedagogical University.

Volkova Elena (convallaria@mail.ru), candidate of biological sciences, associate professor, department of biology, Tula State University.

Frontasyeva Marina (marina@nf.jinr.ru), candidate of physical and mathematical sciences, associate professor, chief of the department, department of neutron activation analysis, laboratory of neutron physics, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Moscow region.

Поступила 15.09.2015