Использование мохообразных и сообществ синантропной растительности в фиторемедиации почв загрязненных территорий

УДК 581.5:574.4

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОХООБРАЗНЫХ И СООБЩЕСТВ СИНАНТРОПНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТИ В ФИТОРЕМЕДИАЦИИ ПОЧВ ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Ю.Г. Поцепай, кандидат биологических наук Л.Н. Анищенко, доктор биологических наук Л.М. Шматова, аспирант

ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет им. академика И.Г. Петровского»

Резюме. В статье рассматриваются накопительные возможности мохообразных и надземной фитомассы сообществ синантропной растительности по отношению к элементам группы тяжелых металлов в фиторемедитационных целях.

Ключевые слова: мохообразные, синантропная растительность, фиторемедиация.

The resume: 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.

Key words: bryophytes, synantropic plants, phytoremedy.

Фиторемедитация почв - перспективное направление восстановления 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.

Материалы и методы. Исследования проводились на селитебных территориях 17 административных районов Брянской области. Сообщества синантропной растительности подвергались геоботаническим описаниям по методике школы Ж. Браун-Бланке [1]. 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 м2 скашивалась 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 Vaccinio Piceetea Br.-Bl. 1939, союза - Dicrano-Pinion sylvestris Matuszkiewicz 1962, ассоциации - Dicrano - Pinetumn sylvestris Preising et Knapp ex Oberdorfer 1957, субассоцации - quercetosum roboris [4] в Семецком и Октябрьском лесничестве ФГУ «Почепский лесхоз» агентства лесного хозяйства по Брянской области. Пробные площади (ПП) были заложены на расстоянии 700 (ПП 1), 1000 (ПП 2) и 1500 (ПП 3) м от объекта хранения химического оружия (ОХХО) в зоне действия преобладающих в районе западных ветров, а также контрольная ПП на значительном удалении от ОХХО. Напочвенный моховой покров (образцы) представлен следующими видами: Atrichum undulatum Hedw., Sanionia uncinatis Hedw., Brachythecium salebrosum Web. et Mohr, Plagiothecium laetum Schimp, Dicranum scoparium Hedw. 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 Artemisietea vulgaris, Bidentetea tripartitae. Наибольшая накопительная способность по отношению к стронцию зарегистрирована для сообществ ассоциации Leonuro-Urticetum dioicae, Echinocystis lobata (116,32 и 119,73 мг/кг), к железу - сообществ Artemisia vulgaris, Helianthus tuberosus, Cyclachaena xanthiifolia, Bidens tripartite (12506,14 и 12933,95 мг/кг), к

хрому - сообществ Urtica dioica, Cyclachaena xanthiifolia (68,21 и 72,17 мг/кг), к титану -сообществ Helianthus tuberosus, Cyclachaena xanthiifolia (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 Cyclachaena xanthiifolia.

Концентрация цинка в пробах биомассы для сообщества ассоциации Leonuro-Urticetum dioicae, сообществ Urtica dioica, Cyclachaena xanthiifolia, Heracleum sosnowskyi 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 Urtica dioica и Cyclachaena xanthiifolia. Установлена совместное накопление в надземной растительной массе этих двух элементов.

Содержание никеля в фитомасе растений, превышающее ОДК (ОДК = 20,0 мг/кг), определено для сообществ Urtica dioica, Helianthus tuberosus, Echinocystis lobata, Bidens tripartite.

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 Urtica dioica, а также неофитные фитоценозы Cyclachaena xanthiifolia.

Валовая концентрация элементов группы тяжелых металлов в смешанных образцах мохообразных показана в рисунках 1 - 4.

Таблица 1 - Валовое содержание (мг/кг) элементов группы тяжелых металлов в фитомассе наиболее распространенных сообществ синантропной растительности

на территории Брянской области

Элем ент Сообщества*

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Sr 116,32+0,93 110,67+0,87 83,15 +0,59 95,70 +0,92 91,22 +0,86 101,19+0,83 83,94 +0,85 119,73+1,23 112,14+0,86 98,79 +0,74

Pb 20,11 +1,35 19,64 +1,23 44,25 +0,49 21,40 +1,69 16,49 +1,31 25,16 +1,99 37,71 +2,37 31,35 +1,93 20,41 +1,99 23,47 +1,62

As 1,16 +0,11 1,09 +0,38 1,35 +0,09 0,67 +0,06 0,92 +0,07 1,71 +0,51 2,17 +0,04 1,14 +0,06 1,03 +0,27 1,03 +0,05

Zn 55,71 +0,31 52,74 +0,82 76,35 +0,43 44,64 +0,21 41,29 +0,19 39,32 +0,09 94,72 +0,17 42,71 +0,45 34,39 +0,081 71,37 +0,66

Cu 27,26 +0,31 29,96 +0,29 36,45 +0,38 24,17 +0,23 22,75 +0,38 27,83 +0,256 40,40 +0,65 21,90 +0,39 17,90 +0,31 26,076 +0,51

Ni 19,17 +0,22 17,36 +0,28 34,30 +0,40 18,32 +0,27 19,99 +0,35 21,37 +0,35 18,65 +0,76 29,29 +0,45 25,30 +0,19 18,03 +0,23

Co 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Fe 11835,81 + 23,18 9236,13 + 25,27 9367,08 + 21,39 12811,1 +22,37 10809,2 +22,11 12506,1 +23,90 18407,6 + 18,68 11115,1 +23,13 12933,9 +23,91 11889,19 +23,94

Mn 405,14+3,19 704,48+3,01 507,50+3,46 293,93+1,09 281,03+1,14 185,99+2,08 1242,40+2,89 199,16+3,09 137,18+3,15 164,56 +3,97

Cr 42,38 +0,35 42,15 +0,45 72,17 +0,05 43,86 +0,06 53,12 +0,17 58,51 +0,04 68,21 +0,83 47,67 +0,95 52,84 +0,19 35,17 +0,76

V 0

Ti 170,04+13,10 154,07+10,55 222,24+4,93 170,25+5,36 198,15+9,18 295,01+19,03 278,36+11,41 270,01+20,5 271,96+17,59 243,02+17,51

*Класс Artemisietea vulgaris: Leonuro-Urticetum dioicae, 2 Tanaceto-Artemisietum vulgaris и 3 сообщества: Urtica dioica, 4 Artemisia vulgaris, 5 Arctium tomentosum, 6 Helianthus tuberosus 7 Cyclachaena xanthiifolia 8 сообщество Echinocystis lobata. Класс Bidentetea tripartitae: 9 Базальное сообщество Bidens tripartite 10 Базальное сообщество Heracleum sosnowskyi

Co As Cu Ni Zn Pb V Sr Cr

120,0000

100,0000

0,0000

П ПП1 1 ПП2

ПП3

контроль

Рисунок 1 - Валовое содержание 9 элементов в моховом покрове

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.

1800,0000 1600,0000 1400,0000 1200,0000 1000,0000

400,0000

0,0000

МП

Т1

Рисунок 2 - Валовое содержание 2 элементов в моховом покрове (2006 г.) Концентрация марганца (рис.2) не превышает ОДК, кроме как в пробах на ПП2 (1536,80 мг/кг).

Рисунок 3 - Валовое содержание 9 элементов в моховом покрове

В пробах 2008 г. также не обнаружен кобальт. Аналогичные показатели концентрации, превышающей ОДК для свинца, меди, хрома, мышьяка, цинка (рис.3).

450 400 350 300 250 200 150 100 0500 г

-

1=1 1=1 и

контр

П

П

П

Рисунок 4 - Валовое содержание 3 элементов в моховом покрове

Превышено содержание марганца по ОДК на всех 1111, 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 фиторемедитации почв при возможных значительных загрязнениях отдельными видами токсикантов.

Список литературы. 1. Braun-Blanquet, J. Pflanzensoziologie. Wien-New York: SpringerVerlag, 1964. - 865 s.

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. Булохов, А.Д. Эколого-флористическая классификация лесов Южного Нечерноземья России / А.Д. Булохов, А.И. Соломещ. - Брянск: Издательство БГУ, 2003. - 359 с.