Содержание тяжелых металлов в водных и прибрежно-водных экосистемах юго-западных районов Брянской области

УДК 574. 2

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДНЫХ И ПРИБРЕЖНО-ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЮГО-ЗАПАДНЫХ РАЙОНОВ БРЯНСКОЙ ОБЛАСТИ

БулоховА.Д., АнищенкоЛ.Н., ПанасенкоН.Н., СеменищенковЮ.А.

Приведены данные по накоплению тяжелых металлов в некоторых компонентах водных и прибрежно-водных экосистем в радиационно-загрязненных районах Брянской области.

Ключевые слова: Брянская область, валовая концентрация тяжелых металлов, экосистема, флористическая классификация.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 11-04-90353-РБУ_а.

Основу работы составляют материалы проведенных в 2011 г. исследований водных и прибрежно-водных экосистем на территории Гордеевского, Клинцовского, Красногорского, Климовского районов Брянской области. Описание сообществ выполнено в пределах естественных границ сообществ. Флористическая классификация составлена в соответствии с общими установками метода J. Braun-Blanquet [9] на основе классификации, разработанной для Брянской области А. Д. Булоховым [1], Л.Н. Анищенко и Т.Н. Буховец [2].

Отбор проб растительного материала (водных и прибрежно-водных растений- побеговая биомасса, корневища, грунта для определения валового содержания элементов группы тяжелых металлов (ЭТМ) осуществлялось в двух типах водных объектов: Миркинское водохранилище (Красногорский р-н), р. Снов (Клинцовский, Климовский р-н) в августе месяце 2011 г.

Методика исследований: в полевых условиях с площади 1 м2 собиралась биомасса растений, отбирались пробы грунта. Собранные образцы подвергалась общепринятой камеральной обработке для пробоподготовки к работе на спектрометре «Спектроскан-Макс» [3]. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве определялись по ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.2042-06 [4]. ОДК для ЭТМ следующие: Pb - 32,0 мг\кг, As - 2,0 мг\кг, Zn - 55,0 мг\кг, Cu - 33,0 мг\кг, Ni - 20,0 мг\кг, Mn - 1500 мг\кг, V - 150 мг\мг.

Анализ валовой концентрации ЭТМ проведен для 5 экологических групп растений:

I - свободноплавающие гидрофиты - плейстофиты (Hydrocharismorsus-ranae , Stratiotesaloides, Spirodelapolyrrhiza;

II - укореняющиеся гидрофиты с плавающими листьями (Potamogetonnatans, Nupharlutea;

III - полностью погруженные гидрофиты (Ceratophyllumdemersum, Potamogetonperfoliatus.

IV - гелофиты (Scirpus lacustris, Sparganium emersum, Acorus calamus, Phragmites australis, Typha latifolia;

V - гигрогелофиты (Agrostis stolonifera, Scolochloafestucacea).

Сведения о содержании ЭТМ в грунте и придонных отложениях водоемов, а также показатели накопления тяжелых металлов водными и прибрежно-водными растениями приведены в табл. Для сопоставления данных использовались сведения о накоплении тяжелых металлов макрофитами, выполненных ранее по той же методике [5].

При анализе данных о валовом содержании ЭТМ в растительной биомассе в р. Снов выяснено следующее. Превышает ОДК концентрация свинца в побеговой массе Phragmitesaustralis, для остальных растений содержание свинца находится в пределах ОДК. Валовая концентрация меди выше ОДК в пробах биомассы Acoruscalamus (корневища и надгрунтовая надземная биомасса), цинка - в биомассе Scirpus lacustris. Не зарегистрировано содержание меди в биомассе плейстофита Spirodelapolyrrhiza, прибрежно-водного вида Sparganium emersum. ОДК для марганца превышена в пробах гелофитов: Scolochloafestucacea, Sparganium emersum, Agrostisstolonifera, Scirpus lacustris, плейстофита - Spirodelapolyrrhiza. Для Spirodelapolyrrhiza валовое содержание марганца максимальное: от 16381,0 до 15283,0 мг/ кг биомассы. Ни в одном образце высших водных и прибрежно-водных растений не обнаружен кобальт. Титан зарегистрирован только в корневищах Acoruscalamus. Остальные ЭТМ для которых известна ОДК зарегистрированы в пределах допустимых значений концентрации.

Наибольшая валовая концентрация стронция показана для плейстофитного вида -Spirodelapolyrrhiza - от 318,9 до 210 мг/кг (различия видовых концентраций статистически достоверны Шракт >табл). Наименьшее содержание стронция имеет биомасса Sparganium emersum. Наибольшее содержание железа зарегистрировано в корневищах Acoruscalamus,

надводной биомассе Agrostisstolonifera и Scirpus lacustris. Высока валовая концентрация хрома для проб Agrostisstolonifera (88,0 мг/кг) и Scirpus lacustris (71,0 мг/кг).

Для проб Ceratophyllumdemersum, отобранных в различных географических точках русла р. Снов, валовые концентрации ЭТМ мало различаются (статистически недостоверные различия).

В целом накопительная способность по отношению к ЭТМ у речных видов I и V групп достоверно различается (1;практ >табл) по отношению к стронцию, меди, железу, марганцу и хрому.

В пробах речного грунта валовые концентрации для свинца, меди (1-3), ванадия не превышают ОДК. Все четыре пробы грунта содержат высокую (выше ОДК) концентрацию мышьяка, цинка (кроме пробы 1), никеля, марганца. В грунте зарегистрирован кобальт.

Для проб растений с территории водохранилища значения валового содержания ЭТМ распределяется следующим образом.

Превышена ОДК по свинце для биомассы растений: Phragmitesaustralis, Nupharlutea (надводная биомасса, корневище), Typha latifolia (корневище): Spirodelapolyrrhiza. Выше ОДК валовая концентрация цинка обнаружена в пробах Phragmitesaustralis (надводная биомасса, корневище), Nupharlutea (корневище), Typha latifolia (надводные побеги, корневище) - растения IV группы, Potamogeton natans (II группа), Stratiotesaloides (I группа). Высокое содержание меди зарегистрировано в надводной биомассе и корневищах Phragmitesaustralis. Образцы биомассы Potamogeton perfoliatus и Ceratophyllumdemersum, Spirodelapolyrrhiza и Hydrocharis morsus-ranae, Stratiotesaloides меди не содержат. Превышает ОДК валовая концентрация марганца для проб Phragmitesaustralis (корневище), Typha latifolia (надводные побеги, корневище), Potamogeton perfoliatus, Ceratophyllumdemersum, Spirodelapolyrrhiza, Hydrocharis morsus-ranae, Nupharlutea (побеги и корневище), Potamogeton natans. Содержание никеля во всех пробах зарегистрировано в пределах ОДК.

Для биомассы Spirodelapolyrrhiza, отобранной в разных точках водохранилища различия в валовом содержании всех ЭТМ статистически недостоверны.

Наибольшая валовая концентрация общего стронция определена в биомассе Stratiotesaloides, Potamogeton perfoliatus, Spirodelapolyrrhiza, наименьшая - Typha latifolia (надводные побеги), Nupharlutea (побеги и корневище). Валовое содержание железа велико в биомассе проб Potamogeton natans, Typha latifolia (надводные побеги, корневище), Phragmitesaustralis (корневище). Также обнаружен ванадий и титан в корневищах Typha latifolia. Ни в одном из образцов растений кобальт не обнаружен.

В целом при анализе значений валового содержания ЭТМ в пробах видов с территории водохранилища выяснено, что статистически значимо (1;практ >табл) различается содержание стронция для плейстофитов Spirodelapolyrrhiza, Stratiotesaloides, погруженного гидрофита Potamogeton perfoliatus, и остальных видов (и экологических групп). Значения наибольшей и наименьшей валовой концентрации свинца, цинка, меди, марганца также достоверно различаются для видов.

Анализ валового содержания ЭТМ в озерном грунте показал превышение ОДК для мышьяка, цинка (проба 1, 3), меди, никеля, марганца. Также как и для речного грунта обнаружен кобальт.

Наибольшие превышения ОДК и значения валовых концентраций ЭТМ для которых ОДК не установлено наблюдается в пробах корневищ и надводной биомассы растений IV группы.

Биомасса многокоренника в озере и реке также содержит различные валовые концентрации свинца (больше в озерных пробах). Остальные ЭТМ по значениям валового содержания отличаются статистически недостоверно.

Анализ содержания ЭТМ в биомассе растений эталонных водных экосистем (биосферный резерват Неруссо-Деснянское Полесье) [6, 7, 8] показал следующее:

1. Концентрация общего стронция, никеля, хрома, особенно железа и марганца в образцах водных макрофитов Неруссо-Деснянского Полесья статистически достоверно ниже, чем в образцах речных и озерных видов исследованной территории;

2. Концентрация меди, ванадия у водных макрофитов эталонных экосистем превышает по значениям их содержание в биомассе водных растений исследованной территории (статистически значимые различия).

Таблица.

_Валовое содержание тяжелых металлов в исследованных образцах_

_Ассоциация, административный район, населенный пункт, тип почвы (грунта)_

__Содержание химических элементов, мг/кг_

Асс. Phragmitetum communis (gams, 1927) schmale 1939 -тростниковая. Красногорский, окр. Д. Яловка, миркинское водохранилище, дамба. Грунт песчано-глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 214,5±9,58 28,5±2,3 8 9,4±1,06 36,1±4,3 8 36,7±5,93 28,7±2,2 8 1,9±0,6 2 15001,1±157,84 282,2±57,83 42.4±4,3 7 34,5±4,28 2651,0±180,5 9

Phragmites australis, надводная фитомасса 98,9±6,73 39,4±3,4 7 1,5±0,78 64,5±6,2 3 38,1±4,06 6,0±1,96 0 11012±176,8 974,0±79,39 69,0±6,2 9 0 0

Phragmites australis, корневище 103,2±9,31 41,3±4,7 2 2,0±0,99 71,9±6,7 9 36,0±4,26 12,6±1,3 8 0 17154±167,22 3288±148,37 92,6±7,0 4 4,9±0,94 110,5±8,49

Potamogetonperfoliatus 384±17,84 28,4±3,6 3 2,4±0,79 25,8±3,8 5 0 15,3±1,4 9 0 6831,9±175,09 4236,0±158,4 9 58,2±6,3 7 0 0

Асс. Hydrocharitetum morsus-ranae van lang. 1935 - многокоренниково-водокрасовое сообщество. Красногорский, окр. Д. Увелье, миркинское водохранилище. Грунт глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 161,4±8,79 26,8±3,4 1 13,1±1,9 0 44,2±4,5 2 56,8±6,38 38,5±5,0 1 2,0±0,7 8 49628,0±115,71 2252,0±97,98 42,2±4,1 2 29,9±3,28 1901,6±129,0 5

Spirodelapolyrrhiza 388±14,38 34,0±3,4 9 2,0±0,74 48,0±5,0 6 0 18,0±1,9 7 0 4622±189,95 16471±143,92 62,8±7,0 5 0 0

Hydrocharismorsus-ranae 138±11,42 19,8±1,4 8 2,5±0,79 38,5±3,6 8 0 16,5±1,3 6 0 6205±177,69 8438±201,64 83,1±8,9 3 0 98,5±7,58

Ceratophyllumdemersu m 194±11,93 11,4±1,2 6 1,0±0,58 49,5±5,2 1 0 14,0±1,4 8 0 4638±169,48 5688±159,46 49,5±5,2 3 0 0

Асс. Potamogetono-nupharetum luteae th. Mülleretgörs 1960 - кубышковая. Красногорский,окр. Д. Яловка, миркинское водохранилище, дамба. Грунт глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 121,3±17,8 2 31,0±3,4 9 10,2±1,7 3 84,3±7,6 9 38,9±4,36 34,7±4,3 7 1,7±0,6 3 17894,3±153,39 354,6±62,19 37,2±4,5 3 54,3±7,73 3987,1±186,7 3

Nupharlutea (лист) 58,3±5,21 38,4±3,9 4 1,5±0,75 52,5±5,5 9 0 9,4±1,03 1,2±0,5 7 9381±218,94 1287±98,95 56,8±6,0 4 0 0

Nupharlutea (корневище) 62,8±7,04 40,9±4,3 7 1,0±0,58 58,5±6,0 7 0 14,0±1,2 9 0 10309±111,37 2124±110,83 78,0±7,5 9 0 203,0±19,83

Асс. Stratiotetum aloidismiljan 1933 - телорезовая.Красногорский, окр. Д. Яловка, миркинское водохранилище, дамба. Грунт глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 116,1±9,50 25,2±2,3 4 11,2±1,9 5 79,3±7,7 4 36,1±4,73 20,2±2,4 8 2,1±0,7 9 14230,5±206,74 1260,1±98,94 31,2±3,4 4 54,3±4,79 3132,7±131,8 6

Stratiotesaloides 231,9±14,4 8 29,6±2,3 6 2,3±1,18 68,7±6,3 2 0 17,9±4,5 2 0 11934,3±187,31 1238,1±149,8 9 84,5±7,4 8 0 0

Асс. PotamogetonetumnatantisSoo 1927 - плавающердестовая.Красногорский, окр. д. Яловка, Миркинское водохранилище, дамба. Грунт торфяный

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 131,1±11,0 4 23,5±2,0 6 6,1±1,26 63,7±2,8 5 42,8±3,71 36,9±1,9 6 1,7±0,9 6 18516,4±196,55 3 1254,2±109,1 1 25,7±2,6 4 28,3±3,39 2995,1±179,8

Potamogetonnatans 92,1±7,83 31,3±4,1 1 2,8±0,65 59,3±6,3 9 3,114±0,9 5 19,4±2,0 4 0 2119,6±140,97 1705,4±132,8 3 88,1±7,6 8 0 0

Асс. Thyphetumlatifoliaesoo exg. Lang 1973 - рогозовая.Красногорский, окр. Д. Яловка, миркинское водохранилище, дамба. Грунт глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 120,0±11,0 8 26,4±2,3 1 10,0±1,2 7 84,1±6,3 8 37,3±4,52 29,0±2,3 8 2,8±0,8 5 18784,7±179,05 1420,5±109,0 4 48,3±5,4 7 40,6±3,49 2148,0±201,3 3

Typha latifolia (надземная фитомасса) 78,2±7,37 28,4±3,2 7 2,3±1,93 61,8±6,8 3 30,2±3,45 15,6±1,3 1 0 10048,6±256,89 2802,8±137,8 4 72,5±5,3 9 0 0

Typha latifolia (корневище) 89,3±6,74 37,1±2,4 9 2,4±1,75 96,5±7,3 8 32,7±3,38 19,2±3,9 7 0 21011,4±160,97 2865,9±45,67 62,0±7,0 3 10,30±1,0 1 93,5±8,22

Ceratophyllumdemersu m 175,4±11,3 9 15,6±1,1 8 1,5±0,53 39,6±4,1 5 5,2±1,02 18,3±1,8 7 0 5987,3±192,32 7523,9±164,7 9 87.1±6,9 7 0 0

Асс. Ranunculo—agrostidetum stoloniferae oberd. Et al. 1967 - побегообразующе-полевичная.Новозыбковский, д. Старый кривец, р. Снов, береговая линия. Грунт песчано-суглинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 114,3±7,89 27,7±3,2 9 10,1±1,9 5 90,2±9,3 9 30,7±4,81 23,9±3,8 2 2,3±0,9 4 20831,0±101,62 2098,2±98,23 31,8±4,3 6 40,3±4,99 3496, 2±167,88

Agrostis stolonifera (надземная фитомасса) 110,5±9,86 22,1±2,9 5 2,0±0,69 48,8±5,0 7 8,5±1,28 18,5±1,3 9 0 11332±152,39 9884±160,93 88,0±9,4 3 0 0

Асс.Srirpetumlдcш¡t•is'chouаrd 1924 -озернокам^1шевая. Клинцовский, ок э. Д. Великая топаль, р. Снов. Грунт глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 114,2±9,04 26,2±2,99 9,2±1,58 89,4±7,49 30,6±3,28 23,5±3,49 2,4±0,78 20923,0±164,93 2106,0±103,48 30,2±3,72 47,8±4,57 3360,4±117,89

Scirpus lacustris (надземная фитомасса) 120,5±9,95 6,8±1,20 2,5±0,69 57,5±5,86 20,0±2,85 8,5±1,03 0 9983±265,07 11335±250,80 32, 0±3,40 0 0

Асс.Scolochloetumarundinaceaerejewski 1977 -тростянковая,климовский, окр. Д. Истопки, р. Снов. Грунт песчано-глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 107,7±10,96 29,8±2,54 9,0±1,59 35,6±3,38 31,0±4,51 26,1±2,17 1,8±0,79 12960,8±176,52 188,3±62,35 33,9±3,17 32,4±3,42 2444,0±159,99

Scolochloafestucacea 210,0±11,08 8,9±1,32 1,5±0,89 34,5±3,99 0 18,5±1,48 0 4432±187,99 16381±169,40 41,3±4,07 0 0

Sparganium emersum 82,3±7,48 34,2±4,03 2,0±0,68 23,5±3,02 10,5±1,42 10,8±1,90 0 12849±142,80 10324±167,92 65,0±7,04 0 0

Spirodelapolyrrhiza 88,0±7,63 10,5±1,04 2,0±0,87 35,0±3,75 0 13,5±1,05 0 10284±116,59 7133±203,06 71,0±8,31 0 0

Асс. Acoretum calamii knapp et stoff. 1962 - аировая,климовский, окр. Д. Чернятин, р. Снов. Грунт песчано-глинистый

ЭТМ Sr Pb As Zn Cu Ni Co Fe Mn Cr V Ti

Грунт 192,8±12,38 28,9±2,56 9,1±1,59 62,1±8,72 41,0±5,19 28,7±2,14 2,3±0,69 15093,1±186,59 263,2±11,47 52,1±5,68 44,5±4.39 3657,0±117,05

Acorus calamus (надземная фитомасса) 115,0±9,79 13,5±1,94 2,0±0,49 51,5±6,38 42,0±5,51 14,5±1,94 0 14893,0±275,40 1107,0±189,52 48,0±5,06 0 104,5±9,47

Acorus calamus (корневище) 102,5±8,95 12,0±1,94 2,0±0,38 41,0±5,27 35,0±4,29 15,0±1,49 0 12154,±248,79 903,0±137,63 39,0±3,27 0 0

Spirodelapolyrrhiza 318,9±14,58 6,5±1,05 1,0±0,46 38,0±3,95 4,0±1,07 17,2±2,03 0 3989,0±298,99 15283,0±301,86 39,4±3,49 0 0

The Information About Heavy Metals In The General Components Of Aquatic AndCoastalEcosystems Of Radioactive-Contaminated Districts Of Bryansk Region.

The key words: Bryansk Region, Total Concentration Of Heavy Metals, Ecosystem, Floristic Classification.

СписокЛитературы

1. Булохов А.Д. Травяная Растительность Юго-Западного Нечерноземья России. Брянск, 2001.296 С.

2. Анищенко Л.Н., Буховец Т.Н. Флора и растительность настоящих водных макрофитов водоемов и водотоков Южного Нечерноземья россии. Брянск, 2009. 200 с.

3. Методика выполнения измерений массовой доли металлов и оксидов металлов в порошкообразных пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа. М 049-П/04. СПб., 2004. 20с.

4. ПДК и ОПДК химических веществ в почве (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.2042-06).

5. Анищенко Л.Н., Буховец Т.Н. Настоящие водные макрофиты как аккумуляторы элементов // Экологическая безопасность региона. Сб. статей II Международной научно-практической конференции. Брянск, 22-24 октября 2009 г. Брянск, 2009. С. 38-42.

6. Анищенко Л.Н. Динамика содержания тяжелых металлов в биомассе макрофитов водоемов и водотоков Неруссо-Деснянского Полесья // Экологическая безопасность региона. Сб. статей III Международной научно-практической конференции. Брянск, 21-22 октября 2010г. Брянск, 2010. С. 4855.

7. Анищенко Л.Н. Водная растительность и её продукция в экотопах фоновых территорий Брянского Полесья // Российско-Украинско-Белорусское пограничье: 25-летие экологических и социально-педагогических проблем в постчернобыльский период. Сб. материалов междунар.научн.-практ.конф. Новозыбков. 26-27 апр.2011 г. Новозыбков, 2011. С. 90-93.

8. Итоги биологического контроля качества окружающей среды в системе регионального экомониторинга. Монография. / Ред. Л.Н. Анищенко. Брянск, 2011. С. 52-81.

9. Braun-Blanquet J. Pflanzensociologie 3. Aufl. Wien, N.-Y., 1964. 865 S.

Об авторах

Булохов А.Д. - доктор биологических наук, профессор брянского государственного университета имени академика и.г. петровского, kafbot2002@mail.ru.

Анищенко Л.Н. - доктор сельскохозяйственных наук, профессор брянского государственного университета имени академика и.г. петровского, lanishchenko@mail.ru

Панасенко Н.Н. - кандидат биологических наук, доцент брянского государственного университета имени академика и.г. петровского, panasenkobot@yandex.ru.

Семенищенков Ю.А. - кандидат биологических наук, доцент брянского государственного университета имени академика и.г. петровского, yuricek@yandex.ru.