Биогеохимическое исследование каменных памятников архитектуры

ЭКОЛОГИЯ

УДК 579.69

БИОГЕОХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАМЕННЫХ ПАМЯТНИКОВ АРХИТЕКТУРЫ

Ю.А. Петушкова, М.В. Крупина, Ю.П. Петушкова, М.В. Гусев

Геохимическая деятельность микроорганизмов, развивающихся на стенах памятников архитектуры, приводит к биоповреждению строительных материалов, которое выражается как в изменении их цвета, так и снижении прочности материала, осыпанию отдельных участков известняка, штукатурного слоя, разрушению кирпича, вспучиванию покрасочного слоя. Чем выше физиологическая активность микроорганизмов, тем интенсивнее идут процессы разрушения, вызванные продуктами клеточного метаболизма бактерий, микроскопических грибов, микроводорослей (ЬуаИкоуа, РеШяЬкоуа, 1991; ига, КгитЪеш, 1994).

Среди основных факторов внешней среды, воздействующих на физиологические процессы в клетках микроорганизмов, развивающихся на каменных памятниках, можно выделить температуру, влажность, освещенность, состав органических веществ атмосферы и грунтовых вод. Из воздуха и почвы могут поступать не только питательные органические вещества, но и ионы тяжелых металлов, которые клетки микроорганизмов способны аккумулировать в больших количествах. Металлы адсорбируются на поверхности, связываясь с клеточной стенкой или веществами капсулы, взаимодействуя с отрицательно заряженными группами в составе поверхностных структур.

Клетки разных микроорганизмов аккумулируют тяжелые металлы в количествах, намного превышающих потребность в них как компонентах питания. Сублетальные концентрации металлов вызывают нарушения в ультраструктуре клеток, ин-гибируют транспортные и энергетические процессы, действуют на многие участки метаболических путей (Сенцова, Максимов, 1985). Это объясняет необходимость при микробиологическом анализе учитывать такой фактор внешней среды, как концентрация тяжелых металлов в камне зданий, воздействующих на физиологическую активность микроорганизмов, что в свою очередь влияет на интенсивность разрушения различных материалов памятников.

Целью данной работы было проведение микробиологического и геохимического исследования каменных материалов памятников архитектуры Моск-

вы, Московской и Ярославской областей, расположенных в районах, характеризующихся разной степенью загрязненности окружающей среды.

Материалы и методы исследования

В ходе визуального обследования памятников определялись места взятия проб на участках характерных повреждений в виде окрашенных пятен, порошковидного или пластинчатого разрушения камня. В местах отбора проб измеряли влаго-содержание строительных конструкций с помощью электронного влагомера О 810 фирмы "Бе^еГ' (Германия), позволяющего контактным неразруша-ющим методом определять концентрацию воды в штукатурке, каменной и кирпичной кладке на глубине 1 см и 4 см.

Отбор проб штукатурки, каменной и кирпичной кладки для микробиологического исследования проводили в стерильные чашки Петри двумя способами: методом прямого посева соскоба поверхностного налета стерильным скальпелем в чашки Петри с питательными средами для выделения хемоорганотрофных микроорганизмов и методом соскоба поврежденного материала в стерильные чашки Петри для количественного лабораторного анализа методом десятикратных разведений.

Отобранные пробы использовали для посевов на следующие питательные среды.

• Для выделения хемолитотрофных бактерий использовали жидкие среды Бейеринка (для учета тионовых бактерий), среды 8\У и Пф (для выделения нитрифицирующих нитрит- и нитратоб-разующих бактерий).

• Для выделения хемоорганотрофных микроорганизмов использовали твердые агаризованные среды — среду ПДГ, содержащую пептон, дрожжевой экстракт и глюкозу, и среду Чапека для выделения плесневых грибов.

• Для выделения галотолерантных (солеустойчи-вых) микроорганизмов в среду ПДГ добавляли 15%-й раствор №С1 или 7%-й раствор Са8С>4.

Для количественной оценки степени зараженности стен памятников осуществлялась предвари-

тельная подготовка отобранных проб строительных материалов (штукатурки, кладочного раствора, известняка и др.). Для этого в стерильных условиях навески исследуемого материала помещались в физиологический раствор с добавлением Твина-80 и встряхивались, а затем методом десятикратных разведений проводились посевы на селективные питательные среды.

Количественное определение содержания в пробах хемолитотрофных бактерий проводили методом предельных серийных разведений на вышеупомянутых элективных средах. Разведения для посевов на указанные выше агаризованные питательные среды осуществлялись в трехкратной повторности и подбирались экспериментально.

О наличии в пробах нитрифицирующих аммо-нийокисляющих нитритобразующих бактерий судили по изменению окраски присутствующего в среде SW индикатора фенолового красного, изменяющего при подкислении среды розовую окраску на желтую. Образование нитритов определяли качественно с помощью реактива Грисса, который дает малиновое окрашивание в присутствии ионов нитрита.

Присутствие в пробах нитрифицирующих ни-тритокисляющих нитратобразующих бактерий определяли по использованию нитрита в среде для культивирования бактерий, осуществляющих II фазу нитрификации, также по реакции с реактивом Грисса. Образование нитратов определяли путем реакции восстановления нитратов до нитритов при добавлении металлического цинка.

О наличии тионовых бактерий в пробах судили по образованию в среде Бейеринка, содержащей тиосульфат Na2(S203), ионов сульфата SO42-, которые определяли по осаждению белого осадка сульфата бария (BaSO^ при добавлении к куль-туральной жидкости соляной кислоты (HCl) и хлористого бария (ВаС12).

Учет хемоорганотрофных микроорганизмов проводили чашечным методом Коха путем подсчета количества колониеобразующих единиц (КОЕ), рассчитывая затем на единицу навески пробы.

Чашки и пробирки со средами после посевов инкубировали в термостате при температуре 25—27°. Учет выросших хемоорганотрофных микроорганизмов проводили на 7—14-е сутки, хемолитотрофных бактерий — через месяц после посева.

Содержание металлов определяли методом атомной абсорбции. Отбор проб проводили на основании следующих визуальных признаков: обрастание зеленого цвета, без видимого обрастания, известняк, кирпич, пятна сине-зеленого цвета, гип-соподобный иней на стенах. Пробы для анализа готовили методом сухого озоления при 450°, при этом получали еще одну характеристику — золь-

ность, указывающую на суммарное количество органического вещества, а также воды, не удаляемой при высушивании при 105°.

Определение концентрации тяжелых металлов в пробе проводили следующим образом. Из исследуемой пробы формировали 3 образца для анализа на определение тяжелых металлов. Средний вес пробы для анализа был около 3 г. Определяли сухой вес пробы: доводили до постоянного сухого веса досушиванием в сушильном шкафу, выдерживали в эксикаторе и трижды взвешивали на аналитических весах с точностью до тысячной доли грамма.

Пробы озоляли методом сухого озоления в муфельной печи при ступенчатом подъеме температуры до 450° в течение 6—8 ч. Определяли вес золы взвешиванием на аналитических весах. Золу растворяли в соляной кислоте марки "хч" или "осч", подогревая на закрытой плитке. Для озоления и растворения использовали кварцевые чашки.

Концентрации металлов в пробе определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре "Нь 1асЫ-180-80'' (Япония) в воздушно-ацетиленовом пламени, а Сс1 — путем беспламенной атомиза-ции в графитовой печи. Предел чувствительности измерения элементов: Сс1 — 0,025 мг/мл, Со — 0,15 мг/мл, Сг — 0,1 мг/мл, Си — 0,09 мг/мл, Бе — 0,12 мг/мл, № — 0,15 мг/мл, Мп — 0,055 мг/мл, РЬ — 0,5 мг/мл, 2п — 0,018 мг/мл. Чувствительность можно повышать путем уменьшения объема пробы и увеличения веса материала. Можно концентрировать пробу путем выпаривания до меньшего объема. Концентрация металлов в пробах рассчитывается по отношению к сухому весу материала по формуле:

(X • В)/У,

где X — показание прибора в мкг/мл, V — объем пробы в мл, В — вес пробы в граммах.

Содержание тяжелых металлов в пробах определяли как средние значения концентраций металлов из трех проб для анализа.

Результаты исследования

Объектами нашего исследования были белокаменная и кирпичная кладка наружных стен трех памятников архитектуры: Покровской церкви Новодевичьего монастыря (г. Москва), Грота Государственного музея-усадьбы "Архангельское" (Московская обл.) и Красной палаты Государственного музея-заповедника "Ростовский кремль" (Ярославская обл.). Места отбора и характеристика проб приведены в табл. 1.

Новодевичий монастырь в г. Москве расположен в районе, сильно загрязненном из-за близости ряда промышленных предприятий (ТЭЦ-12, Дор-

Таблица 1

Характеристика и места отбора проб строительных материалов наружных стен памятников архитектуры

№ проб Место отбора пробы Характер повреждения Составляющая пробы, % Влагосодержание кладки, %

минеральная органическая глубина 10 мм глубина 40 мм

Новодевичий монастырь, Надвратная Покровская церковь

HI Цоколь, белый камень, высота от уровня грунта 30 см Черные пятна 77 23 3 8

Н2 Цоколь, белый камень Видимая пленка обрастания микроводорослями 63 37 4 9

НЗ Цоколь, белый камень Отсутствие видимой пленки обрастания 100 0 4 9

Грот музея-усадьбы "Архангельское"

Г1 Грот, цоколь, белый камень Видимая пленка обрастания микроводорослями 69 31 7,5 > 10

Г2 Грот, цоколь, белый камень Отсутствие видимой пленки обрастания 91 9 7 > 10

Красная палата Ростовского кремля

Р1 Цоколь, кирпич Видимая пленка обрастания микроводорослями 98,3 1,7 3 6

Р2 Цоколь, кирпич Отсутствие видимой пленки обрастания 98,1 1,9 3 6

РЗ Штукатурка Видимая пленка обрастания микроводорослями 97,1 2,9 > 10 > 10

Р4 Штукатурка Отсутствие видимой пленки обрастания 98,2 1,8 > 10 > 10

Р5 Кладочный раствор Порошковидное разрушение 97,2 2,8

химзавод, завод сложных эфиров и др.). Здесь проводился биомониторинг белокаменной и кирпичной кладки Надвратной Покровской церкви. Особое внимание уделялось микробиоте известняка в зоне эксфильтрации (белокаменный цоколь на высоте до 1 м) северной стены церкви. Были исследованы следующие характерные повреждения белого камня: зеленые и темно-серые налеты, белые гипсоподобные высолы, "мучнистое" разрушение старинного мячковского и реставрационного крымского известняков. Исследуемые окрашенные налеты на поверхности камня не коррелируют с разрушением известняка. Для сравнения изучалась кирпичная кладка в непосредственной близости от цоколя.

Результаты анализа проб показали высокое микробное разнообразие выделенных физиологических групп. Это оксигенные фотоавтотрофы, аэробные хемолитотрофные тионовые и нитрифицирующие бактерии (табл. 2), хемоорганотрофные микроорганизмы, включая галотолерантные, анаэробные, денитрифицирующие бактерии, аэробные метило-трофы, микроскопические грибы. В микробиоценозе известняка преобладающими, независимо от сезонных изменений, были галотолерантные бактерии рода Micrococcus, относящиеся к умеренным галофилам, а также микромицеты и зеленые водоросли.

Таблица2

Хемолитотрофные микроорганизмы, обнаруженные в пробах с поврежденных стен каменных памятников архитектуры

№ проб Нитрифицирующие бактерии Тионовые бактерии

ГТО2-образующие ГТОз-образующие

HI 0 103 10

Н2 102 0 103

Г1 103 0 103

Г2 103 10 ю4

ГЗ 103 0 ю2

Р1 ю2 0 103

Р2 ю2 0 0

РЗ 103 102 103

Р4 ю2 102 103

Р5 0 0 ю2

Примечание. Места отбора проб описаны в табл. 1.

Анализ проб показал очевидное различие в содержании элементов тяжелых металлов в подверженных биологической эрозии известняках. Так, участки камня, покрытые зеленым обрастанием, содержали максимальные количества Хп, №, Бе

мкг/г

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Си РЬ № Со Сг Ре Мп

мкг/г

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Си РЬ № Со Сг Ре Мп

Рис. 1. Концентрация тяжелых металлов в пробах белого камня, отобранных с цоколей памятников архитектуры Новодевичьего монастыря

и Мп. Пробы камня с черными пятнами обрастания (преимущественно, микромицетами) содержали Си в 70 раз, Ъ\\ в 200 раз, № в 1,5 раза, Мп в 2,5 раза меньше, а Сг в 1,5 раза больше, чем в камне с водорослевым обрастанием. Таким образом, в микроводорослевой биопленке аккумулируется максимальное количество тяжелых металлов, более низкая их концентрация наблюдается в темно-серой патине на камне, в которой, однако, выявлено наиболее высокое содержание Сг, а наименьшая по сравнению с пробами патины концентрация анализируемых элементов содержится в пробах неповрежденного известняка (рис. 1).

Грот музея-усадьбы "Архангельское" в отличие от стен Покровской церкви Новодевичьего монастыря менее подвержен атмосферному загрязнению, однако здесь наблюдается сильная водная эрозия, вследствие чего состояние его внутренних стен весьма неоднородное. Из-за отсутствия гидроизоляции в результате увлажнения стен и сводов есть участки с нарушенной однородностью кладки, глубина разрушения которой достигает 10 см. Штукатурка на влажной кладке вспучивается и отслаивается. Своды Грота в результате замачивания с верхней террасы также имеют участки выкрашивающейся кладки. На стенах Грота наблюдаются

остатки известковой побелки. Высокая влажность способствует обрастанию зелеными водорослями и цианобактериями. При этом площадь обрастания в летнее время составляет более 50% поверхности внутренних стен, а зимой она не превышает 5%.

Микробиологический анализ проб, взятых с внутренних стен Грота, показал высокую зараженность хемоорганотрофными микроорганизмами, составляющую в среднем выше 10 клеток на 1 г пробы (рис. 2). Доминирующими как на среде ПДГ, так и на среде Чапека были бактерии, причем наблюдалось подавление роста микромицетов во всех пробах даже на среде Чапека, которая является благоприятной для грибов питательной средой. На среде Чапека доминирующими представителями микробиоты являлись актиномицеты. Одна из причин ингибирования роста микроскопических грибов может быть связана с присутствием акти-номицетов, количество которых в пробах превышало И)7 клеток/г (рис. 2).

Среди общего числа бактерий, развивающихся на каменных стенах Грота, были выделены галото-лерантные виды (табл. 3). Таким образом, основная часть микрофлоры может развиваться в присутствии повышенных концентраций солей. Споровые клетки бактерий в пробах отсутствовали, что сви-

среда ПДГ

25000000

20000000

15000000 -

10000000 -

5000000

штукатурка

кирпич

кладочный раствор

Таблица 3

Группы бактерий, обнаруженные в пробах, взятых со стен Грота

Рис. 2. Хемоорганотрофные микроорганизмы, выделенные со стен Грота

детельствует либо об отсутствии спорообразующих бактерий, либо о наличии факторов, препятствующих процессу спорообразования.

Хемолитотрофные бактерии также были обнаружены во всех пробах. Среди них преобладали тионовые и нитритобразующие бактерии, продуцирующие азотистую кислоту. В отдельных пробах их концентрация была в пределах 1000—10 000 кле-

Группы бактерий Количество клеток в 1 г пробы

Общее количество клеток бактерий 1,5 х 108

Галотолерантные бактерии, способные к росту в присутствии повышенной концентрации ШС1 (10%) 1,4 х 107

Галотолерантные бактерии, способные к росту в присутствии повышенной концентрации Са804 (7%) 1,2 х 107

Споровые клетки бактерий 0

ток в 1 г. Нитратобразующие бактерии были обнаружены только в пробах, взятых со штукатурки, причем в малых количествах (10 клеток в 1 г пробы) (табл. 2). Следовательно, очевидно участие тионовых и нитритобразующих бактерий в деструкции каменных строительных материалов Грота.

Определение концентраций металлов осуществляли в пробах белокаменного цоколя, кирпичной стены и штукатурки Грота (рис. 1). Пробы отбирались как с участков с видимым зеленым обрастанием, так и с участков, где видимого роста водорослей не обнаруживалось. Поскольку тяжелые металлы в водорослях находятся преимущественно в виде разнообразных органоминеральных соединений, для проведения атомно-абсорбционного определения содержания анализируемых элементов в пробах предварительно сжигали органическое вещество, а минеральную часть разлагали для получения легкорастворимых солей. Доля органической составляющей относительно минеральной компоненты в пробах с обрастанием составляла примерно 30% по сравнению с 9% в пробах без видимого обрастания (табл. 1).

Диапазон содержания элементов оказался весьма широким и составил (в мкг/г) для Си 0,09-36,7; Ъъ 0,03-163; РЪ 0,12-10; № 0,03-5,1; Со 0,02-0,8; Сг 1,6-62; Бе 5,5-357; Мп 5,5-159. В пробах, взятых с водорослевых биопленок, содержащих около 30% органического вещества, наблюдалось повышенное количество 7л, Бе, Сг и Мп по сравнению с камнем без биообрастания (цинка в 20 раз больше, кобальта и хрома в 2 раза, железа и марганца в 3—6 раз). Наиболее высокие концентрации элементов Си, РЬ, и N1 обнаружены в пробах, где видимый рост фототрофов отсутствовал.

Можно предположить, что высокое содержание анализируемых элементов в стенах Грота обусловлено природно-техническими особенностями данной исторической территории, возможно, в грунте над сводом Грота имеется металлическая арматура, которая корродирует под действием воды.

Таким образом, высокие концентрации металлов, обнаруженные в пробах, влияют на разнообразие микробиоты стен Грота. В строительных материалах памятника выявлено низкое содержание микроскопических грибов и в то же время высокая концентрация бактерий, причем доминирующей группой являются актиномицеты (до 107 клеток в 1 г пробы).

Памятники архитектуры Ростовского кремля Ярославской области по сравнению с исследованными в данной работе памятниками архитектуры Московского региона находятся в условиях наименее загрязненной окружающей среды. Для био-геохимического исследования Ростовского кремля пробы отбирались с наружной стены Красной палаты (табл. 1).

Учет хемолитотрофных бактерий. Большой вклад в деструкцию камня вносят хемолитотроф-ные бактерии, которые получают энергию за счет окисления восстановленных неорганических соединений, которыми богата каменная кладка и кладочный раствор. Количественный учет тионовых и нитрифицирующих бактерий с помощью метода предельных разведений в исследуемых пробах представлен в табл. 2. Результаты показали, что в стенах памятника содержатся хемолитотрофные бактерии, аммонийокисляющие, образующие нитриты, и тионовые, образующие сульфаты, в количестве около 1000 клеток в 1 г.

Учет хемоорганотрофных микроорганизмов. Высокое влагосодержание каменной кладки способствует также развитию хемоорганотрофных бактерий и микромицетов. Среди всех проб, взятых с внешних стен Ростовского кремля, наиболее высокое содержание микроорганизмов наблюдалось в пробах кирпича с патиной (обрастание микроводорослями) (Р-1), а также кладочного раствора (Р-5), о чем свидетельствуют результаты количественного учета как на среде ПДГ, так и на среде Чапека (рис. 3). Кроме того, следует отметить, что в этих пробах при выделении на обеих средах доминирующими оказались бактерии. При этом на среде Чапека, более благоприятной для роста грибов, количество бактерий превысило число КОЕ (колониеобразующих единиц) микромицетов.

В пробах штукатурки с патиной (Р-3) наблюдался умеренный рост микромицетов (до 1000 клеток в 1 г пробы) на фоне развития бактерий (не менее 105 клеток/г), а в пробах штукатурки без патины (Р-4) количество бактерий снижено вдвое, также ниже по сравнению с пробами патины и число КОЕ микромицетов.

Таким образом, можно сделать вывод, что микроводоросли, развивающиеся на штукатурке, способствуют росту хемоорганотрофных микроорганизмов, вероятно, как продуценты органических соединений. Видимой зависимости концентрации микроорганизмов от влагосодержания каменной

среда Чапека

Рис. 3. Хемоорганотрофные микроорганизмы, выделенные со стен Красной палаты Ростовского кремля

кладки в данном случае не обнаружено. Штукатурка содержала более 10% воды на глубине 1 см и 4 см, кирпич же был менее увлажнен (4% и 6% на глубине 1 см и 4 см соответственно).

Следовательно, существенной разницы в количестве и разнообразии физиологических групп микроорганизмов не обнаруживалось, более того, количество микромицетов в пробах менее увлажненного кирпича оказалось даже выше, чем в пробах штукатурки. Возможно, это связано с тем, что химический состав материала, а именно кирпича и штукатурки, был определяющим фактором развития хемоорганотрофных микроорганизмов по сравнению с фактором влагосодержания кладки.

Определение концентрации тяжелых металлов в пробах штукатурки, кирпича и кладочного раствора, взятых с участков стены как с патиной (ви-

ез бактерии  микромицеты  общее количество

1000000 900000 800000

л

Ч 700000

I- 600000 г-

™ 500000

2 400000

0

1 300000 200000

среда ПДГ

333,4

236,9

ПАТИНА БЕЗ ПАТИНЫ

кирпич

1,74

1,3 0,2 0,75 0,43 '0,95

и1 1

Fe Mn Zn Си Ni Pb

10

fc- 1 ¡2

0,1-0,01 0,001.

1,76 2,3

штукатурка

0,6 1,0 0,2 0,1 0,5 0,1 0,1 0,06 0,03 0,01

I lj

Fe Mn Zn Си Ni Pb

1000' 100-b Ю

180,9

кладочный раствор

1,6

4,1

п

0,23 0,74

0,1 Fe

Mn

Zn

Си

П

Ni

Pb

Рис. 4. Концентрация тяжелых металлов в пробах строительных материалов Красной палаты Ростовского кремля

димой микроводорослевой пленкой обрастания), так и без нее показало, что их содержание в пробах с патиной выше, чем в пробах без патины (рис. 4). Как видно на рис. 3, в пробах кирпича наружной стены Красной палаты наблюдается самое высокое содержание железа по сравнению с другими пробами (333,4 мкг/г). Либо этот эффект обусловлен аккумуляцией металлов клетками мик-

роводорослей, либо тем, что участки стены, где наблюдается видимый рост водорослей, содержат большую концентрацию металлов.

Последний вариант маловероятен, так как содержание этих металлов превышает количества, необходимые клеткам в качестве микроэлементов. Для оптимальной жизнедеятельности большинства микроорганизмов концентрации металлов Си, Хп, РЬ не должны превышать 0,1—0,2 мкг/г почвы. При более высоких концентрациях происходит снижение физиологической активности, например азотфиксирующей активности бактерий, ингиби-рование роста культур микроводорослей (Илялет-динов, 1984).

В пробах штукатурки (рис. 3, Р-3, Р-4) концентрация металлов Хп, Си, N1, РЬ как в участках с патиной, так и без нее невелика и не превышает 0,2 мкг/г пробы. Кроме того, концентрация Бе составляет 1,76 и 2,3 мкг/г, в то время как этот элемент нужен клеткам в качестве макроэлемента для обеспечения метаболических процессов.

Таким образом, микроорганизмы, развивающиеся на стене в штукатурном слое, могут испытывать дефицит железа. В кладочном растворе содержание тяжелых металлов достаточно высоко, но приблизительно в 2 раза ниже по сравнению с концентрациями соответствующих элементов (за исключением Си), обнаруженных в пробах кирпича.

Итак, анализируя полученные результаты, можно заключить, что геохимический состав поверхности камня памятников архитектуры оказывает непосредственное влияние (в отдельных случаях даже в большей степени, чем влагосодержание) на качественный и количественный состав микроорганизмов и, как следствие, на степень разрушения каменных архитектурных сооружений. Несмотря на то, что концентрации тяжелых металлов в камне в основном превышают оптимальные концентрации для жизнедеятельности клеток, количество микроорганизмов в ряде проб превышало 106 клеток/г. Следовательно, выделенные микроорганизмы адаптированы к повышенным концентрациям Хп, Си, РЬ, N1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Илялетдинов А.И. 1984. Микробиологические превращения металлов. Алма-Ата. 268 с.

Сенцова О.Ю., Максимов В.И. 1985. Действие тяжелых металлов на микроорганизмы // Усп. микробиол. 20. 227—248.

L у а 1 i к о v a N.N., Petushkova Y.P. 1991. Role of Microorganisms in the Weathering of Minerals in

Building Stone of Historical Buildings // Geomicrobiol. J. 9. 91-101.

Urzi C., Krumbein W.E. 1994. Microbial Impacts on the Cultural Heritage // Durability and Change. The Science, Responsibility, and Cost of Sustaining Cultural Heritage / Eds. W.E. Krumbein et al.

Поступила в редакцию 06.12.04

BIOGEOCHEMICAL STUDIES OF STONE ARCHITECTURAL MONUMENTS

Ju.A. Petushkova, M. V. Krupina, Ju.P. Petushkova, M. V. Gusev

Biogeochemical investigations included content determination of 8 metal elements (Cu, Zn, Pb, Ni, Co, Cr, Fe, Mn) in patina samples from walls of stone historical buildings in Moscow (the Gate-Church of Intercession in Novodevichyi Convent), near Moscow (the Grotto of Arkhan-gelskoye Estate landscape ensemble) and Yaroslavl region (The Red Chamber of the Rostov Kremlin). Various ecophysiology groups of microorganisms including chemolithotrophic nitrifying and thionic bacteria, phototrophic microalgae, chemoorganotrophic bacteria and fungi were isolated. The accumulation of Fe h Mn elements in all investigated samples of biopatina were determined using atomic-absorptional method. Furthermore metal elements Zn, Cu, Ni, Co, Cr were present mainly in biopatina of Moscow and near Moscow historical buildings.

УДК 581.144.1:582.272.74

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФИТОЦЕНОЗОВ

CYSTOSEIRA CRINITA (PHAEOPHYTA) И ДИНАМИКА РОСТА МАКРОФИТОВ НА ИСКУССТВЕННЫХ РИФАХ

В.И. Капков, М.Ю. Сабурин, O.A. Беленикина, Е.И. Блинова

Цистозира — бурая водоросль, образующая мощные многоярусные фитоценозы в прибрежных водах северо-восточного региона Черного моря. Занимая сублитораль, фитоценоз цистозиры четко реагирует на эвтрофирование и загрязнение водной среды. За последнюю четверть века в связи с увеличением антропогенной нагрузки на морские прибрежные экосистемы наблюдается заметное сужение пояса цистозиры с сохранением величины ее средней биомассы (Блинова и др., 1990). Наряду со смещением нижней границы фитоценозов с глубин 15—20 до 7—10 м происходят изменения в структуре водорослевого сообщества, в котором возрастает доля нитчатых водорослей с рассеченными талломами и высокой удельной поверхностью слоевищ. В доминирующей ранее растительной ассоциации: Cystoseira crinita + Cystoseira barbata — Cladostephus verticullatus — Corallina mediterránea последняя замещается другой красной водорослью Ceramium rubrum, которая предпочитает эвтрофированные воды.

В последние годы возрос интерес к цистозире как источнику ценного сырья для водорослевой промышленности и потенциальному объекту ма-рикультуры (Блинова и др., 1991; Ружицкий и др., 1992). В этой связи анализ процессов деградации и оценка современного состояния цистозиры становятся актуальной задачей, решение которой вне-

сет существенный вклад в понимание причин и характера изменения ее фитоценозов. Однако до настоящего времени ощущается недостаток информации о состоянии, структуре и флористическом составе измененных фитоценозов цистозиры в регионе ее наибольшего произрастания (Блинова, Сабурин, 1999). Практически отсутствуют данные о способности цистозиры к регенерации и возможности ее культивирования на искусственных рифах с целью восстановления ее нарушенных фитоценозов, которые функционируют как мощные природные биофильтры, способствующие деэвтро-фированию прибрежных морских вод.

Район работы, материал

и методы исследования

Исследования проводили на сублиторали в районе мыса Б. Утриш — Анапа на специально выбранных в поясе фитоценозов цистозиры полигонах с использованием легководолазного снаряжения — аквалангов АСВ-2 и АВМ-7. В опытах in situ наблюдали динамику восстановления в фи-тоценозах двух видов цистозиры: Cystoseira crinita Вогу и Cystoseira barbata (Good, et Wood.) Ag. На глубинах 0,5—10 м на площадках 2—18 м2 помечали 25 экземпляров цистозиры на каждом квадратном метре и периодически раз в три месяца в течение 2 лет измеряли прирост стволика, боко-