Бриоиндикация состояния лесных экосистем района опасных техногенных объектов

Шматова, Людмила Михайловна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Бриоиндикация состояния лесных экосистем района опасных техногенных объектов
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Бриоиндикация состояния лесных экосистем района опасных техногенных объектов"

На пра^^^кописи

Шматова Людмила Михайловна

БРИОИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ РАЙОНА ОПАСНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

03.02.08 - Экология (биологические науки)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

5 ДПР 2С12

Брянск 2012

005020066

Работа выполнена на кафедре экологии и рационального природопользования ФГБОУ ВГТО «Брянский государственный университет имени академика И.Г.

Петровского»

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Самошкин Егор Никитич

ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия» доктор сельскохозяйственных наук, доцент Анищенко Лидия Николаевна ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского»

доктор биологических наук, профессор Державина Нина Михайловна

ФГБОУ ВПО «Орловский государственный университет»

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Шелухо Василий Павлович ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия»

ФГБОУ ВПО «Смоленский государственный университет», г. Смоленск

Защита диссертации состоится «25» апреля 2012 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.020.03 при ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет им. акад. И.Г. Петровского» по адресу: 241036, Брянск, ул. Бежицкая, 14, Информационный центр, общежитие № 4. Факс (4832) 66-63-53. Тел. (4832) 66-65-38. E-mail: bryanskgu@mail.ru; dissovetbiobgu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Брянского государственного университета по адресу: 241036, г. Брянск, ул. Бежицкая, 14, с авторефератом -на сайте ВАК РФ: www.vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан « 22» марта 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета / Величкин J.M

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Конвенция о запрещении разработки, производства, накопления и применения химического оружия и его уничтожении ратифицирована Российской Федерацией в 1997 г. (Конвенция..., 1996; О ратификации..., 1997). В рамках выполнения взятых обязательств на основе Постановления Правительства РФ в Брянской области был создан объект по хранению химического оружия и объект по уничтожению химического оружия (объект 1204), расположенные в Почепском районе Брянской области.

В местах расположения объекта по хранению и уничтожению химического оружия в Кировской, Курганской, Пензенской, Саратовской областях, Удмуртской Республике, налажен фоновый и текущий мониторинг за состоянием экосистем в районах опасных объектов (Ашихмнна, 2007; Огородникова, 2007; Перевозникова, 2007; Шляхтин, 2007; Дунаева, 2008; Тужилова, 2009) в целях обеспечения экологической безопасности. Представляется особо перспективным и важным организация биомониторинговых исследований лесных экосистем в районе опасных техногенных объектов в Брянской области, расположенных в зоне хвойно-широколиственных лесов европейской части РФ. Один из самых чувствительных компонентов лесных сообществ - живой напочвенный покров, исследования которого достаточно редки и «выпадают» из общей многоуровневой программы мониторинговых и биоиндикационных исследований биоты за исключением единичных работ (Выоговский, 2010). Этим и определяется актуальность работы.

Наиболее перспективный для биоиндикации возможного химического загрязнения компонент живого напочвенного покрова - мохообразные. Бриофиты обладают высокой чувствительностью к любым стерссовым воздействиям, накапливают токсикангы в побегах, широко распространены, имеют достаточно продолжительный жизненный цикл (Rao, Le Blanc, 1967; Puckett, 1988; Wittig, 1993; Cuny et al., 2001; Марадудин и др., 2001; Речевська' 2002 и др.). В лесах моховой покров выполняет функцию связующего звена между всеми компонентами ценоза, участвует в превращении и передаче энергии (Кошкарева, 1990; Малышева, 1992, 1992 а; Баишева, 2010 и др.). Все это свидетельствует о том, что мохообразные имеют ряд преимуществ перед другими биоиндикаторами. В работе впервые представлены региональные данные мониторинга среды опасных техногенных объектов методом бриоиндикации для оценки состояния лесных экосистем и аналитико-прогностических работ после завершения технологического цикла на объекте по уничтожению химического оружия.

Цель исследования: изучить состояние лесных экосистем методом бриоиндикации при мониторинге территории объекта по хранению и уничтожению химического оружия (н:а примере Почепского района Брянской области).

Задачи исследования:

1 Определить теоретические и практические подходы к осуществлению мониторинга лесных экосистем в районе объекта по хранению химического оружия с использованием мохового покрова.

2 Проанализировать изменение биотических показателей синузий мхов с учетом факторов естественного происхождения.

3 Оценить валовое содержание элементов группы тяжелых металлов, накопительной и поглотительной возможности по отношению к токсикантам компонентов мохового покрова лесных экосистем района объектов, установить биоиндикаторы.

4 Определить биоиндикационные признаки мохообразных в отношении их продукции и морфологических характеристик.

5 Установить современное состояние лесных экосистем по живому напочвенному покрову.

Объекты и объем исследования. Объект исследования - мохообразные как компонент живого напочвенного покрова лесных экосистем района объекта по хранению и уничтожению химического оружия. Для достижения цели было выполнено 200 геоботанических описаний в течение 2006-2011 гг., обработано 1230 проб. Исследованы пробные площадки (ПП) в лесных экосистемах на площади 100 га.

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Динамика валового содержания группы тяжелых металлов, радионуклидов в моховом покрове в зависимости от расстояния до объекта хранения и объекта уничтожения химического оружия.

2 Коэффициенты накопления (Кн) элементов группы тяжелых металлов, оценивающие биодоступность химических соединений для растений, -информативный показатель в бриоиндикации. Лучшие накопители элементов группы тяжелых металлов - сфагновые мхи.

3 Данные о динамике видового состава, проективного покрытия синузий мохообразных, продукции и структурных изменениях видов мохообразных в зависимости от расстояния до объекта хранения и уничтожения химического оружия.

4 Рекомендации по использованию мохового покрова для фиторемедиационных целей.

Научная новизна и теоретическая значимость работы.

1 Выявлен видовой и количественный состав эпифитного и живого напочвенного покрова (мохообразные) лесных экосистем района объекта по хранению и уничтожению химического оружия.

2 Установлена валовая концентрация 12 элементов группы тяжелых металлов для отдельных бриофитов и в смешанных пробах.

3 Исследованы особенности биологического накопления по отношению к отдельным химическим элементам группы тяжелых металлов для мохообразных и определены виды-биоиндикаторы.

4 На региональной основе установлены показатели продукции мохообразных, структурных изменений бриоиндикаторов.

5 Разработаны предложения по использованию мхов для биоиндикационных и фиторемедиационных целей.

Практическая значимость и научная ценность работы. Разработанная система оценки состояния живого напочвенного покрова лесов в биомониторинге позволит достоверно провести оценку загрязнения территорий в местах уничтожения химического оружия. Коэффициенты накопления и поглощения - основные биоиндикационные показатели для мониторинга состояния лесных экосистем района объекта по хранению и уничтожению химического оружия. В условиях мониторинга лесных экосистем района исследования показана эффективная накопительная способность мохового покрова, рекомендации представлены специалистам Росприроднадзора, Росгидромета. Результаты исследований - основа для экомониторинга по оценке отдаленных последствий антропогенной трансформации экосистем района расположения объекта по хранению и уничтожению химического оружия.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно разработана программа исследований, проведено эколого-лесонедческое обследование ключевых точек района исследования. Статьи, научные доклады подготовлены самостоятельно и в соавторстве. Доля личного участия от 50 до 100 %.

Связь с научными программами. Биомониторинговые исследования состояния лесных экосистем района опасных техногенных объектов проводилось в соответствии с планом НИЛ лаборатории «Мониторинга сред обитания» Брянского госуниверситета по программе «Разработка региональных основ биомониторинга», также комплексом мероприятий Федеральной целевой программы «Уничтожение запасов химического оружия в Российской Федерации» по экомониторингу районов объектов по утилизации химического оружия, областной целевой программой охраны окружающей среды Брянской области (2006-2010), долгосрочной целевой программой охраны окружающей природной среды Брянской области (2011-2015).

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на Международных научно-практических конференциях: «Вклад ученых и специалистов в национальную экономик)» (Брянск, 2006, 2008 г.), «Экологическая безопасность региона» (Брянск, 2008 г. и Брянск, 2009 г.), «Российско-Украинско-Белорусское пограничье: 25-летие экологических и социально-педагогических проблем в постчернобыльский период (Новозыбков, 2011 г.), Всероссийских конференциях - «Социально-экологические проблемы малого города» (Балашов, 9-10 октября 2008 г.).

Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследований используются при проведении курсов лекционных и лабораторных занятий в ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет», ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия» по экологии растений, биоиндикации, общей геоботанике, радиационной экологии, а также в средних школах и лицеях Брянской области. Показатели бриоиндикагоров применяются в оценке состояния пробных площадок на реперных точках в работе регионального

центра контроля и экологического мониторинга среды (РЦКиЭМ) по Брянской области и Управлением лесами Брянской области (Акт о внедрении).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 работы в журналах, рекомендованных Перечнем .... ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 204 страницах компьютерного текста и включает общую характеристику работы, 5 глав, выводы, библиографический список и 4 приложения. Основной текст диссертации изложен на 170 страницах, приложения - на 35 страницах. Список используемых литерату рных источников насчитывает 369 наименований, в том числе 80 - на иностранных языках. Текст иллюстрируют 38 таблиц и 18 рисунков.

1 Использование индикационных возможностей мохообразных в диагностике качества среды на объектах хранения и объектах по

ун ичтожению химического оружия Приведен обзор литературы по проблеме организации мониторинга биоты и исследования территории района объекта по хранению и уничтожению химического оружия методом биоиндикации. Показано, что важнейший компонент живого напочвенного покрова лесных экосистем - мохообразные -выполняют ведущую энергетическую роль в функционировании лесных сообществ и могут определять их структуру (Малышева, 1992; Баншева, 2010). Анализируются итоги использования фитоиндикаторов в оценке химического загрязнения экосистем (Чупис, 2007, 2008; Ашихмина, 2008; Дунаева, 2008 и др.). Обсуждена значимость получения бриоиндикационных данных в работе по международной программе «Мониторинг здоровья лесов» (Forest Health Monitoring, 1994; Eduljee, 2000) в целях оценки возможного риска для экосистем и планированию действий по его уменьшению. Показана перспективность использования методов бриоиндикации в оценке состояния территорий, подвергавшихся влиянию стрессовых факторов различного происхождения (Инсаров, Инсарова, 1986; Колупаев, 2000; Афанасьев, 2001; Отнюкова, 2001). Выяснено, что большинство авторов указывают на перспективность бриоиндикации в оценке химического загрязнения экосистем, в том числе и лесных (Иванов, 2006; Ашихмина, 2007, 2008 и др.).

Отмечено, что в настоящее время мохообразные как фитоиндикаторы недостаточно используются в оценке состояния лесных экосистем в районах хранения и уничтожения химического оружия. Количественные данные по биологическому накоплению моховым покровом токсикантов, которые циркулируют в компонентах окружающих экосистем, не описаны. Поэтому проведенные исследования носят не только теоретический, но и прикладной характер.

2 Практика биоиндикационных обследовании территории объекта по

хранению и уничтожению химического оружия В главе рассмотрена организация экоаналитического мониторинга на особо опасных объектах, где экоконтроль осуществляется ежедневно

(Мониторинг объектов ..., 2001). Прослежена история создания комплексов по хранению и переработке химического оружия и боеприпасов и арсенала «Долина» в Почепском районе Брянской области (Афанасьев, 1998; Ашихмина, 2002, 2007; Иванов, 2006, 2007; Чупис, 2007; Толстых, 2007 и др.). Показаны широкие возможности биоиндикации в комплексе фонового и локального мониторинга района объекта по хранению химического оружия непосредственно в районе исследований (Иванов, 2003; 2007, 2009; Марченко, 2007).

3 Характеристика природных условий района исследования

В главе описаны климатические, геолого-геоморфологические, гидрологические, почвенно-грунтовые условия района исследования, а также растительный покров.

Территория исследования - Почепский район, общей площадью 1885,1 км, расположен в средней части Брянской области. Район сильно изрезан разветвленной речной сетью, густота, которой составляет 0,41 (для области -0,25). Сумма температур выше +10° составляет 2414"С. Продолжительность теплого периода со средней суточной температурой воздуха выше 0°С - 157 дней, период с температурой ниже 0°С длится от 208 дней.

Лесные экосистемы района объекта по хранению химического оружия в пунктах наблюдения представлены средневозрастными: сосновыми насаждениями (тип леса - сосняк лещиново-костяничный), ТЛУ - С2 бонитет -1А, ассоциации Dicrano-Pinetumn sylvestris Preising et Knapp ex Oberdorfer 1957. Лесные ценозы в реперных точках объекта по уничтожению химического оружия - черноольшаником крапивным ассоциации Urtico dioicae-Alnetum glutinosae Bulokchov et Solomethch 2003, ельниками ассоциации Eu-Piceetum (Cajander 1921) K.-Lund 1962, заболоченными сосняками Pino-Ledetum palustris Tx. 1955, сосняками зеленомошными ассоциации Dicrano-Pinetumn sylvestris Preising et Knapp ex Oberdorfer 1957, дубняками ассоциации Mercurialo perennis-Quercetum roboris Bulokchov et Solomethch 2003, Corylo avellanae-Pinetumn sylvestris Bulokchov et Solomethch 2003, Fraxino excelsior-Quercetum roboris Bulokchov et Solomethch 2003.

4 Объекты, материалы и методы исследования

Для решения поставленных задач использовался маршрутный учет полного бриофлористического состава, работа на стационарных пробных площадях (ПП) на различном удалении от объекта по хранению химического оружия, на ПП в реперных точках объекта по утилизации химического оружия, геоботаническке методы для описания экологических условий в лесных сообществах, методы лабораторно-химических исследований для определения концентрации элементов группы тяжелых металлов в мохообразных и почве.

В 2006 г. в средневозрастных сосновых насаждениях были заложены пробные площади (ПП) на расстоянии 700 м (ПП1), 1000 м (ПП2) и 1500 м (ППЗ) от объекта по хранению химического оружия в зоне действия преобладающих в районе западных ветров, а также ПП на значительном

удалении от объекта по хранению химического оружия (условно фоновая): кв.2 Октябрьского участкового лесничества. В районе санитарно-защитной зоны (СЗЗ), а также в зоне защитных мероприятий и на её границе объекта по утилизации химического оружия исследования мохового покрова проводились также на стационарных ПП в реперных точках 1, 2, 5, 6, 17, 19, 27, 29, 30, 45, 48,74,75,88,121.

На ПП собраны образцы почвы, мохообразных, проведено геоботаническое описание растительности, оценена степень участия бриофитов в сложении напочвенного яруса и покрытия стволов деревьев по комбинированной шкале Ж.Браун-Бланке (1964). Для исследования были использованы эпигейные и эпиксильные фоновые виды мохообразных. Все образцы бриофитов на ПП в районе объекта по хранению химического оружия были смешанными, на ПП в реперных точках - Atrichiim undulatum (Hedw.) P. Beauv., Polytrichum commune Hedw, Sphagnum squarrosum Crome in Hoppe, a также смешанные образцы.

Названия сосудистых растений даны по С. К. Черепанову (1995); класса Briopsida - в соответствии со списком мохообразных Восточной Европы и Северной Азии (Игнатов и др., 2006); классов Hepaticae, Anthocerotae - со «Списком печеночников и антоцеротовых территорий бывшего СССР» (1992).

Определение валовой концентрации тяжелых металлов проводилось в пробах растений и пробах грунта по «Методике выполнения измерения массовой доли металлов и оксидов металлов в порошкообразных пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа. М049-П/04», с использованием прибора «Спектроскан Макс». ПДК и ОДК химических веществ в грунте определялись по ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.2042-06. Рассчитаны коэффициенты накопления (Кн) как отношение концентрации элемента в бриофитах к концентрации элемента в грунте и коэффициенты перехода элементов (Кп), как отношение концентрации элемента в грунте к концентрации элемента в мохообразных (Лес. Человек. Чернобыль ..., 2006). Радионуклиды определяли с использованием УСК «Прогресс 2000» с сцинтилляционным детектором по стандартным методикам (Методика измерений активности ..., 1996).

Годичный линейный прирост определяли методом перевязок для Sphagnum squarrosum и Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G. в 2009-2011 гг. Для оценки способов ветвления для Hylocomium splendens на каждой пробной площадке площадью 1 м2 собирали по 100 гаметофитов (побегов) описывали их морфологическое строение (по: Яковлева и др., 2001) и определяли возраст.

Анализ результатов исследований для биомассы, прироста, концентрации тяжелых металлов осуществлен статистическими методами с использованием пакета MS Excel 2003 (Зайцев, 1973,1984,1990; Плохинский, 1978; Лакин, 1990; Пузаче1дко7"20(!4). При обработке полученной информации применялись следу'ющие статистические показатели: одномерный анализ вариационных рядов (средние величины признака и их ошибки (М±т)), точности опыта (р, %). Достоверность оценивали по Стьюденту (t) с учетом доверительного уровня (Р=95%).

5 Результаты исследования 5.1 Бриоиндикация состояния лесных экосистем района ОХХО

5.1.1 Характеристика моховых синузий на пробных площадках Влияние абиотических факторов на бриофлору и бриогруппировки считали вторичными. Напочвенный моховой покров, эпиксильные и эпифитные виды представлены: на ПП1 - Atrichum undulatum, Sanionia uncinatis Hedw., Brachythecium salebrosum Web. et Mohr, Plagiomnium cinclidioides Huéb., Pylaisia polyantha Hedw., Plagiothecium laetum Schimp; на ПП2 - Plagiothecium laetum, Pylaisia polyantha, Ortodicranium montanum Hedw.; на ППЗ -Plagiothecium laetum, Plagiomnium cinclidioides, Brachythecium salebrosum, Pylaisia polyantha; на фоновой ПП - Met:geria conjugata Hedw., Dicranum scoparium Hedw, Ortodicranum montanum, Brachythecium salebrosum, Pylaisia polyantha, Sanionia uncinatis, Plagiothecium laetum.

Анализируя видовой состав, следует отметить, что бриофлору ПП объединяют сходные виды: Plagiothecium laetum. Самый разнообразный видовой состав - на контрольной Г1П, а на ПП2 (1000 м) наблюдается наименьшее число видов.

Таблица 1 - Степень покрытия (в %) модельных деревьев эпифитными

мохообразными

№ дерева Условно фоновая ПП 1 (700 м.) ПП 2 (1000 м.) ПП ППЗ (1500 м.)

2006 2007 2008 2006 2007 2008 2006 2007 2008 2006 2007 2008

1 23 25 30 25 28 32 5 7 10 22 25 28

2 2 3 5 4 8 10 70 72 75 22 25 29

3 50 55 59 15 17 20 5 6 8 23 25 29

4 47 50 55 77 80 83 75 77 80 23 25 28

5 57 60 64 3 5 5 6 8 72 75 79

6 7 10 15 3 5 8 47 50 53

7 40 45 50 5 8 10 48 50 53

8 25 28 32 75 77 80

9 77 80 82

среднее 31,4 34,5 38,8 18,4 21,3 24,0 32,0 33,4 36,2 45,4 48,0 51,2

Виды мохообразных объединяются в напочвенные и ггоплезные полигруппировки следующего состава: ПП1: АМсЫт иМиЫит - Батота ипстаГй, ПП2: Pylaisia ро1уаыЬа, ППЗ: ВгасИуЛестт 5а1еЬго$ит-Ру1а1з1а ро1уапЛа, контрольная ПП: О'югапит хсорагшт-ВгасИуМеаит salebrosum~ Батота ипста/к. Жизнеспособность всех зарегистрированных видов удовлетворительная. Отмечено обильное спороношение. Т.к. видовой состав синузий мохообразных в живом напочвенном покрове на ПП за все годы наблюдения, не изменялся, следовательно, этот показатель мало информативен в биодиагностике состояния лесных экосистем.

Для оценки общего загрязнения атмосферы наиболее целесообразно использовать эпифитные мхи (видовой состав, размещение, жизнеспособность), так как они хуже переносят у ело в га загрязнения. Из отмеченных видов эпифитные формы - Metzgeria сощи^аш, ОгЫкгапит тоШапит, эпиксильные - Plagiothecium 1аеШт, ВгасИу&естт закЪгозит, политопные - .Батота

uncinatis, геоплезные - Pylaisia polyantha. Вид Met-geria conjúgate на фоновой ГШ относится к первой группе типично лесных видов, индикаторов старовозрастных лесных ценозов. На деревьях сосни были заложены пробные площадки. Среднее число видов на площадке - 3.5. Проективное покрытие видов на фоновой ПП - от 2 до 57 %, на ПП1 - от 3 до 77 %, на ПП2 - от 5 до 75%, на ППЗ - от 22 до 77% (табл.1). За год площадь проективного покрытия на контроле увеличилась на 3,13%, на ПП1 - на 2,86%, на ПП2 - на 1,60%, на ППЗ - на 2,44%. Наибольший вклад (как доминанты) в проективное покрытие вносят Sanionia uncinatis и Brachythecium salebrosum. В дальнейшем как биоиндикатор и биотест можно использовать Metzgeria conjúgate. При сравнении показателей проективного покрытия бриофитов на древесных стволах опытных, контрольных и ПП в черте г. Брянска (Анищенко, 2007) различия наблюдаются только в фоновой ГШ. Значит, степень проективного покрытия стволов мхами - результат изменения общего состояния атмосферы, вызванного техногенными причинами.

5.1.2 Валовое содержание металлов в моховом покрове как биоиндикационный показатель

Валовое содержание элементов группы тяжелых металлов изменялось в смешанных пробах мохообразных и в почве ПП лесных экосистем следующим образом.

В 2006 г. отмечено превышение ОДК по содержанию РЬ в почвенных образцах на ПП1, содержанию As - на ПП1 и ПП2. Наибольшая концентрация РЬ и As зафиксирована в почвенных образцах на ПП1 (700 м). В пробах почвы с ПП2 присутствуют в больших концентрациях Zn, Mn, Fe, Ni, Sr В, но отсутствует Со и Си. Самая высокая концентрация Со, Cr, V - на ППЗ. На фоновой ПП высокое содержание Си и Ti. За годы исследований на ПП1 возросла концентрация Pb, As, Ni, Mn, Cr, но уменьшилась - Sr, Zn, Fe, V, Ti; на. ПП2 увеличена концентрация Sr, Pb, As, Zn, Ni, Fe, Mn, но сократилась - Cr, V, Ti, полностью отсутствует Cu и Со; на ППЗ возросло содержание Pb, As, Ni, Со, Mn, Cr, V, но уменьшено - Sr, Zn, Cu, Fe, Ti. Таким образом, из 12 элементов на расстоянии 700 м от объекта в почве увеличена концентрация - 5, уменьшена -6; на расстоянии 1000 м увеличена - 7, уменьшена всего лишь 3; на расстоянии 1500 м - увеличена - 7, уменьшена - 5. На всех ПП увеличена концентрация Мп, но уменьшена - Ti. Четкое увеличение концентрации элементов группы тяжелых металлов в почве фиксируется на расстоянии 1000 и 1500 м от объекта по хранению химического оружия.

Виды мохового покрова накапливает элементы неодинаково (рис. 1- 4).

При анализе образцов мохообразных на одних и тех же ПП в 2006 г., но в разное время года (вегетационный период, при его окончании) статистически достоверных различий в валовой концентрации 12 элементов группы тяжелых металлов не выявлено.

120.0000

юо.оооо

■■ ППХ КЯ ПП2 ЕВ ППЗ га фон

40.0000

Рисунок 1 - Валовое содержание (мг/кг) Ав, Си, №, Ъ\\, РЬ, V, Бг, Сг, Со в моховом покрове района объекта по хранению химического оружия (2006 г.)

"! вОО.ОООО 1600.0000 1400.0000 1200.0000 чооо.оооо

вОО.ОООО

еоо.оооо

400.0000

200.0000 о.оооо

: 1

¡1

1 №

■!■ ПП1

ИЗ ПП2 03 ППЗ СО срам

Рисунок 2 - Валовое содержание (мг/кг) Мп, И в моховом покрове района объекта по хранению химического оружия (2006 г.)

Менее всего в моховом покрове происходит адсорбция Со,У; более - Бе, РЬ, Ъл и Мп. Повышенная концентрация Ре, Ъл и Мп объясняется тем, что эти элементы входят в состав коферментов и диагностируются в любых живых компонентах ценозов. РЬ - ксенобиотик первой группы, 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.

Рисунок 3 - Валовое содержание (мг/кг) Ая, Си, N1,7м, РЬ, V, 8г, Сг, Со в моховом покрове района объекта по хранению химического оружия (2007 г.)

Рисунок 4 - Валовое содержание (мг/кг) Ая, Си, N1, Хп, РЬ, V, 8г, Сг, Со в моховом покрове района объекта по хранению химического оружия (2008 г.)

Ни в одном образце мохообразных Со не обнаружен. Самая высокая концентрация V на ПП1, а на ПП2 и ППЗ он отсутствует. В образцах мохообразных, взятых на ПП1, обнаружено наибольшее содержание Б г, Си, Сг. Наибольшая концентрация Ав, РЬ, Ъп, Ре, Мп на ПП2. На ППЗ высокое содержание 11. Различие в аккумулятивной способности мохообразных на опытных и фоновой ПП достоверно. Представленные данные о накопительной способности мохообразных позволяют использовать их, как индикаторы РЬ, Мп, Сг.

5.1.3 Коэффициенты накопления и перехода

Кн и Кп металлов у бриофитов позволяют оценить биодоступность химических соединений для них и использовать мохообразные в качестве естественных накопителей различных загрязняющих веществ.

Таблица 2 - Коэффициенты накопления и перехода на ПП объекта по хранению химического оружия

Элемент Фоновая ПП ПП 1 ПП 2 ППЗ

2006г. | 2007г. | 2008г. 2006г. | 2007г. | 2008г. 2006г. | 2007г. | 2008г. 2006г. | 2007г. | 2008г.

Коэффициенты накопления

Бг 0,813 0,835 2,459 1,164 0,883 1,363 0,636 1,156 1,419 1,055 0,931 0,970

РЬ 2,694 1,376 1,268 0,794 1,815 1,507 1,649 1,772 1,276 1,398 1,596 0,863

- АБ 1,510 1,192 1,40 0,885 1,396 1,494 1,047 1,485 1,305 1,241 1,283 1,022

гп 2,374 1,809 3,719 1,974 2,309 0,669 0,989 4,699 6,5917 3,067 3,048 2,809

Си 1,3034 1,226 1,649 2,498 1,402 2,030 - 1,089 2,249 1,032 1,130 1,776

N1 1,331 1,275 1,101 1,624 1,557 1,216 - 1,015 1,093 1,241 0,691 1,157 1,004

Со - 0,542 - - 0,802 - - 0,396 ■- - 0,052 .

Ре 1,046 0,841 3,899 1,256 1,347 2,549 0,699 1,174 2,636 1,151 1,279 1,340

Мп 2,170 1,256 4,602 1,553 2,351 3,564 1,544 1,822 3,895 1,771 2,017 1,229

Сг 0,418 0,866 0,621 0,305 0,807 0,775 0,819 0,731 0,740 0,193 0,661 0,838

V - 0,040 0,105 - 0,046 0,142 - 0,081 0,032 . . _

Л 0,069 0,095 0,084 0,075 0,134 0,097 0,118 0,084 0,046 0,076 0,128 0,081

Коэффициенты перехода

Бг 1,230 1,198 0,407 0,859 1,132 0,734 1,577 0,866 0,705 0,948 1,074 1,031

РЬ 0,371 0,727 0,789 1,260 0,551 0,667 0,606 0,564 0,784 0,715 0,627 1,159

Аэ 0,662 . 0,839 0,714 1,129 0,717 0,669 0,955 0,674 0,767 0,806 . 0,779 0,978

гп 0,421 0,552 0,269 0,507 0,433 0,389 1,010 0,213 0,152 0,326 0,328 0,356

- си 0,767 0,816 0,607 0,400 0,713 0,493 0 /л л. л 0,445 0,969 0,885 0,563

N1 0,752 0,785 0,909. 0,616 0,642 0,822 0,986 0,915 2,524" 0,806 1,447 0,864 0,996

Со - 1,844 - - 1,247 - - 19,091 -

Рс л п.-/ и.УЛ) 1,189 0,257 0,/уи л п Л*} и,/4-5 л \JiJ7X. 1,431 л осл 0,379 л осс\ А "70 1 "> 1/, / О 1 «> А НАС 1/,

Мп 0,461 0,796 0,217 0,644 0,425 0,281 0,648 0,549 0,257 0,565 0,496 0,814

Сг 2.391 1,155 1,609 3,276 1,239 1,290 1,222 1,368 1,351 5.171 1,514 1.193

V - 24,880 9,516 - 21,667 7,046 - 12,309 30,936

■л 14,455 10,520 11,888 13,294 7,462 10,339 8,445 11,907 21,844 13,091 7,787 12,306

Кн свидетельствует о степени аккумуляции элементов и их соединений бриофитами. В 2008 г. (табл.2) наибольший Кн получен для Zn на ПП2 и фоновой ПП, на ПП1 - для Мп, наименьший - для V на ПП2. В целом бриофиты достаточно хорошо поглощают и накапливают Sr, Pb, Zn, As, Cu, Fe и Mn. На ПП1 с 2006 по 2008 гг. > As, Cu, Fe, Mn, Cr, V; < Ni, Ti; на ПП2 > Sr, As, Zn, Cu, Ni, Fe и Mn; < V, Ti; на ППЗ > Ti.Cr, Pb; < As, Zn, Cu, Fe; на условно фоновой ПП > Sr, Cu, Fe, Mn, V; < - Pb, Ni.

Максимальный Кп отмечен в 2008 г. на ПП2 для V, Ti; в 2007 г. - на ППЗ - для Со; наименьший в 2008 г. на ПП2 для Zn, на условно фоновой ПП - для Мп. Скорость перехода элементов группы тяжелых металлов для мохового покрова высока для Sr, Pb, As, Zn, Cu, Ni, Mn.

Кн элементов группы тяжелых металлов варьируют также по годам и в зависимости от расстояния до объекта. Анализ динамики Кн на ПП показал следующее. Кн для Sr, Zn, Cu, Fe и Mn в условно фоновой ПП увеличились в 2008 г. по сравнению с предыдущими годами наблюдений, для Pb, Ni -уменьшились, для остальных элементов группы тяжелых металлов остались неизменными.

На ПП1 в 2008 г. Fe и Мп, уменьшились - для Zn. На ПП2 наблюдались изменения для большого числа элементов: Кн увеличились за три года (к 2008 г.) наблюдений для Sr, Zn, Cu, Ni, Fe и Mn, уменьшились - для Pb. Для ППЗ значения Кн в 2008 г. увеличились для Си и Fe, уменьшились - для As, Zn, Мп, Pb. Для всех остальных элементов группы тяжелых металлов Кн изменялись незначительно в период в 2006 по 2008 гг.

Для мохового покрова лесных экосистем наблюдается увеличение аккумулятивной способности на ПП1, ПП1 и в условно фоновой ПП для Fe и Мп, на всех ПП - для Си, на ПП1, ПП2, в контроле - для Sr. Уменьшение накопительной способности мохообразных на ПП2, ППЗ, в условно фоновой ПП рассчитано по Кн для Pb, на ПП1, ППЗ - для Zn, на ПП1, в контроле - для Ni.

Бриофиты в наибольшем количестве накапливают следующие элементы группы тяжелых металлов: Zn (Кн от 1,0 до 6,59), Си (Кн от 1,03 до 2,49), Fe (Кн от 1,0 до 3,89), Мп (Кн от 1,22 до 4,60), Sr (максимальный Кн - 2,46), Pb (максимальный Кн - 2,69).

Интересная закономерность получена у образцов, взятых на расстоянии 1000 м (ПП2). В 2007 и 2008 гг. отмечено увеличение Кн в сравнении с 2006 г. для Sr, As, Zn, Ni, Fe, Mn и уменьшение - для Cr, Ti. Накопление Pb в 2007 г. увеличилось, но уменьшилось в 2008 г. V зафиксирован в 2007г., но Кн уменьшился в 2008 г. Кп для мохообразных на фоновой ПП варьирует по годам. В 2007 и 2008 гг. в сравнении с 2006 г. > Pb, As, Ni, Fe, но < Sr, Cr, Ti; Zn, Cu, Mn > в 2007 г. и < в 2008г. Со зафиксирован в 2006 г., Ti - только в 2006 г. При удалении от объекта на 700 м (ПП1) наблюдается > в сравнении с 2006 г. только Cu, Ni, но < Pb, As, Zn, Fe, Mn, Cr, Ti; в 2007 г. концентрация Sr >, а в 2008 г. < В 2007 г. > концентрация V, в 2008 г. <, а в 2006 г. этот элемент не отмечен. На расстоянии 1000 м (ПП2) в 2007 и 2008 гг. > только Cr, Ti, но меньше Sr, As, Zn, Мп.Содержание Pb, NL в 2007 г.<, в 2008 г. >. В 2006 г. Си,

Со, V не зафиксированы, в 2007 г. - только представлены, в 2008 г. концентрация Си <, Со не отмечен, а содержание V > более чем в 2 раза На расстоянии 1500 м (ППЗ) в 2007 и 2008 гг. в сравнении с 2006 г. наблюдается небольшое > Sr и Zn и < Cu, Ni, Fe, Cr, Ti. В 2007 г. < количество Pb:, As, Мп, в

2008 г.->. Co в довольно большом количестве проявился в 2007 г.

Итак, мохообразные района объекта по хранению химического оружия активно аккумулировали Sr, Pb, Zn, Cu, Mn, Fe, что позволяет прогнозировать использование мохового покрова для фиторемедиации почв при возможных загрязнениях отдельными видами токсикантов.

5.1.4 Содержание радионуклидов в образцах мохообразных

Поглотительные способности мохового покрова изучались по отношению к 4 радионуклидам: 137Cs, 226Ra, 232Th и 40К с учетом фона. На начальных этапах исследования для определения целесообразности несмешанных проб проведен анализ содержания основных радионуклидов в фоновых видах мхов: эпигейных - Atríchum undulatum, Plagiomnium cinclidioides, эпиксильных - Sanionia uncinatis Hedw., Ortodicranium montanum Hedw. Содержание 137Cs колеблется от 982,6 до 749,6 Бк/кг, 226Ra - 27,5 до 11,4 Бк/кг, 02Th - 70,7 до 11,9 Бк/кг, 40К -570,0 до 307,0 Бк/кг. Видовые различия в аккумуляции радионуклидов недостоверны (t^ < у. Поэтому все остальные пробы мохообразных отбирались как смешанные.

При анализе содержания радиоизотопов элементов в образцах мхов установлены следующие результаты. В 2007 г. моховой покров аккумулировал достаточно значительное количество цезия на всех ПП, в 2008 г - тория во всех образцах. Повышение содержание цезия в моховом покрове связано с климатическими факторами местности: количество осадков и температуры за летние месяцы можно считать факторами, определяющими потребление цезия, так как его миграция зависит от обводненности почвы и растения-поглотителя. Количество осадков и температурные условия 2006 г. отвечают среднеклиматической норме, поэтому поглощение растениями тория можно считать условной нормой для географических условий всех ПП. В образцах мохового покрова, собранных в 2008 г. наблюдается самые высокие показатели содержания тория, а также самые низкие значения по содержанию в исследуемых образцах цезия. Вероятно, такие различия обусловлены таксономическими особенностями мохообразных как растений поглотителей. Торий накапливается в значительных количествах в годы после превышения среднемесячной нормы осадков и температур. Для радионуклидов рассчитаны Кн. Результаты расчетов исследований приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Коэффициенты накопления для радионуклидов в покрове ПП района объекта по хранению химического от моховом гасия

Радионуклид Контроль ПП1 ПП2 ППЗ

1J'Cs 0,8467 1,0525 0,8978 1,1699

■"bRa 1.352 1,4719 1,2347 0,0021

¿¡¿Th 1,0353 1,0781 1,1500 1,0692

4ÜK 1,3981 1,4839 1,5376 2,6196

Наибольшее значение Кн вычислено для 40К на ППЗ - 2,619, а наименьшее - для 22бИа на ППЗ: 0,002. Итак, использование элементов мохового покрова как адсорбентов-поглотителей целесообразно, так как в фоновых районах бриофиты показали себя хорошими аккумуляторами радионуклидов.

5.2 Бриоиндикация состояния лесных экосистем района объекта по утилизации химического оружия 5.2.1 Накопительные и поглотительные возможности мохового покрова в экосистемах реперных точек объекта по утилизации

химического оружия Валовое накопление элементов группы тяжелых металлов исследовано в реперных точки для Atrichum undulatum, Polytrichum commune, Sphagnum squarrosum, а также для смешанных образцов мохообразных: Dicranum scoparium, Hylocomium splendens, Climacium dendroides.

Наибольшее валовое содержание Sr, Pb, As, Ni, Си зафиксировано в побегах Sphagnum squarrosum. Практически не содержится Си в образцах Atrichum undulatum. Наибольшая валовая концентрация Zn зафиксирована в побегах Atrichum undulatum. Содержание Sr, Pb, Ni, Cu, Zn в наименьших концентрациях обнаружено в пробах Polytrichum commune. В побегах этого же мха концентрация Cr самая высокая. Превышение ОДК для As, Ni, Си зафиксировано в побегах Sphagnum squarrosum, Zn - Sphagnum squarrosum и Atrichum undulatum. При удалении от объекта по утилизации химического оружия валовая концентрация элементов группы тяжелых металлов в пробах мхов уменьшается. Исключение - концентрация Zn для Polytrichum commune (точка 88), Мп - для Sphagnum squarrosum (точки 27, 68). Ни в одном образце мохообразных Со, Ti и V не определено.

В смешанных образцах мохообразных валовое содержание химических элементов уменьшается по мере удаления реперных точек от ОУХО. Валовое содержание Pb, Zn превышает ОДК для проб точек 1, 5. Валовое содержание остальных элементов группы тяжелых металлов в смешанных пробах мохообразных не превышает ОДК для всех лесных ценозов реперных точек. Для смешанных образцов в точке 121 зафиксировано повышение валовой концентрации элементов группы тяжелых металлов по сравнению с другими точками внешнего круга. Вероятно, это связано с местонахождением точки непосредственно около г. Почеп. Такие элементы, как Со, Ti и V ни в одном образце не определены. При сравнительной ; характеристике валового содержания 12 элементов группы тяжелых металлов в смешанных пробах и образцах зеленых и сфагнового мха выяснено, что выше концентрации всех элементов в образцах сфагнума оттопыренного и атрихума волнистого в точке 68,27, в смешанных образцах концентрации всех элементов больше в точках 19 и 88, чем для зеленых и сфагнового мха.

Различия в концентрациях по As, Си, Zn статистически достоверны (t^ > tree*) Для сфагнума оттопыренного и смешанных образцов мхов в точке 68, для остальных элементов - недостоверны. Различия в валовом содержании Sr, Си

статистически достоверны в точке 19 для атрихума волнистого и смешанных образцов мхов, также в точке 19 для сфагнума оттопыренного и смешанных образцов, для остальных элементов группы тяжелых металлов - не достоверны (tnpajcr. < tra&i)- В точке 88 статистически достоверны различия в валовых концентрациях Sr, Zn, Си, Ni в побегах атрихума волнистого и смешанных проб мохообразных. Для остальных элементов в пробах мохообразных различия статистически недостоверны. В смешанных пробах мохообразных и образцах атрихума волнистого для точки 74 достоверны различия в концентрации Sr, Zn, Си, для других элементов - различия недостоверны (Ц,акт < t^). Валовые концентрации Sr. As, Си, Ni, Fe в побегах сфагнума оттопыренного достоверно различаются с концентрациями в смешанных образцах мохообразных для точки 27.

Итак, смешанные образцы мохообразных информативны как индикаторы содержания Pb, Mn, Cr, Atrichum undulatum - Zn, Sphagnum squarrosum - Sr, As, Cu, Ni, Zn.

5.2.2 Коэффициенты накопления и коэффициенты перехода для мохообразных в лесных экосистемах различных реиерных точках объекта по утилизации химического оружия

Аккумуляция элементов и скорость поступления элементов группы тяжелых металлов в побеги мохообразных для различных реперных точек объекта по утилизации химического оружия рассмотрены ниже. Для отдельных видов и смешанных проб мохообразных накопительные (аккумулятивные) возможности различны и избирательны по отношению к элементам группы тяжелых металлов (рис. 5-8).

Рисунок 5 - Коэффициенты накопления для цинка в одних и тех же реперных точках для отдельных видов и смешанных образцов мохообразных

Так Atrichum undulatum хорошо аккумулирует Cr, Zn. Mn, Sphagnum squarrosum - Pb. Zn, Ni, Cr, Sr, Polytrichum commune - Zn, Cr. С удалением от ОУХО для Atrichum undulatum возрастает аккумуляция Zn, Cr, падает - для Мп; для Sphagnum squarrosum - возрастает аккумуляция Sr, Zn, Cr, Fe, Mn, Cr, Cu, убывает - для Pb; для Polytrichum commune возрастает аккумуляция Zn, Fe, Cr, убывает - для Mn.

BPolytrichum SAtrichum GiSphagnum □ смешанные образцы

BPolytrichum SAtrichum 0 Sphagnum □ смешанные образцы

2 19 27 68 74 88 рвпернь» точки

Рисунок 6 - Коэффициенты накопления для хрома в одних и тех же реперных точках для отдельных видов и смешанных образцов мохообразных

19 27 68 74 88 р^рные точки

Рисунок 7 - Коэффициенты накопления для марганца в одних и тех же реперных точках для отдельных видов и смешанных образцов мохообразных

BPolytrichum S Atrichum SSphagnum □ смешанные образцы

2 19 27 68 74 88 репорные точки Рисунок 8 - Коэффициенты накопления для свинца в одних и тех же реперных точках для отдельных видов и смешанных образцов мохообразных

Наиболее перспективный биоиндикатор - Sphagnum squarrosum. Только в побегах сфагнума оттопыренного интенсивно поступающие элементы группы

тяжелых металлов могут накапливаться и длительно аккумулироваться: Fe, Си,

на

5.2.3 Морфологические и продукционные показатели мохообразных как биоиндикационные признаки

Сфагновые и зеленые мхи могут служить биоиндикаторами популяционно-видовом уровне, отвечая изменением скорости роста и накопления органического вещества на сезонные колебания влжкности и температуры, отражая микроэкологическую гетерогенность условий их произрастания в объеме малых временных рядов, а также и других стрессовых факторов антропогенного происхождения. Наибольший прирост Sphagnum squamosum выявлен для сообществ ассоциации Urtica dioicae-Alnetum glutinosae Bulokchov et Solomethch 2003 (точка 19). Наименьший прирост дня особей сфагнума оттопыренного определен для сообществ ассоциации Еи-Piceetum (Cajander 1921) K.-Lund 1962. Значительные колебания е приросте особей мха выявлены в сообществах ассоциации Pino-Ledetum palustris Тх. 1955. Вероятно, эти динамические процессы роста связаны с режимом увлажнения, который создается в самом биотопе сообществ. Прирост Sphagnum squamosum колеблется незначительно - от 6,3±0,68 до 8,9±0,78 мм в год. Изменчивость линейных приростов сфагнума оттопыренного адекватно отражают гетерогенность микроместообитаний по условиям произрастания. Зарегистрированы колебания линейного прироста в пределах одного сообщества в разные годы, различия в приросте в течение одного вегетационного периода. Установлено, что между линейным приростом Sphagnum squamosum и количеством осадков за вегетационный период существует положительная достоверная связь. Таким образом, видовые особенности линейного прироста Sphagnum squamosum можно использовать дня индикации изменения особенностей биотопа в течение климатических флюктуационных преобразований, а также для биодиагностики внешних стрессовых факторов.

При исследовании морфологических особенностей Hylocomium splendens на ПП в реперных точках были выявлены следующие особенности ветвления (табл. 4).

Для трехлетнего периода наблюдений характерно преобладание нормального ветвления побегов Hylocomium splendens, с незначительной встречаемостью (в %) пропуска годичных приростов и наличие;,! побегов только 1 и 2 года. В сезон 2010 г. с преобладанием высоких положительных температур и недостаточным увлажнением были зарегистрированы аномалии ветвления побегов мха: в большей части случаев - это пропуски годичных приростов, а также наличием побегов только 1 и 2 года. Пластичность Hylocomium splendens по отношению к внешним стрессовым факторам выражается в появлении у особей отклонений в ветвлении. Следовательно, морфологические особенности прироста у гилокомиума блестящего зависят от климатических факторов, а также могут стимулироваться химическим и физическим загрязнением среды обитания. Поэтому, выявленные особенности

морфологии ветвления у НуЬсоттт 5р1епс1епз в мониторинге состояния лесных экосистем показало величину пластичности морфотипа растения. Наличие указанных отклонений от нормального морфотипа может быть связано как с генотипической, так и модификационной изменчивостью.

Таблица 4 - Морфологические особенности ветвлении _Ну1осотшт ьрЫпйепъ на ПП реперных точек по годам

Реперные точки

Типы морфологических

особенностей

нормальное ветвление

пропуск годичных приростов

побеги 1 и 2 года

нормальное ветвление

пропуск годичных приростов

побеги 1 и 2 года

нормальное ветвление

пропуск годичных приростов

побеги 1 и 2 года

нормальное ветвление

пропуск годичных приростов

побеги 1 и 2 года

нормальное ветвление

пропуск годичных приростов

побеги 1 и 2 года

Морфологические особенности Ну1осотшт .чр1епс1ет (в %)

2009 г.

98,0

2,0

94,4

4,0

1,6

100,0

95,0

3,0

2,0

97,0

1,7

1,3

2010 г

89,0

11,0

67,0

29,0

4.0

74,0

12,0

14,0

86,0

8,0

6,0

81,0

14,5

4,5

2011 г

82,9

10,0

7Д

91,0

3,0

6,0

88,0

10,5

1,5

91,0

9,0

95,0

3,0,

2,0

Наиболее значительные (в %) отклонения от нормального ветвления у гилокомиума блестящего проявляются на ПП в реперных точках 2, 27. В почве лесных ценозов здесь зарегистрированы превышения ОДК по Аб, Си, №. Резкие изменения абиотических факторов биотопа (в основном климатических) в сочетании с наличием токсикантов (в превышении ОДК) может вызывать отклонения от нормального ветвления у мха-биоиндикатора. Эти особенности позволит в дальнейшем использовать гилокомиум блестящий как биоиндикатор и биотест с учетом возможного размаха признаков в проявлении морфотипических особенностей вида.

Анализ величины годичных приростов за 3 года у Ну1осоппит ¡р1епйгт „показал, что максимальный линейный прирост наблюдается у особей, произрастающих на гнилой древесине в просветах крон. Пределы изменения составляют от 18,1± 2,22 мм до 28,3 ±2,58 мм, среднее значение - 23,15 мм. Наименее высокие значения линейного прироста отмечены для 2010 г.

Приросты по массе достигают довольно высоких показателей в умеренных по увлажнению и хорошей освещенности условиях: на гнилой древесине - до 22,7± 1,74 мг. Минимальные приросты по массе зафиксированы в моховых подушках около древесных стволов: максимальная фитомасса особей не превышает 18,2±1,37 мг. Показатели микроклиматических условий каждого года, а также трофическая ценность субстрата произрастания

стимулируют изменчивость линейного прироста и увеличение фитомассы. Таким образом, колебания величины линейного прироста и фитомассы сфагнового мха можно использовать как один из показателей изменения ответной реакции компонентов лесных экосистем на климатогенные флюктуации. Важно учитывать этот фактор при описании показателей при осуществлении текущего биомониторинга района опасных техногенных объектов.

Выводы и практические рекомендации

1 Для оценки общего состояния лесных экосистем в районе опасных техногенных объектов применен метод бриоиндикации с использованием физиолого-биохимических, структурных и продукционных показателей бриофитов.

2 Установлено, что степень проективного покрытия стволов мхами -ненадежный признак для биоиндикационных исследований для оценки состояния атмосферы в районе опасных техногенных объектов. Видовой состав синузий мохообразных в живом напочвенном покрове - малоннформативный биоиндикационный показатель.

3 Обосновано использование мхов Atrichum undulatum как индикатора содержания Zn, Sphagnum squamosum - Sr, As, Cu, Ni, Zn, смешанных проб мохообразных - Pb, Mn, Cr, Доказано, что валовое содержание тяжелых металлов в биомассе мохообразных - диагностический признак состояния экосистем района опасных техногенных объектов.

4 Информативные показатели в бриоиндикации - коэффициенты накопления элементов группы тяжелых металлов, оценивающие биодоступность химических соединений для растений. Выявлен лучший накопитель элементов группы тяжелых металлов - Sphagnum squarrosum.

5 Отмечены хорошие аккумулятивные возможности бриофитов по отношению к радионуклидам: 137Cs, 232Th. Накопительная способность радионуклидов обусловлена климатическими условиями местности, обводненностью почвы и растения-поглотителя.

6 Выявлены дополнительные биоиндикационные показатели мохообразных: их продукционные и морфологические особенности. Для Sphagnum squarrosum и Hylocomium splendens - это величина линейного прироста, фитомасса, степень ветвления, определяемые абиотическими, а также антропогенными изменениями.

Практические рекомендации

1 Рекомендовать мохообразные к применению в мониторинге района, объекта по хранению и объекта по утилизации химического оружия по отношению к Sr, Pb, Zn, Си, Fe, Mn. Элементы мохового покрова лесных экосистем использовать для фиторемедиации почв при возможных значительных загрязнениях отдельными видами токсикантов.

2 Включить в программу биомониторинговых исследований района объекта по хранению и объекта по утилизации химического оружия

многолетние наблюдения за проективным покрытием эпигейных и эпифитных моховых синузий в лесных экосистемах.

3 Морфологические особенности ветвления Hylocomium splendens применять как информативный биоиндикационный признак для выявления стрессовых воздействий смешанного происхождения в районе опасных техногенных объектов.

4 Все данные импактного биомониторинга среды района объекта по утилизации химического оружия методом бриоиндикации необходимо использовать для сравнительной характеристики состояния лесных экосистем и аналитическо-прогностических выводов текущего экоаналитического мониторинга.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в научных журналах, включенных в Перечень... ВАК РФ

1 Шматова, Л.М. Врио индикационная оценка состояния компонентов среды вблизи объекта хранения химического оружия (ОХХО) / Л.М. Шматова, Л.Н. Анищенко, E.H. Самошкин // Лесной вестник. - 2009 - № 3 (66) - С. 53-56.

2 Анищенко, Л.Н. Комплексный мониторинг района ОУХО Почепского района Брянской области / Л.Н. Анищенко, Л.М. Шматова, Н.В. Акименков, С.А. Бачегов // Вестник БГУ. Сер. Точные и естественные науки. № 4 (2011). -Брянск: РИО БГУ, 2011. - С. 78-81.

Статьи в других научных изданиях

3 Шматова, Л.М. Биоаккумулятивная способность мохового покрова как биоиндикационный показатель / Л.М. Шматова, Л.Н. Анищенко // Экологическая безопасность региона. Сб. статей междунар. науч.-практич. конф. Брянск, 22-24 октября 2008г. - Брянск, 2008. - С. 228-234.

4 Шматова, Л.М. Накопительная способность мохового покрова в условиях естественных и техногенных экосистем / Л.М. Шматова // Экологическая безопасность региона. Сб. статей междунар. науч.-практич. конф. Брянск, 29-30 октября 2009г. - Брянск, 2008. - С. 404-409.

5 Шматова, Л.М. Содержание химических элементов в почве и мохообразных в зависимости от удаления объекта хранения химического оружия / Л.М. Шматова// Вклад ученых и специалистов в национальную экономику. Сб. науч. трудов межунар. науч.-технич. конф. - Брянск, 2008. - С. 99 - 102.

6 Шматова, Л.М. Изучение накопительной способности бриофитов по отношению к некоторым элементам в зоне влияния объекта хранения химического оружия (Брянская область) / Л.М. Шматова // Социально-экологические проблемы малого города. Сб. статей всерос.. науч.-практич. конф. Балашов, 9 - 10 октября 2008 г. - Балашов, 2008. - С. 201-204.

7 Анищенко, Л.Н. Фиторемедиация - перспективное направление восстановления биотопов нарушенных экосистем / Л.Н. Анищенко, Л.М. Шматова // Мат. Междунар.научн-практич. конф. «Сотрудничество в области использования природных ресурсов и экологического оздоровления бассейна Днепра». - Гомель, 2011. - С. 86-89.

8 Анищенко, Л.Н. Оценка роли различных компонентов лесных сообществ в трансформации элементов группы тяжелых металлов / Л.Н. Анищенко, Л.М. Шматова, А.А. Афонин // Сб. материалов между н ар. научн.-практ.конф. «Российско-Украинско-Белорусское пограничье: 25-летие экологических и социально-педагогических проблем в постчернобыльский период. Новозыбков. 26-27 апр. 2011 г.». - Новозыбков, 2011. - С. 86-89.

9 Анищенко, Л.Н. Общая и природоохранная бриоищшкация / Л.Н. Анищенко, Л.М. Шматова // Итоги биологического контроля качества окружающей среды в системе регионального экомоннторинга: Монография. - Брянск: Изд-во Курсив, 2011. - С. 40-63. (глава в рецензируемой монографии)

10 Шматова, Л.М. Возможность ремедиации почв антропогенно загрязненных территорий с использованием сосудистых растений и мохообразных / Л.М. Шматова, Л.Н. Анищенко // Дополнительное профобразование в системе подготовки конкурентоспособного специалиста на рынке труда: Сб.науч.тр. 1 Всерос. науч.-практ.конф. - Брянск: Изд-во ГК «Десяточка», 2011. - С. 250-252

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Подписано в печать?© 03.2012 г. Формат 60x84 1/16, Печать офсетная. Бумага офсетная. Усл. печ. л. -1,0. Тираж - 100 экз. Заказ № 373. РИО Брянского государственного университета имени академика И. Г. Петровского 241036, Брянск, Бежицкая, 14 Отпечатано в цехе РИО БГУ

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Шматова, Людмила Михайловна, Брянск

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского

61 12-3/1083

На правах рукописи Шматова Людмила Михайловна

БРИОИНДИКАЦИЯ СОСТОЯНИЯ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ РАЙОНА ОПАСНЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОБЪЕКТОВ

03.02.08 - Экология (биологические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель -доктор биологических наук, профессор Самошкин Егор Никитич

Научный руководитель -доктор сельскохозяйственных наук, доцент

Анищенко Лидия Николаевна

Брянск 2012

Содержание

Стр.

Общая характеристика работы................................................ 3

1 Использование индикационных возможностей мохообразных в диагностике качества среды на объектах хранения и объектах по уничтожению химического оружия

1.1 Бриоиндикация на уровне видов..........................................................................8

1.2 Бриоиндикация на уровне сообществ ..........................................................20

2 Практика биоиндикационных обследований территории ОХХО

2.1 Основы экоаналитического мониторинга объектов по хранению химического оружия............................................................ 28

2.2 Возможности биомониторинга территории ОХХО, ОУХО и прилегающих территорий.................................................. 36

3 Характеристика природных условий района исследования

3.1 Климат района исследования............................................. 43

3.2 Ландшафтное строение...................................................... 49

3.3 Гидрография и гидрология................................................. 52

3.4 Почвы и почвообразовательные процессы............................ 53

3.5 Растительность территории и характеристика лесного фонда Почепского района и территории ОХХО и ОУХО......................... 56

4 Методика, материалы и методы исследований

4.1 Описание растительности и мохового покрова......................... 72

4.2 Методы измерения

4.2.1. Метод рентгенофлуоресцентного анализа.......................... 76

4.2.2 Гамма - спектрометрический метод.................................. 77

5 Результаты исследования

5.1 Бриоиндикация состояния лесных экосистем района ОХХО

5.1.1 Характеристика моховых синузий на пробных площадках....... 79

5.1.2 Валовое содержание металлов в моховом покрове как биоиндикационный показатель............................................... 82

5.1.3 Коэффициенты накопления и перехода............................... 88

5.1.4 Содержание радионуклидов в образцах мохообразных............ 97

5.2 Бриоиндикация состояния лесных экосистем района объекта по утилизации химического оружия

5.2.1 Накопительные и поглотительные возможности мохового покрова в экосистемах реперных точек объекта по утилизации химического оружия........................................................... 101

5.2.2 Коэффициенты накопления и коэффициенты поглощения для мохообразных в лесных экосистемах различных реперных точках объекта по утилизации химического оружия............................... 111

5.2.3 Морфологические и продукционные показатели мохообразных

как биоиндикационные признаки............................................. 116

Выводы и практические рекомендации....................................... 134

Список использованных источников.......................................... 136

Приложение........................................................................ 171

Общая характеристика работы

В местах расположения объекта по хранению и уничтожению химического оружия в Кировской, Курганской, Пензенской, Саратовской областях, Удмуртской Республике, налажен фоновый и текущий мониторинг за состоянием экосистем в районах опасных объектов (Ашихмина, 2007; Огородникова, 2007; Перевозникова, 2007; Шляхтин, 2007; Дунаева, 2008; Тужилова, 2009) в целях обеспечения экологической безопасности. Представляется особо перспективным и важным организация биомониторинговых исследований лесных экосистем в районе опасных техногенных объектов в Брянской области, расположенных в зоне хвойно-широколиственных лесов европейской части РФ. Один из самых чувствительных компонентов лесных сообществ - живой напочвенный покров, исследования которого достаточно редки и «выпадают» из общей многоуровневой программы мониторинговых и биоиндикационных исследований биоты за исключением единичных работ (Вьюговский, 2010). Этим и определяется актуальность работы.

Речевська, 2002 и др.). В лесах моховой покров выполняет функцию связующего звена между всеми компонентами ценоза, участвует в превращении и передаче энергии (Кошкарева, 1990; Малышева, 1992, 1992 а; Баишева, 2010 и др.). Все это свидетельствует о том, что мохообразные имеют ряд преимуществ перед другими биоиндикаторами. В работе впервые представлены региональные данные мониторинга среды опасных техногенных объектов методом бриоиндикации для оценки состояния лесных экосистем и аналитико-прогностических работ после завершения технологического цикла на объекте по уничтожению химического оружия.

Цель исследования: изучить состояние лесных экосистем методом бриоиндикации при мониторинге территории объекта по хранению и уничтожению химического оружия (на примере Почепского района Брянской области).

Задачи исследования:

5 Установить современное состояние лесных экосистем по живому напочвенному покрову.

Для достижения цели было выполнено 200 геоботанических описаний в течение 2006-2011 гг., обработано 1230 проб. Исследованы пробные площадки (ПП) в лесных экосистемах на площади 100 га.

Основные положения, выносимые на защиту:

2 Коэффициенты накопления (Кн) элементов группы тяжелых металлов, оценивающие биодоступность химических соединений для растений, - информативный показатель в бриоиндикации. Лучшие накопители элементов группы тяжелых металлов - сфагновые мхи.

4 Рекомендации по использованию мохового покрова для фиторемедиационных целей.

Научная новизна и теоретическая значимость работы.

5 Разработаны предложения по использованию мхов для биоиндикационных и фиторемедиационных целей.

Практическая значимость и научная ценность работы.

Разработанная система оценки состояния живого напочвенного покрова лесов в биомониторинге позволит достоверно провести оценку загрязнения территорий в местах уничтожения химического оружия. Коэффициенты накопления и поглощения - основные биоиндикационные показатели для мониторинга состояния лесных экосистем района объекта по хранению и уничтожению химического оружия. В условиях мониторинга лесных экосистем района исследования показана эффективная накопительная способность мохового покрова, рекомендации представлены специалистам Росприроднадзора, Росгидромета. Результаты исследований - основа для экомониторинга по оценке отдаленных последствий антропогенной трансформации экосистем района расположения объекта по хранению и уничтожению химического оружия.

Личный вклад автора. Автором самостоятельно разработана программа исследований, проведено эколого-лесоведческое обследование ключевых точек района исследования. Статьи, научные доклады подготовлены самостоятельно и в соавторстве. Доля личного участия от 50 до 100 %.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на Международных научно-практических конференциях: «Вклад ученых и специалистов в национальную экономику» (Брянск, 2006, 2008 г.), «Экологическая безопасность региона» (Брянск, 2008 г. и Брянск, 2009 г.), «Российско-Украинско-Белорусское пограничье: 25-летие экологических и социально-педагогических проблем в постчернобыльский период (Новозыбков, 2011 г.), Всероссийских конференциях - «Социально-экологические проблемы малого города» (Балашов, 9-10 октября 2008 г.).

Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследований используются при проведении курсов лекционных и лабораторных занятий в ФГБОУ ВПО «Брянский государственный университет», ФГБОУ ВПО «Брянская государственная инженерно-технологическая академия» по экологии растений, биоиндикации, общей геоботанике, радиационной экологии, а также в средних школах и лицеях Брянской области. Показатели бриоиндикаторов применяются в оценке состояния пробных площадок на реперных точках в работе регионального центра контроля и экологического мониторинга среды (РЦКиЭМ) по Брянской области и Управлением лесами Брянской области (Акт о внедрении).

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 204 страницах компьютерного текста и включает общую характеристику работы, 5 глав, выводы, библиографический список и 4 приложения. Основной текст диссертации изложен на 170 страницах, приложения - на 35 страницах. Список используемых литературных источников насчитывает 369 наименований, в том числе 80 - на иностранных языках. Текст иллюстрируют 38 таблиц и 18 рисунков.

1 Использование индикационных возможностей мохообразных в диагностике качества среды на объектах хранения и объектах по уничтожению химического оружия 1.1 Бриоиндикация на уровне видов

Биоиндикация - один из перспективных методов биомониторинга качества среды, естественного состояния и антропогенно измененного. Спектр применяемых в биоиндикации таксономических групп организмов широк - от водорослей и цветковых растений до крупных млекопитающих. Мохообразные (бриофиты) до настоящего времени нечасто использовались в широких исследованиях мониторинга. Эта группа видов отвечает всем требованиям, предъявляемым к биоиндикаторам: они имеют продолжительный жизненный цикл, обширные ареалы, хорошо диагностируются до вида, аккумулируют вещества из атмосферы, верхнего горизонта почвы и водной составляющей сред обитания.

Мохообразные - обособленная группа внешне очень разнообразных высших растений, представляющая собой ее слепую ветвь, насчитывающая от 16 ООО видов (Рейвн и др., 1990) до 27 ООО видов (Абрамов, Абрамова, 1978).

Бриоиндикация - направление в фитоиндикации, при котором для диагностики качеств и особенностей среды используются мохообразные и их сообщества. Особенно значимо получение бриоиндикационных (наряду с лихеноиндикационными и другими) данных в работе по международной программе «Мониторинг здоровья лесов» (Forest Health Monitoring, 1994; Eduljee, 2000) в целях оценки возможного риска для экосистем и планированию действий по его уменьшению.

Древние ископаемые остатки мхов имеют девонский возраст - около 400 млн. лет, а остатки вполне сформировавшихся предков мохообразных -370 млн. лет (Рейвн и др., 1990). Именно в это время наблюдалось широкое расселение и распространение видов мхов по земному шару, изменение их ареалов. Сейчас ареалы бриофитов - очень широкие, эндемизм в пределах

Голарктики незначителен и возрастает в островной флоре (Абрамов, 1969).

В настоящее время сообщества мохообразных заселили почти все доступные субстраты для обитания в местах повышенного увлажнения различных географических зон. Исследователями выявлено около 89 типов местообитаний (Кильдюшевский, 1973). Бриофитов нет только в пустынях с хлоридным и сульфатным засолением, в морях и зонах морских брызг на побережьях, в областях с подвижным грунтом и подверженных значительным эрозионным процессам из-за отсутствия у особей хорошо развитой ризосферы, покровной, проводящей, механической, ассимиляционной тканей, необходимостью для осуществления полового процесса капельно-жидкой пресной влаги (Абрамов, Абрамова, 1961; Мельничук, 1970; Савич-Любицкая, Смирнова, 1970; Рипецкий, 1992).

Благодаря таким специфическим особенностям организации бриофиты признаются слабо конкурентными растениями. Но их низкий биопотенциал восполняется за счет высокой способности к вегетативному размножению, агрегационным формам роста, обильному спороношению, легкому переносу спор, изменению форм роста при механическом воздействии, устойчивости к длительному пересыханию или к переизбытку влаги, промерзанию, дефициту элементов питания, слабому освещению (Аболинь, 1968; Абрамов и др., 1978; Полякова, 1981; Ахминова, 1983; Бойко, 1990 и др.).

Достаточно широкое распространение мохообразных свидетельствует об их хорошей приспособленности к условиям среды и особом пространственно-временном положении в фитоценозах. Благодаря эволюционно сложившимся экологическим стратегиям, изучавшимся большой группой исследователей (Работнов, 1983; Миркин, 1983), мхи заполняют эколого-ценотический вакуум, и оказывают влияние на формирование среды. Так, бриоэксплеренты ценотические образуют константные группы в ценозах, где есть свободная площадь, незанятая семенными растениями. А в период ослабления конкуренции со стороны других членов сообщества расселяются особенно широко. Бриоэксплеренты

- пионерные, первыми поселяются в местах с нарушенным субстратом, формируют первую сериальную стадию сукцессий и исчезают при появлении более конкурентоспособных мхов и сосудистых растений. Довольствуются остаточными ресурсами, не используемыми доминантными видами сообщества, обладают разнообразными способами вегетативного размножения, долголетние группы мохообразных - патиентов (лесных, болотных, степных). Нечасто распространены виолентные мхи, преобразующие среду в том направлении, которое оказывает неблагоприятное воздействие на фитоценоз. Благодаря этому они сами доминируют.

Многообразны экологические группы мохообразных, выделенные по отношению к различным экологическим факторам. В зависимости от занимаемых субстратов и сопутствующих условий местообитания среди м

Информация о работе

Шматова, Людмила Михайловна
кандидата биологических наук
Брянск, 2012
ВАК 03.02.08

Диссертация

Бриоиндикация состояния лесных экосистем района опасных техногенных объектов - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы