Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияния тяжелых металлов на сообщества почвенных и эпифитных водорослей

ВАК РФ 03.00.05, Ботаника

Автореферат диссертации по теме "Влияния тяжелых металлов на сообщества почвенных и эпифитных водорослей"

• и сд

? ноя '007

На правах рукописи

ПРОШКИНА ЕКАТЕРИНА АНАТОЛЬЕВНА

Влияния тяжелых металлов на сообщества почвенных и эпифитных

водорослей

03.00.05.- БОТАНИКА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Уфа -1997

Работа выполнена на кафедре ботаники естественно-географического факультета Башкирского государственного педагогического института

Научный руководитель : доктор биологических наук,

профессор, член-корр. Академии естествознания Р.Р.Кабиров

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор,

заслуженный деятель науки Республики Башкортостан Р.Г.Минибаев кандидат биологических наук Т.И.Алексахина

Ведущее учреждение: Центр по проблемам экологии и

продуктивности лесов РАН

Уг-М>

Защита состоится "11 " декабря 1997 г. в часов на заседании

диссертациошюго Совета К 064.13.09 по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата биологических наук при Банкирском государственном университете по адресу: 450074, г. Уфа, ул. Фрунзе. 32, биологический факультет, ауд.332.

С диссертацией можно ознакомится в научной библиотеке БГУ Автореферат разослан " 10 " ноября 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

кандидат биологических наук Кузяхметов Г.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. В связи с увеличивающимся объемом вводимых в строй промышленных предприятий, с возрастающим количеством вовлекаемых в технологические процессы различных метачлов, а также несовершенством используемых технологий производств, все более актуальной становится проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами - экотоксикантами, представляющими особую опасность.

При загрязнении почвы тяжелыми металлами имеются в виду количества, которые во много раз превышают нормальное естественное содержание. Неестественные концентрации этих элементов являются предварительным условием их повышенной усвояемости биологическими системами. Кроме того, тяжелые металлы отличаются от других загрязнителей своей практически абсолютной долговечностью. Таким образом, если начальная фаза или химическое состояние, в котором они присутствуют, являются нетоксичными, далее, в определенных условиях, они преобразуются в токсические химические формы. С другой стороны, даже если они не окажутся токсичными для жизни растений и почвы, их дальнейшее движение по пищевой цепи создает токсичность для животных и человека. Поэтому мониторинг содержания тяжелых металлов и изучение механизмов воздействия их на отдельные группы живых организмов имеют большую практическую значимость.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Целью нашей работы являлось изучение влияния тяжелых металлов на сообщества эдафофильных и эпифитных водорослей. Исходя из этого в задачи исследований входило:

- построение зависимости типа "доза-эффект" для реакции водорослей на внесение в почву наиболее часто встречающихся в промышлешых выбросах металлов меди, цинка и марганца;

- выделение классов водорослей по устойчивости к загрязнению тяжелыми металлами;

изучение влияния аэротехногенного полиметаллического загрязнения на сообщества почвенных и эпифитных водорослей;

- выявление закономерностей изменеиия экологической структуры алъгогруппировок в градиенте загрязнения среды тяжелыми металлами.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Установлены сублетальные и летальные кощентрации ряда тяжелых металлов для большого числа почвенных водорослей. Впервые описана эпифитная альгофлора консорций Betula pendula в районе Южного Урала и исследована динамика изменения видового разнообразия этой экологической альгогруппировки под влиянием аэротехногенного полиметаллического загрязнешь. Проведен сравнительный анализ реакции эдафофильных и аэрофитных группировок водорослей. Установлено, что период восстановления альгофлоры территории, деградированной в результате деятельности медеплавильного комбината, до уровня фоновой зоны больше 5 лет.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ. Полученные данные по летальным для альгоценозов концентрациям тяжелых металлов в 1,5-10 раз ниже существующих санитарно-гигиенических предельно-допустимых концентрации тяжелых металлов в почвах, что указывает на необходимость пересмотра нормативных показателей ПДК. Сделано предложение по созданию нормативов экологических пределы ю- допустимых концентраций тяжелых металлов (ЭПДКтм) на основании показателей видового разнообразия альгоценозов. Отмечена возможность использования эпифитных альгогруппировок в целях мониторинга и экологической экспертизы.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались на итоговых научно-теоретических конференциях профессорско-преподавательского состава Башгоспединститута (Уфа, 1993-1997), научно-практической конференции "Леса Башкортостана: Совремешюе состояние и перспективы" (Уфа, 1997), Всероссийской конференции "Современное состояние альгологических исследовашш в России" (Санкт-петербург, 1997).

ПУБЛИКАЦИИ. Основное содержание работы изложено в 6 публикациях.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложения. Список

литературы включает 126 наименований, в том числе 48 иностранных авторов. Общий объем работы 138 страниц машинописного текста, из них 96 страниц основного текста, 20 таблиц и 10 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. Воздействие тяжелых металловна водоросли (обзор литературы)

Рассмотрена взаимосвязь между необходимостью и токсичностью тяжелых металлов для водорослей. Проведены систематизация и анализ имеющихся данных о реакции водорослей на действие металлов в различных средах. Перечислены факторы, влияющие на проявление токсичности тяжелых металлов.

Глава II. Материал и методика исследований

Для проведения лабораторных экспериментов применяли классические почвенно-альгологические методы (Штина, Голлербах, 1976) с некоторыми изменениями, внесенными в соответствии с целями и задачами эксперимента (Воронкова, 1997). В качестве модельной почвы использовали смесь вьпцелачешюго чернозема с разнотравно-злакового луга и серой лесной почвы из под многолетней залежи. Оценку развития водорослей проводили по 15-балльной шкале согласно методике Р.Р.Кабирова (Ханисламова и др., 1988). По отношению общего значения обилия водорослей в отдельном варианте к контрольному показателю, рассчитывали степень развития водорослевого сообщества (СРС) в процентах. На основании СРС устанавливали интервалы концентраций металлов, соответствующие следующим зонам токсичности: 1- зона шпкой токсичности (СРС>50); II- зона средней токсичности (25 <СРСЗ£ 50); III— зона высокой токсичности (CPCS25). По этим данным выделяли классы водорослей с разной устойчивостью к действию металлов. Если диапазон толерантности вида располагался в 1-ой зоне, то его относили к классу чувствительных видов. В случае, когда витальные концентрации ограничивались верхним порогом зоны средней токсичности металла, виды

причисляли к классу устойчивых. Аналогично был выделен класс высокоустойчивых видов.

Для каждого вида водорослей устанавливали значения показателей СК50 и CK]оо, соответствующих концентрациям 50%-го снижения обилия и полной элиминации. На основании полученных данных составляли рейтинг видов, родов и отделов почвенных водорослей, по устойчивости к действию исследуемых факторов.

Анализ изменения экологической структуры алъгогруппировок под влиянием загрязнения тяжелыми металлами проводили по классификации жизненных форм водорослей, разработашюй Э.А.Штиной и М.М.Голлербахом (1976), с некоторыми изменениями (Алексахина, Штина, 1984).

Для изучения влияния аэротехногенного полиметаллического загрязнения на природные сообщества эдафофильных и эпнфитных водорослей были проведены исследования проб опада, почвы и коры в зоне действия Карабашского медеплавильного комбината. Сбор проб и дальнейшая подготовка их к анализу подробно изложены в предыдущих работах (Воронкова, 1997; Прошкина, 1997).

Глава III. Влияние тяжелых металлов на почвенные водоросли (лабораторные эксперименты)

Среди тяжелых металлов приоритетнылш загрязнителями считаются ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, медь, цинк, кобальт, марганц и железо, поскольку их техногенное накопление в окружающей среде идет высокими темпами. Подсчитано, что ежегодно только металлургические предприятия выбрасывают на поверхность Земли более 150 тыс. т меди, 120 тыс. т цинка, 90 тыс. т свинца, 12 тыс. т никеля и около 30 т ртути (Добровольский, Гришина, 1985). Эта группа веществ обладает большим сродством к физиологически важным органическим соединениям и способна инактивировать последние. Поступление тяжелых металлов в живые организмы нарушает процессы метаболизма, тормозит рост и развитие (Ильин, 1991). Поэтому реакция почвенной альгофлоры на поступление в среду даанных элементов представляет научный и практический интерес.

Результаты экспериментов, проведенных на модельной почве, подтвердили высокую альгицидную активность исследуемых металлов-меди, цинка и марганца, внесенных в виде хорошорастворимых сульфатных солей. И хотя влияние каждого отдельного металла на альгофлору исследуемой почвы имело некоторые особенности, общие тенденции токсичности сохранялись.

Влияние металлов проявлялось в ингибировании развития водорослей, снижении их обилия. Угнетение развития водорослевого сообщества начиналось при внесении в почву металлов в количестве 0,01 -0,05 г/кг, а уменьшение видового состава- при 0,01 г/кг. Снижение числа видов на 50% происходило при концентрациях меди- 0,01, цинка- 0,25-2, марганца- 0,05-0,5 г/кг (табл. 1).

Наиболее подверженными воздействию токсикантов (класс чувствительных водорослей) оказались синезелеиые водоросли-Cyliudrospermum muscicola Kfitz., Microcoleus paludosum (Ktftz.) Gom., Nostoc muscorum Ag., N. punctiforme Klitz., Phormidium autumnale (Ag.) Gom., Ph. foveolarum (Mont.) Gom., Plectonema nostocorum Born., P. notatum Schmidle, Oscillatoria brevis (Kt»tz.) Gom., O. subtilissima Kîîtz., О. terebriformis (Ag.) Elenk., O. willei Gardn., зеленые - Chlamydomonas minima Korsch., Ch. minutissima Korsch., Ch. tercestris Boye-Peters, Choricystis minor (Skuja) Fott, Dictyococcus varians Gem., Leptosira terrestris (Frilsch el John) Prinlz, Macrochloris dissecta Korsch., Myrmecia bisecta Reisigl, Oocystis borgei Snow, Pedinomonas major Korsch., желтозеленые - Heterococcus chodatii Visch., Pleurochloris commutata Pasch., P. magna Boye-Pet., P. pyrenoidosa Pasch. и диатомовые- Amphora dellicatissima Krasske., Navícula mutica KUtz., N. pelliculosa (Breb.) Hilse и Pinnularia borealis Ehr., для которых летальные концентрации соответствуют меди- 0,01-0,05 г/кг, цинка и марганца - выше 1 г/кг.

Таблица 1.

Влияние тяжелых металлов на развитие почвенных водорослей

Реакция водорослей Концентрации металлов (г/кг)

медь цинк марганец

Начало угнетения развития популяций 0,01 0,01 0,05

Уменьшение обилия 0,01-0,05 0,25-2 0,05-1

популяций на 50%

синезелсных 0,01-0,05 0,25-1 0,025-2

зеленых 0,05-0,5 0,5-1 0,01-10

желтозеленых 0,01-0,05 0,25-0,5 0,01-0,05

диатомовых 0,01- 0,25-2 0,05-10

0,025

Начало уменьшения видового 0,01 0,01 0,01

разнообразия

Уменьшение видового разнообразия на 0,01 0,25-2 0,05-0,5

50%

Прекращение вегетации силезеленых 0,5 2 2-20

зеленых 2 10 20

желтозеленых 0,01-0,1 3 0,1

диатомовых 0,01-0,05 2 2-20

В класс устойчивых водорослей (СК](Х): Си- 0,25-0,5, Zn 3-5 и Mn 110 г/кг) были включены следующие виды: сннсзеленые- Plectonema boryanum Gom., Nostoc linckia (Roth) Born, et Flah., Phormidium corium (Ag.) Gom., зеленые- Chlamydomonas atactogama Korsch., Chlorella minutissima Fott et Novakova, Chlorosarcinopsis aggregata Arce et Bold, Leptosira terricola (Bristol) Prinz, Oocystis elliptica West.

Высокоустойчивой к воздействию исследуемых металлов (СК|()(): Cu>l, Zn>2 и Мп >5 г/кг) оказалась группа зеленых водорослей: Bracteacoccus minor (Chodat) Petrova, Chlorococcum ellipsoideum Deason et Bold, Chlorella vulgaris Beijer., Myrmecia incisa Reisigl, Stichococcus fragilis Gay.

При внесении больших концентраций металлов (10-20 г/кг) в почву у некоторых видов водорослей (Bracteacoccus minor, Coccomyxa solorinae Chod.) происходили морфологические изменения: увеличивались размеры и округлость клеток, наблюдалось частичное обесцвечивание. Увеличение размеров и округлости, вероятно, измененяет соотношение объема к поверхности клетки, что снижает негативное влияние среды и способствует выживанию.

Используя значения летальных концентраций меди, цинка и марганца для каждого вида и принимая наибольшее из них за показатель летальной концентрации для рода, провели сравнение чувствительности водорослей к изучаемому фактору. Рейтинг устойчивости родов водорослей к действию исследуемых металлов отражен на рисунке 1.

Комцмгрмям металлов. Г/faf*

Ицмцк Ящрг»и»1<~|

Рис. 1. Устойчивость водорослей на уровне родов к действию тяжелых металлов.

При рассматрении реакции водорослей на уровне отделов (табл. 1), отчетливо видно преимущество зеленых водорослей: уменьшение обилия популяции начиналось при концентрациях (в г/кг) 0,05-0,5 меди, 0,5-1 цинка и 0,1-10 марганца, полное прекращение вегетации происходило при 2 г/кг меди, 10 цинка, 20 марганца. О высокой устойчивости представителей отдела зеленых к воздействию металлов не раз сообщалось в научной литературе (Герасимов, 1937; Величко,1985; Штина, Евдокимова, 1986; Кабиров, Шилова, 1994; и др.). Порог устойчивости диатомовых водорослей ограничивался 0,01-0,05 меди, 2 цинка, 2-20 г/кг марганца (табл. 1).

Наиболее подверженной отрицательному влиянию тяжелых металлов оказались желтозеленые водоросли: 50-% снижение обилия данной группы происходило при концентрациях меди и марганца- 0,01 -0,05 г/кг, цинка- 0,25-0,5 г/кг. Высокая чувствительность желтозеленых отмечалась неоднократно при исследовании почв, расположенных в зоне действия металлургических комбинатов (Евдокимова, Штина, 1981; Штина и др., 1984; Штина, 1986).

В результатаах экспериментов довольно наглядно проявился общий принцип токсикологии и фармакологии- малые концентрации токсиканта стимулировали развитие водорослей, большие дозы угнетали, еще большие - оказывались летальными. Ответные реакции на внесение тяжелых металлов были специфическими в зависимости от видовой принадлежности водорослей. В общем виде ответная реакция водорослей на действие различных концентраций металлов сходна с принцнгашшюй схемой отклика почвенных водорослей на действие различных концентраций поверхностно-активных веществ (Ханисламова и др., 1988). Здесь также выделяются типичные фазы отклика популяций на воздействие исследуемого фактора (рис. 2).

На первом этапе действие препарата явно не проявлялось или было незначительным (незначительный инкубационный период). Отмечалось даже некоторое увеличение показателей развития алъгоценоза, когда внесение металла даетвало положительный эффект микроэлементов (как в вариантах с марганцем). Затем следовала первая фаза токсического эффекта. В этом случае, по мнению ряда авторов (Ханисламова и др..

1988), защитные механизмы (популяции, клетки, субклеточных систем) еще не "включены" и количественные показатели жизнедеятельности (популяций, особей) снижаются.

При дальнейшем увеличении концентрации металлов наступала фаза компенсаци. В этой фазе, вероятнее всего, происходит активизация физиологических процессов (дыхания, фотосинтеза, экскреции слизи), что приводит к снижению ингибирующего воздействия токсиканта и, как следствие этого, возрастают количественные показатели жизнедеятельности биологических систем (концентрации меди- 0,025, цинка-1, марганца-0,25 г/кг).

Рис. 2. Изменение обилия альгоценозов (в % к контролю) под воздействием

тяжелых металлов.

Следующая фаза токсического эффекта, характеризовалась снижением "сопротивляемости" водорослей к действию металлов. Резко снижалось обилие и видовое разнообразие водорослевых группировок. Последняя фаза- гибель альгогруппировок (рис. 2).

Анализируя изменения экологической структуры альгогруппировок под действием тяжелых металлов можно отметить следующее: наиболее устойчивыми являются водоросли с СЬ, С и X, наименее - виды СИ, В, Р, Ьуёг. -жизненными формами (табл. 2).

Таблица 2.

Экологическая структура альгогруппировок при действии тяжелых

металлов

Токсичность металлов Экобиоморфы (в % к общему числу жизненных форм)

СЬ С СР X Н В Р Ьу<1г.

низкая 28 15 И 16 9 10 7 5

средняя 34 21 5 13 10 6 3 2

высокая 33 33 2 22 6 1 0 1

Глава IV. Антропогенная модификация альгогруппировок, обусловленная аэротехногенным полиметаллическим загрязнением среды

Характер изменения эдафофильных и эиифитных альгогруппировок под действием полиметаллического загрязнения изучали в районе Карабашского медеплавильного комбината, поскольку в его окрестностях резко преобладают выбросы в атмосферу тяжелых металлов и сернистых соединений, причем количество последних по направлению градиента концентрации металлов изменяется всего в 1,5 раза, что позволяет игнорировать влияние подкисления среды. Кроме того, данный металлургический комбинат является обособленным источником загрязнения и имеет небольшую промзону, погруженную в фоновую среду, что упрощает интерпретацию результатов. Есть еще один момент в пользу изучения этого объекта- его квазистационарность. То есть изменение дозы металлов происходит настолько медленно, что альгогруппировки успевают к ним подстроится (аналог инкубациошюго периода в лабораторных исследованиях). Залповые же выбросы или резкие изменения дозы типа

аварии, по мнению А.М.Степанова, адекватно не отражаются текущим состоянием экосистемы (Комплексная..., 1992).

Карабашский медеплавильный комбинат находится на восточном макросклоне Южного Урала. Климат местности континентальный. Преобладающее направление ветра - северо-западное. Исследования проводили в мезофитных вариантах вторичных березняков, приурченных к пологим склонам на бурых горно-лесных почвах.

По степени нарушенности фитоценозов были выделены импактная (сильная нарушенность), буферная (средняя нарушенность), фоновая (практически не нарушенная) зоны (Черненькова, 1985; Черненькова и др., 1989).

Наименьшее число водорослей зарегистрировано в импактной зоне-всего 29 видов. Альгофлора фоновой зоны представлена 52 видами. Максимальное видовое разнообразие водорослей выявлено в буферной зоне 57 видов и форм водорослей. Это, вероятнее всего, обусловлено двумя причинами: с одной стороны, загрязнение среды привело к нарушению растительного покрова, ослаблению и изреживанию древесного полога, что благоприятствовало развитию водорослей, с другой, концентрация токсических веществ в этой зоне не достигла значений, препятствующих вегетации водорослевых сообществ и металлы играют положительную роль микроэлементов.

При приближении к источнику загрязнения возрастала относительная доля зеленых водорослей, снижалась доля желтозеленых и диатомовых. Представители отдела синезеленых в условиях сильного полиметаллического загрязнения вообще отсутствовали. В литературе имеются сведения о высокой чувствительности синезеленых водорослей к загрязнению среды тяжелыми металлами, обусловленной работой предприятий Минцветмета (Ваулина,1957; Штина и др., 1984; Штина, 1986; Кабиров, 1987; и др.).

При изучение эпифитной альгофлоры в консорциях Betula pendula в зоне влияния Карабашского медеплавильного комбината были получены следующие данные. Наименьшее видовое разнообразие зарегистрировано в импактной зоне -15 видов водорослей. Максимальное разнообразие зафиксировано в буферной зоне- 29 видов, причем наряду с доминирующей

группой зеленых водорослей, встречались представители желтозеленых и щатомовых. При рассмотрении пространственной дифференциации эпифитных альгогруппировок отмечено постепенное уменьшение числа зидов от нижних ярусов (0-5 см) к верхним (120 см от почвы). Кроме того, «арактер изменения видового разнообразия водорослевого сообщества 1ристволыюй зоны (0-30 см от почвы) аналогичен таковому для здафофилыгой группировки водорослей, в то время как изменение числа зидов в пробах высоких уровней (60-120 см) имело прямую зависимость с удаленностью от источника загрязнения.

В рамках эпифитной альгогруппировки прослеживались тенденции, соторые характерны для всего водорослевого сообщества: низкая видовая лредставленность в зоне наибольшего загрязнения, максимальное разнообразие в буферной зоне, преимущественное развитие зеленых и желтозеленых водорослей.

Сравнение данных по развитию альгогруппировок исследуемого района, полученных ранее Р.Р.Кабировым (Комплексная.... 1992) и результатов наших исследовашш (1995-1996 г.), позволило говорить о охранении соотношения между отделами водорослей в импактной и Зуферных зонах. Некоторое уменьшение доли желтозеленых водорослей в пользу зеленых в наших исследованиях отмечены в фоновой зоне.

импактная зона

фоновая зона

Рис. 3. Процентное соотношение жизненных форм водорослей в районе действия медеплавильного комбината.

В то же время установлено некоторое увеличение видового разнообразия на ближайших к комбинату пробных площадках. Например, по даш!ым 1984-1987 гг. на площадке ЮВ-2 обнаружено всего 8 видов зеленых водорослей. Общий видовой список водорослей данной территории, полученный нами, включает 21 вид, из них 17 зеленых, 3 желтозеленых и 1вид диатомовых. Указанное увеличение разнообразия альгофлоры скорее всего обусловлено снижением количества выбросов загрязняющих веществ в результате перепрофилирования комбината, начатого в 1990г.

При исследовании экологической структуры альгогруппировок обследованной территории были получены следующие результаты. В условиях сильного загрязнения развивались альгогруппировки, состоящие преимущественно из СИ (48% от общего числа), С, X (21%) жизненных форм (рис. 3). Кроме перечисленных выше были отмечены водоросли Н и В-формы (7 и 3 % соответственно).

В буферной зоне наибольшее распространение получили водоросли СЬ (26%), С (23%) и Н, Х-форм (по 16%) (рис. 3). В незначительных количествах присутствовали водоросли В, Р, гидрофильных и амфибиалыгых форм.

В фоновой зоне преимущественное положение СИ н ("-формы (29% и 21% соответственно) сохранилось, значительное развитие получили также формы X (19%) и Н-формы (12%). Доли остальных (В, Р, атрК., Ьус1г. -форм) составляли 8-2%.

Глава V. К вопросу об экологическом нормировании содержания тяжелых металлов в почве

В настоящее время существует ряд различных систем нормировать содержать тяжелых металлов в почвах ("Пеусп, 1976- пит. по: Ильин, 1991; К1оке, 1980; Цемко и др., 1980; Маханько и др., 1987). В этих системах за ПДК приняты верхние пределы, сред»ше, либо удвоенные кларковые концентрации содержания металлов, обнаруженные в нормальной почве.

Однако многие ученые, занимающиеся обсуждаемой проблемой, считают, что нормативы, в основу которых положено валовое или

кларковое содержание тяжелых металлов, можно рассматривать как грубое ранжирование (Ильин, Степанова, 1979; Итск, 1982). Поэтому сейчас разработана новая позиция по нормированию, одним из положений которой является обязательный учет реакции микрофлоры почвы (Ильин, 1991).

Если сравнить полученные нами в ходе экспериментов данные по летальным концентрациям для почвенных водорослей при воздействии тяжелых металлов с имеющимися нормативами ПДК данных элементов для почвы, то становится очевидным факт необходимости снижения последних (табл. 3).

Таблица 3.

Предельно допустимые количества тяжелых металлов в почве, мг/кг

ОПе^еп, 1976; К1оке, 1980; Чулджиян и др.,1988)

по Т1е^еп К1оке Чулджиян наши

и др. данные

Элемент Конц ПДК Содер- ПДК ПДК Содер- ЛК

ентр.в жание под- жание в

норм. в почве вино почве*

почве формы

медь 2-100 100 1-20 100 50 0,3-2,5 4,5

цинк 10- 300 3-50 300 60 200 210

300

марга- - - - - 600 80-110 130

нец

Примечание: *- указано содержание подвижной формы металлов в почве по приблизительным данным (Гирфанов, Ряховская , 1975); ЛК-летальныс концентрации металлов для почвенных альгогруппировок.

На наш взгляд, совместные исследования альгологов и почвоведов могли бы привести к разработке более объективных ПДК тяжелых металлов для почвы на основании первичной реакции почвенных водорослей. В этом случае контроль за загрязнением почвы был бы более жестким, что, в свою очередь, позволило бы сохранить ее нативные свойства и естественное плодородие.

18

Выводы

1. Тяжелые металлы обладают высокой альгостатической и альгшщдной активностью. Влияние металлов проявляется в ингибировании развития водорослей, снижении обилия, изменешш таксономической и экологической структуры альгогруппировок.

2. Все три исследуемых тяжелых металла сходным образом влияют на изменение количественных параметров альгогруппировок, но различаются в проявлении своей токсичности в следующем порядке: медь> цинк> марганец. Начало угнетения развития почвешюй альгофлоры отмечалось при внесении металлов в количестве 0,01-0,05 г/кг, уменьшение видового состава - при 0,01 г/кг. Снижение видового разнообразия на 50 % происходило при концентрациях (в г/кг воздушно-сухой почвы) меди- 0,01, цинка- 0,25-2, марганца- 0,05-0,5.

3. Наиболее подверженными отрицательному влиянию тяжелых металлов оказались желтозеленые водоросли- полная элиминация происходила при внесении меди- 0,01-0,1, цинка- 3, марганца- ОДг/кг. Летальные концентрации для представителей ашезеленых водорослей составляли: меди- 0,05, цинка- 2, марганца- 2-20 г/кг. Отсутствие диатомовых водорослей в альгогруппировках наблюдалось при добавлешш металлов в количестве 0,01-0,05 меди, 2 цинка, 2-20 г/кг марганца. Наиболее устойчивыми к загрязнению тяжелыми металлами оказались зеленые водоросли, полное прекращение вегетации которых происходило при концентрациях меди- 2, цинка- 10 и марганца-20 г/кг.

4. Загрязнение тяжелыми металлами не вызывало коренного перераспределения доминирующих экобиоморф в альгогруппировках. Лидирующее положение занимали водоросли СЬ, С, X и Н-форм. В то же время, при увеличении количества тяжелых металлов в среде наблюдалось упрощение состава экобиоморф. Наиболее устойчивыми к загрязнению металлами оказывались водоросли с СЬ- жизненной формой. Водоросли амфибиальных, гидрофильных, Р и СР-форм в условиях высоких концентраций металлов отсутствовали.

5. Исследоваш1я альгогруппировок в зоне влияния медеплавильного комбината после его перепрофилирования, начатого в 1990 г, позволяют

говорить о сохранении токсического действия тяжелых металлов. В то же время, отмечается некоторое увеличение видового разнообразия на ближайших к комбинату пробных площадках, что указывает на начало процесса восстановления автотрофного блока экосистемы. Однако, для восстановления альгофлоры загрязненного района до уровня фоновой зоны, при условии снижения токсической нагрузки, необходим период более 5 лет.

6. В рамках эпифитной альгогруппировки прослеживаются все те тенденции, которые характерны для эдафофильных сообществ: низкая видовая представлешюсть в зоне наибольшего загрязнения, максимальное разнообразие в буферной зоне, преимущественное развитие зеленых и желтозеленых водорослей. Это противоречит мнению о высокой толерантности группы эпифитных водорослей к воздействию тяжелых металов и указывает на возможность использования данной экогруппмровки в целях мониторинга и экологической экспертизе.

7. Полученные данные по сублетальным и летальным концентрациям тяжелых металлов для альгогруппировок свидетельствует о необходимости пересмотра существующих нормативов предельно-допустимых содержаний металлов в почвах и перехода к системе экологических предельно-допустимых концентраций тяжелых металлов (ЭПДКтм) при которых учитывается реакция основных компонентов экосистем.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Воронкова Е.А. К вопросу об устойчивости почвенных водорослей к загрязнению тяжелыми металлами //Научи, конф. студентов и молодых ученых: тезисы докладов /Башк. ун.-т -Уфа, 1997. - С. 25-28.

2. Воронкова Е.А. Изменение атьготоксичности меди при различных значениях pH //Экологические проблемы Республики Башкортостан: Межвуз. сб. научн. тр. /Башкирский пединститут. -Уфа, 1997. -С. 307-314.

3. Воронкова Е.А. Изучение альгофлоры консорции Betula pendula //Леса Башкортостана: Современное состояние и перспективы / Те т. докл. научн.-практич. конф., Уфа, 16-17 сент., 1997. -Уфа, 1997, -С. 59.

4. Воронкова Е.А. Влияние сульфата меди на почвенные водоросли /Башгоспединститут, Уфа, 1997. 17 с. Деп. в ВИНИТИ 26.06 1997 № 2116-В97.

5. Воронкова Е.А. Биотопическая дифференциация эпифитных водорослей в консорциях древесных растений Betula pendula Roth и Tilia cordata Mill. //Бот. журн. -1998 (в печати).

6. Прошкина Е.А., Фазлутдинова А.И. Влияние сульфата цинка на почвенные водоросли / Башгоспединститут, Уфа, 1997. 18 с. Деп. в ВИНИТИ. 10 1997 № -В97.(в печати).