Спосіб індикації забруднення техногенно трансформованого середовища важкими металами із застосуванням мохоподібних

Спосіб індикації забруднення техногенно трансформованого середовища важкими металами із застосуванням мохоподібних, що включає аналіз рослинного матеріалу тест-індикаторів за допомогою світлового мікроскопа, об'єктмікрометра, окулярмікрометра гвинтового, приладів 3 38682 уміщати катіони робить мохи практично недієздатними до захисту від проникнення з навколишнього середовища полютантів, що викликає морфологічні і фізіологічні зміни в рослині [4, 12-15]. За хімічним складом цих рослин дають оцінку регіонального вмісту металів на великих територіях [16, 17]. Мо хоподібні також використовують для оцінки локального забруднення у містах, навколо індустріальних центрів і промислових підприємств [18-21]. Найбільш близьким за технічною сутністю і досягненням результату є спосіб визначення накопичення хімічних елементів у епігейних мохів у місті [9], згідно з яким відбирають зразки мохів, ретельно відокремлюють частки ґрунту і за допомогою спеціального обладнання (світлового мікроскопа, об'єктмікрометра, окулярмікрометра гвинтового, приладів "Spectroskan і «Сатурн-3») визначають вміст важких металів у зразках мохів, а також визначають коефіцієнт акумуляції для кожного виду моху. Недоліками цього способу є неповнота оцінки сумарного впливу важких металів на техногенно трансформоване середовище, в першу чергу на ґрунти, оскільки мохоподібні не мають розвиненої кореневої системи і їх підземна частина представлена лише ризоїдами, що в основному виконують функцію закріплення до субстрату. В основу корисної моделі поставлена задача індикації забруднення техногенно трансформованого середовища та поліпшення методів біоіндикаційної оцінки стану забрудненості середовища за допомогою представників мохоподібних одного роду на прикладі Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw. (Bryaceae). Поставлена задача вирішується тим, що спосіб індикації забруднення середовища важкими металами із застосуванням мохоподібних містить аналіз рослинного матеріалу тест-індикаторів, згідно корисній моделі, проводять експрес-оцінку ступеня токсичного навантаження на природні системи в умовах наявності дії викидів промислових підприємств в якості тест-індикаторів використовують види мохоподібних Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw. Визначають вміст важких металів у гаметофітах мохоподібних та розраховують коефіцієнт акумуляції за двома видами одного роду одночасно, як показник рівня нагромадження важких металів, що дозволяє порівняти види за їх здатністю до нагромадження елементів в умовах забруднення середовища. Спосіб оснований на тому, що проводять експрес-оцінку ступеня токсичного навантаження на природні системи в умовах наявності дії викидів промислових підприємств та в якості тестіндикаторів використовують види мохоподібних Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw., визначають вміст важких металів у гаметофітах мохоподібних і розраховують коефіцієнт акумуляції за двома видами одного роду одночасно, як показник рівня нагромадження важких металів, що дозволяє порівняти види за їх 4 здатністю до нагромадження елементів в умовах забруднення середовища. Приклад конкретного виконання. Вказаний спосіб вивчення забруднення техногенно трансформованого середовища важкими металами було проведено на мохах Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw., що зростали на територіях промислових майданчиків м. Донецьк та Донецької області у наступних пробних площах: Донецький коксохімічний завод (ДКХЗ); ВАТ «Донецький металургійний завод» (ДМЗ); Донецький ботанічний сад НАН України (ДБС); ВАТ «ДонецькГірМаш» (ДГМ); фенольний завод у м. Дзержинськ (ФЗ); шахта «Південна» (м. Дзержинськ); цвинтар житлового мікрорайону №1 (м. Дзержинськ). В якості контрольної зони було обрано Хомутовський степ - одне з відділень Українського природного степового заповідника. Вміст металів у рослинному субстраті обумовлений гранично допустимими концентраціями [22] з поправкою на місцеві стандарти та фонові рівні. Повторність лабораторного експерименту дорівнювала 5. Для бріоіндикаційних досліджень використовували методи пасивного моніторингу [23]. Оцінку те хногенного навантаження на території досліду за показниками вмісту токсичних металів проводили за отриманими даними хімікоаналітичного визначення [24, 25] вмісту важких металів у гаметофіта х мохів Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw. (це епігейні, рудеральні та космополітні мохоподібні, трапляння яких зростає з переходом на едафотопи антропогенного походження). Для аналізу використовували пагони мохів, з яких ретельно вибирали сторонні включення. Для того щоб зменшити стороннє забруднення, рослинний матеріал промивали холодним 96° етанолом і висушували у повітрі. Потім пагони мохоподібних висушували до повітряно-сухого стану, перетирали у ступці та брали 1 грам сухої маси для подальшого аналізу. Коефіцієнт акумуляції (або коефіцієнт відносного нагромадження елементів) визначали за формулою [6, 9]: X ij , Xi де КА - коефіцієнт акумуляції, KA = Xij - середнє накопичення i-го металу у сухій речовині рослинної проби із забрудненого j-го місця (пробної площі), Xi - середнє накопичення i-го металу у сухій речовині рослинної проби для контрольного фону. Встановлено, що В. argenteum накопичує більший вміст досліджених елементів, ніж В. caespiticium майже в усіх досліджених пробних площах в містах Донецьк та Дзержинськ (Донецька обл.) (таблиця). На таблиці під номером 1 підписані значення розрахованих коефіцієнтів акумуляції (Ка) для виду моху Bryum argenteum Hedw. Під номером 2 підписані значення розрахованих Ка для виду моху Bryum caespiticium Hedw. 5 38682 Завдяки отриманим Ка (див. таблиця), досліджені пробні площі (за рівнем забруднення) класифікують на чотири групи [6]: 1. відносно чисті (Ка=-0,41÷-0,32); 2. помірно забруднені (Ка=-0,27÷-0,10); 3. сильно забруднені (Ка=0,27÷0,57); 4. надмірно забруднені (Ка=1,00). На Фіг.1 зображено отримані показники Ка для території ДКХЗ. 6 На Фіг.2 зображено отримані показники Ка території ДМЗ. На Фіг.3 зображено отримані показники Ка території ДБС. На Фіг.4 зображено отримані показники Ка території ДГМ. На Фіг.5 зображено отримані показники Ка території ФЗ (м. Дзержинськ). На Фіг.6 зображено отримані показники Ка території шахта «Південна» (м. Дзержинськ). для для для для для Таблиця Елемент Pb Zn Cu Ni Mn Fe Cr Ca Sn Cd Mo Sb ДКХЗ 1 0,96 1,31 0,91 1,09 0,73 0,77 0,88 1,19 0,75 0,93 0,7 0,5 2 1,03 1,53 0,96 1,13 0,67 0,76 0,98 1,9 0,73 0,83 0,78 0,5 ДМЗ 1 0,71 1,45 0,86 0,87 0,76 0,76 0,87 1,02 0,44 0,63 0,51 0,5 2 0,76 1,7 0,91 0,89 0,7 0,74 0,89 1,64 0,47 0,6 0,54 0,5 ДБС 1 0,75 1,13 0,83 1 1,15 0,64 0,96 0,97 0,94 1,18 0,88 1 2 0,67 1,27 0,76 0,87 0,86 0,54 0,87 1,3 2,33 0,83 0,69 0,5 На Фіг.7 зображено отримані показники Ка для території житлового мікрорайону №1 (м. Дзержинськ). Розрахований Ка (Фіг.3, 4) найбільшим виявився для Са та Sn у В. caespiticium Hedw. з території ДБС, ДГМ (м. Донецьк) та ФЗ (м. Дзержинськ) (Фіг.5). На відміну від В. caespiticium Hedw., В. argenteum Hedw. має найвищий Ка для Мn (ДБС, ДГМ, шахта "Південна"), Fe та Сr (ДБС, шахта "Південна") і Cd (ДБС). Визначено майже однаковий Ка для Sb (обидва види моху) з усіх досліджених територій. Найнижчі показники Ка визначено для В. argenteum Hedw. з усіх досліджених територій, що свідчить про його кращу, ніж у В. caespiticium Hedw., акумулятивну спроможність щодо важких металів. Позитивний ефект проявляється у малих коштовних витратах при проведенні моніторингових досліджень для експрес-аналізу забруднення техногенно трансформованого середовища важкими металами та можливістю збирання обраних видів мохоподібних на будь-якій території у зв'язку з їх широким географічним поширенням. Використання способу дозволяє більш точно виділити зони забруднення середовища важкими металами, диференційовано оцінювати рівень токсичного стану повітряних мас, проводити індикаційні дослідження промислових територій. Джерела інформації: 1. Мамчур З. Поширення епіфітних мохоподібних в умовах урбанізованого середовища //Вісник Львівського університету. Серія біологічна. -2004. -Вип.36. -С.70-77. ДГМ 1 1,13 1,14 1,05 1,23 1,44 0,78 1,21 1,3 0,75 0,88 0,92 0,5 2 1,51 1,92 1,29 1,4 1,19 1,06 1,52 2,79 1,07 1,07 1,18 1 ФЗ 1 0,92 1,06 1 1,13 0,96 0,78 1,23 1,41 0,75 0,65 0,45 0,5 2 1 1,22 1,12 1,13 0,94 0,8 1,3 2,16 0,93 0,74 0,46 0,5 шахта "Південна" 1 1,06 1,03 0,81 0,99 0,98 1,06 1,17 1,09 1,71 0,99 1,26 0,81 1,25 1,15 1,3 1,77 0,88 0,67 0,78 0,79 0,65 0,82 0,5 0,5 мікрорайон №1 1 2 1 1,33 0,89 1,36 1,01 1,17 0,96 1,31 1,01 1,1 0,72 0,69 0,88 1,33 0,95 2,17 0,63 1 0,83 1 0,7 0,99 0,5 1 2. Горшков В.В. Влияние атмосферного загрязнения окислами серы на эпифитный лишайниковый покров северотаёжных сосновых лесов //Лесные экосистемы и атмосферное загрязнение. - Л.: Наука, 1990. -С.144-159. 3. Малышева Т.В. Вопросы изучения структуры и динамики мохового покрова в лесных сообществах //Проблемы бриологии СССР. -Л.: Наука, 1989. -С.150-156. 4. Лобачевская О.В., Демкив Л.О., Кит Н.А. Внутривидовые различия у мхов в устойчивости к токсическому действию тяжелых металлов //Цитология. -1991. -№5. -С.112-113. 5. Парибок Т.А. Загрязнение растений металлами и его эколого-физиологические последствия //Растения в экстремальных условиях минерального питания. - Л.: Наука, 1983. -С.82100. 6. Grodzinska К. Mosses as bioindicators of heavy metal pollution in Polisch national parks //Water, Air and Soil Pollution. - 1978. - 9. - P.83-97. 7. Канукене Л.Р., Тамм К.Э. Мхи как индикаторы загрязнения атмосферного воздуха //Индикация природных процессов и среды. Вильнюс: Б. и., 1976. -С.42-44. 8. Парибок Т.А., Сазыкина Н.А., Золотарёва Б.Н., Топорский В.Н. Мхи как индикаторы загрязнения среды металлами в сравнении с другими растениями //Биогеохимические аспекты криптоиндикации. -Таллинн, 1982. -С.27-28. 9. Парибок Т.А., Сазыкина Н.А., Топорский В.Н., Николаева Т.Н. Накопление химических элементов у напочвенных мхов в городе //Ботан. журн. -1987. -Т.72, №7. -С.981-986 (прототип). 7 38682 10. Cenci R.M., Dapiaggi M., Leva F., Plooy N., Bergonzoni M. Mosses used to monitor trace elements in micro and macro areas //Proceeding Sardinia 99, Seventh International Waste Management and Landfill Symposium S. Margherita di Pula, Cagliari, Italy (4-8 October 1999). -8p. 11. Grgic P., Nedezdin M. Bioaccumulation of heavy metals in mosses //Dev. Ecol. Perspect. 21st Cent 5th Int Congr. Ecol. Yokohama, Aug. 23-30, 1990 - Yokohama, 1990. - P.428-431. 12. Андреева Е.Н. Анатомо-морфологические аспекты реакции мхов на загрязнение //Влияние промышленного атмосферного загрязнения на сосновые леса Кольского полуострова. - Л.: Б.и., 1990. -С.131-133. 13. Демків Л.О. Взаємовплив важких металів на ріст і розвиток мохів //Конф. молодих учених і спеціалістів "Актуальні питання ботаніки і екології" (Ялта, 19-21 жовтня 1993p.). - Київ: Б.в., 1993. С.36. 14. Речевська Н.Я. Адаптація мохів до токсичної дії важких металів: Автореф. дис. канд. біол. наук: 03.00.12 /Львівський національний університет ім. І.Франка. -Львів, 1999. -19с. 15. Shaw J., Beer S., Lutz J. Potential for the Evolution of Heavy Metal Tolerance in Bryum argenteum, a Moss. I. Variation Within and Among Populations //The Bryologist. -1989. -Vol.92, №1. p.73-80. 16. Rühling A., Tyler G. Sorption and retention of heavy metals in wood-land moss Hylocomium splendens (Hedw.) Br. et Sch. //Oikos. -1970. -Vol.21, №1. -P.92-97. 8 17. Rühling A., Tyler G. Heavy metal deposition in Scandinavia //Water, Air and Soil Pollut. -1973. Vol.2, №4. -P.445-455. 18. Белкина О.А. Листостебельные мхи антропогенних местообитаний Мурманской области //Ботан. журн. - 2001. -Т.86, №11. -С.2136. 19. Бойко М.Ф. Мо хообразные начальных стадий первичных сукцессий на субстратах антропогенного происхождения //Экология. -1991. -№2. -С.21 -25. 20. Парибок Т.А., Сазыкина Н.А., Топорский В.Н., Николаева Т.И. Накопление химических элементов у напочвенных мхов в городе //Ботан. журн. -1987. -Т.72, №7. -С.981-986. 21. Прудникова Л.Ю. Бриоиндикация: городские мхи и их использование для диагностики состояния окружающей среды //Те хнология качества жизни. -2001. -№1. -С.55-57. 22. Алексеев Ю.В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. - Л.: Агропромиздат, 1987. -142с. 23. Глухов А.З., Сафонов А.И., Хижняк Н.А. Фітоіндикація металопресингу в антропогенно трансформованому середовищі. -Донецьк: НордПрес, 2006. -360с. 24. Методы биохимического исследования растений /А.И. Ермаков, В.В. Арасимович, М.И. Смирнова-Иконникова и др. -Л.: Агропромиздат, 1987. -430с. 25. Обухов А.И., Плеханова И.О. Атомноабсорбционный анализ в почвенно-биологических исследованиях. -М.: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1991. -184с. 9 Комп’ютерна в ерстка С.Литв иненко 38682 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601