Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ВЫСШЕЙ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ ВОЛГОГРАДСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

Пучков М.Ю. 1 Зволинский В.П. 1 Новиков В.В. 1 Кочеткова А.И. 2 Локтионова Е.Г. 3
1 ГНУ «Всероссийский НИИ орошаемого овощеводства и бахчеводства»
2 Волжский гуманитарный институт (филиал) ВолГУ
3 ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет
Изучены особенности накопления отдельных тяжелых металлов наиболее распространенными видами высшей водной растительности. Проведен отбор проб высшей водной растительности в некоторых точках Волгоградского водохранилища, главным образом в его заливах, где макрофиты наиболее распространены вследствие пониженного течения и волнения. Пробы были отобраны нами в июле 2007 г. в ходе экспедиций. Для анализа отбирались растения различных экологических групп: погруженные (Vallisneria spiralis L.), рдесты (Potamogeton pectinatus L., P. lucens L., P. perfoliatus L., P. Crisp L.; Myriophyllum spicatum, Elodea сanadensis, Ceratophyllum demersum L.; с плавающими на поверхности воды листьями Persicaria amphibian L., Ranunculus natans C.A.M.; воздушно-водные Tupha angustifolia, Phragmites communis Trin.Установлено, что накопление тяжелых металлов не столько зависит от вида, сколько определяется их содержанием в воде, что дает основание использовать макрофиты в качестве биоиндикаторов. В свою очередь это поможет составлению общей картины загрязнения и разработке мер по очищению вод водохранилища.
тяжелые металлы
высшая водная растительность
гидрофиты
кобальт
никель
свинец
хром
железо
медь
1. Бреховских, В.Г. Особенности накопления тяжелых металлов в донных отложениях и высшей водной растительности заливов Иваньковского водохранилища // Водные ресурсы. – 2001. – т. 28. – № 4. – С. 441–447.
2. Ковалевкий, А.Л. Биогеохимия растений / отв. ред. В.М. Корсунов. – Новосибирск: Наука. Сиб.отделение, 1991. – 288 с.
3. Локтионова Е.Г., Изучение загрязнения внутренних водоёмов г. Астрахани тяжёлыми металлами / Е.Г. Локтионова, Г.В. Болонина, Л.В. Яковлева // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Естественные науки». – 2012. – Вып. Химия и химическая экология. – № 2. – С. 79–88.
4. Лопатин Р.И. Тяжелые металлы в донных отложениях Волгоградского водохранилища / Р.И. Лопатин, В.В. Новиков, А.В. Краснушкин // География и геоэкология: поисковые исследования молодых ученых России: сборник статей – М.: Географический факультет МГУ, 2006. – С. 96–105.
5. Новиков В.В. Тяжелые металлы в Волгоградском водохранилище / В.В. Новиков, Е.Б. Воробьев, Р.И. Лопатин // Экологические системы и приборы. Ежемесячный научно-технический и производственный журнал. – М.: ООО Изд-во «Научтехлитиздат», 2006. – № 2.– С. 11–13.
6. Черных, Н.А. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоценозах / Н.А. Черных, М.М. Овчаренко – М.: Агроконсалт, 2002. – 200 с.
7. Чуйков Ю.С. Изучение химического и биологического загрязнения вод: учебное пособие / Ю.С. Чуйков, Е.Г. Локтионова, М.Ю. Пучков, Л.В. Ларцева. – Астрахань: Изд-во Нижневолжского центра экологического образования. – 124 с.

Высшая водная растительность (ВВР, макрофиты) является важнейшим компонентом экосистем континентальных водоемов. Велико её значение в процессах формирования качества воды и биологического режима водохранилищ. Только растения в процессе фотосинтеза обеспечивают новообразование органического вещества. Особенно велика роль высшей водной растительности в водных объектах, испытывающих значительную антропогенную нагрузку, так как она играет главную роль в поддержании биотического баланса, участвуя как непосредственно, так и опосредованно в очистке водоема от загрязнений, поглощая их. Поэтому водные и околоводные растения могут служить весьма информативным показателем степени загрязнения экосистемы водного объекта.

Учитывая избирательную способность макрофитов к поглощению различных веществ, можно использовать водные растения как индикаторы присутствия химических веществ в водной среде [1]. Однако растения проявляют значительную устойчивость к кратковременным вспышкам загрязнения и могут накапливать поллютанты в тканях в больших количествах без видимых функциональных изменений. В наибольшей мере это относится к тяжелым металлам (ТМ), которые в отличие от органических поллютантов не способны разрушаться до безопасных форм [6, 7]. Поэтому содержание ТМ в золе растений – важная характеристика состояния загрязнения экосистемы. Объектом нашего исследования явилось Волгоградское водохранилище – водоем, играющий важнейшую роль для всего Волжского бассейна ниже Балаковской ГЭС. Это и ресурс питьевого водоснабжения населения, и источник воды для Волго-Ахтубинской поймы, и водоем рыбохозяйственного назначения. Вот почему очень важен мониторинг состояния его экосистемы.

Материалы и методы исследования

Нами проведен отбор проб высшей водной растительности в некоторых точках Волгоградского водохранилища, главным образом, в его заливах, где макрофиты наиболее распространены вследствие пониженного течения и волнения. Изучение аккумуляции ТМ высшей водной растительностью проводилось в заливах: Ерзовка, Пичуга, Дубовка, Оленье, Мочаги, Даниловский, Горная Пролейка, Яблоневый, Караваинка, Антиповка, створ Камышин – Николаевск, Нижний Ураков, Нижняя Добринка, Сухая Балка, Большая Балка, Калиновая Балка. Пробы отобраны в ходе экспедиций «Волжский плавучий университет» на судне «Шторм» (руководитель экспедиции А.В. Плякин) и ФГУ «Управление эксплуатации Волгоградского водохранилища» на судне «Туман» (руководитель экспедиции Н.И. Козлов).

Высшие водные и околоводные растения отбирались вручную, высушивались на крафт-бумаге в ходе экспедиции. Всего было отобрано 142 пробы высшей водной растительности, включая как мягкую, так и жесткую. Каждое место отбора проб выбиралось так, чтобы на нем произрастало как можно больше растений различных экологических групп.

Для анализа отбирались растения различных экологических групп: погруженные – валлиснерия (Vallisneria spiralis L.), рдесты: гребенчатый (Potamogeton pectinatus L.), блестящий (P. lucens L.), пронзеннолистный (P. perfoliatus L.), курчавый (P. crispus L.); уруть колосистая (Myriophyllum spicatum), элодея канадская (Elodea сanadensis), роголистник темно-зеленый (Ceratophyllum demersum L.); с плавающими на поверхности воды листьями – горец земноводный (Persicaria amphibian L.), лютик плавающий (Ranunculus natans C.A.M.); воздушно-водные – рогоз узколистный (Tupha angustifolia), тростник обыкновенный (Phragmites communis Trin).

Подготовку проб к анализу осуществляли в учебной экологической лаборатории Волжского гуманитарного института (филиала) ВолГУ. Образцы измельчали и подвергали озолению в муфельной печи. Для определения зольности проводили взвешивание образцов проб до и после озоления. Количественное определение валового содержания Cu, Fe, Mn, Ni, Co, Cr, Pb, Zn в золе осуществляли на базе лаборатории «Экологического мониторинга водных объектов» МГУ им. М.В. Ломоносова рентгено-флуоресцентным методом, а также в токсикологической лаборатории филиала ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Волгоградской области в городе Волжский, Ленинском, Среднеахтубинском районах» методом атомно-абсорбционной спектрометрии.

Результаты исследования и их обсуждение

Проанализировано накопление различных ТМ различными видами ВВР (рис. 1, 2). Наряду с общими биогеохимическими особенностями, свойственными различным экологическим группам макрофитов, отдельные виды обнаруживают специфические биогеохимические черты. При анализе содержания металлов в золе отдельных видов высших водных растений видно, что накопление практически всех определенных ТМ определялось не столько видом растительности, сколько природой и свойствами самого металла.

pic_87.wmf

Рис. 1. Накопление Cu, Fe и Mn видами ВВР Волгоградского водохранилища, 2007

По уровню содержания в макрофитах Волгоградского водохранилища тяжелые металлы можно расположить в следующий ряд:

Fe > Mn > Cu > Zn > Cr > Ni > Co ≈ Pb.

Этот ряд соответствует ряду содержания ТМ в воде и донных отложениях Волгоградского водохранилища [4, 5].

Отсюда следует, что наиболее интенсивно высшей водной растительностью вовлекаются в миграционные циклы Fe, Mn, Zn, Cu, а в меньшей степени – Co, Ni и Pb. Такая избирательная способность Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, накапливаться в высшей водной растительности, вероятно, связана с их участием в процессах метаболизма, так как эти элементы входят в состав пигментов, витаминов, ферментов и, возможно, во время активного вегетационного периода способны преодолевать антиконцентрационные барьеры и в избыточных количествах накапливаться по безбарьерному типу [3]. Металлы обычно накапливаются на поверхности и внутри растений в составе аморфных гидроксидов, сульфидных минералов и самородного вещества [2].

pic_88.wmf

Рис. 2. Накопление Ni, Co, Cr, и Zn различными видами ВВР Волгоградского водохранилища, 2007

Анализируя видоспецифичность накопления тяжелых металлов, обнаружили, что все изучаемые металлы накапливаются во всех растениях с незначительными отличиями. Наибольшие количества Fe обнаружены в горце земноводном (5091 мг/кг), Mn – в валлиснерии (3008 мг/кг), Cu – в рдесте блестящем (631,5 мг/кг).

В меньшем количестве аккумулируются такие элементы, как Ni, Co, Pb, Zn. Так, рдест пронзеннолистный больше всего аккумулирует никель, хром, кобальт и свинец в концентрациях, равных 42,8; 61,4; 18,5; 22,5 мг/кг соответственно, и меньше других цинк (133,2 мг/кг). Нами проанализирована зольность отдельных видов ВВР по данным 2006 г., которая косвенно указывает на содержание органического вещества в тканях растений (рис. 3).

Группа погруженных в воду растений (гидрофитов) характеризуется наибольшей зольностью, что связано с высокими сорбционными свойствами их стеблей и листьев, которые накапливают взвесь в отличие от вод­но-болотных растений (гелиофитов). Наибольшее среднее значение зольности были зафиксированы в 2006 г. в элодее канадской, а наименьшее – в рогозе узколистном и составляет 44,93 и 13,18 % соответственно. Четко прослеживается тенденция большего накопления зольных элементов растениями, имеющими более разветвленные листья.

pic_89.tif

Рис. 3. Среднее значение зольности ВВР Волгоградского водохранилища, 2006, ( %)

Нами проведена оценка накопления ТМ наиболее распространенным видом (рдест пронзеннолистный) в разных точках Волгоградского водохранилища. Значительные количества ТМ накапливаются тканями данного вида в заливах Курдюм, Осадный и Ерзовка, балках Даниловской и Водяной, а наименьшие – у г. Маркса, с. Антиповка, верховьях залива Камышинского (рис. 4, 5). Большие накопления железа приурочены к местам стоянки судов – балка Осадная, залив Камышинский, залив г. Маркс. Однако четкой закономерности изменения накопления ТМ с севера на юг водохранилища нами не выявлено, причины различий, по-видимому, связаны с местными источниками загрязнений. Таким образом, рдест пронзеннолистный может быть использован в качестве биоиндикатора для определения уровня загрязнения водоема.

pic_90.wmf

Рис. 4. Накопление Pb, Zn, Co и Cr рдестом пронзеннолистным в различных точках Волгоградского водохранилища, 2007

pic_91.wmf

Рис. 5. Накопление Fe, Mn и Cu рдестом пронзеннолистным в различных точках Волгоградского водохранилища, 2007. Примечание. График Сu построен по дополнительной оси

Заключение

Водные растения независимо от их принадлежности к различным экологическим группам в процессе своей жизнедеятельности могут накапливать элементы в довольно высоких концентрациях.

Исследования ВВР является необходимой составляющей мониторинга водных объектов, т.к. компоненты природной среды демонстрируют различный отклик на техногенное вмешательство. Способность накопления химических элементов имеет большое значение в оценке качества вод Волгоградского водохранилища.

Рецензенты:

Андрианов В.А., д.г.н., профессор кафедры экологии, природопользования, землеустройства и безопасности жизнедеятельности Астраханского государственного университета, г. Астрахань;

Якубов Ш.А., д.б.н., профессор, вице-президент Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, г. Сакнт-Петербург.

Работа поступила в редакцию 08.04.2013.


Библиографическая ссылка

Пучков М.Ю., Зволинский В.П., Новиков В.В., Кочеткова А.И., Локтионова Е.Г. ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ВЫСШЕЙ ВОДНОЙ РАСТИТЕЛЬНОСТЬЮ ВОЛГОГРАДСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-2. – С. 392-396;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31520 (дата обращения: 17.01.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074