Важкі метали в екосистемах висотного профілю Чорногори (Українські Карпати)

Бондар Г.С., к.б.н., асистент кафедри грунтознавства та екології Дніпропетровського державного аграрного університету (м. Дніпропетровськ).

Провідна установа: Чернівецький національний університет ім. Ю. Федьковича Міністерства освіти і науки України.

Захист відбудеться " 19 " червня 2002 р. о 12:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертацій на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук в Дніпропетровському національному університеті за адресою: 49050, МСП, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова13, корпус 17, біологоекологічний ф-т, ауд. 611

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Дніпропетровського національного університету за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул Наукова, 13

Автореферат розісланий 15 травня 2002 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.б.н. Дубина А.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Зростаючий вплив техногенного забруднення на природне середовище, зміни вмісту хімічних елементів у природних компонентах незалежно від їх безпосереднього зв'язку з локальними джерелами антропогенних емісій є незаперечними. Поряд із вивченням трансформації екосистем у безпосередній близькості від джерел антропогенних емісій об'єктом міжнародного співробітництва вчених стало дослідження рівнів техногенного впливу, коли видимих порушень екосистем не спостерігається. Однак, саме ці помірні дози промислових викидів є причиною хронічних повільних змін стану природного середовища на великих територіях і, на думку деяких авторів, уже призвели до перевищення концентрацій багатьох забруднювачів на 2-3 порядки, порівняно із первинними значеннями (А.М. Степанов,1988). Вперше такі дослідження почали проводитися на базі створених у 70-80-х роках біосферних заповідниках. У Березинському (Білорусія) біосферному рівнинному заповіднику, а також у Чорногірському масиві Українських Карпат, де на той час уже існував заповідник, планувалося відстежувати процеси західного транскордонного переносу речовини у нижній тропосфері (Глазовская,1989; Израэль и др.,1989). Ця проблема є актуальною для західних прикордонних областей України (Національна доповідь...,1998; Марискевич та ін., 1996; Grodzinska i in., 1997; Stan њrodowiska...,1993). Однак, через слабку інтегрованість української науки в світовий та європейський природоохоронний процес, такі роботи в Україні є епізодичними, відірваними від міжнародних програм, а в Карпатах практично відсутніми. Маємо лише кілька публікацій де наведено вміст мікроелементів і важких металів у грунтах і материнських породах деяких районів Карпат (Гаврилова, Пацукевич,1983; Ракочий,1974; Афанасьева,1979;1983).

Враховуючи це та зважаючи на повну відсутність інформації про стан забруднення української частини Східних Карпат, від 1995 р. було розпочато відповідні дослідження у Чорногорі.

Зв'язок роботи з науковими темами. Робота виконана у відділі екосистемології Інституту екології Карпат НАН України за час навчання в стаціонарній аспірантурі, а також у рамках комплексної теми відділу 2.33.7.1 "Базова характеристика екологічної ситуації Карпатського регіону у зв'язку з потребами оптимізації довкілля і моніторингу."

Мета та завдання дослідження полягала у встановленні рівнів накопичення важких металів (ВМ) в екосистемах Чорногори, вивченні стану забруднення ВМ Чорногірського масиву та ролі компонентів екосистем у їх трансформації. Для цього вирішувалися такі завдання:

- визначення та оцінка вмісту ВМ у сніговому покриві;

- вивчення нагромадження ВМ компонентами фітоценозу (едифікатори та основні домінанти угруповань);

- вивчення ролі грунту та підстилки у трансформації ВМ (на прикладі типових грунтових профілів у системі висотної поясності);

- виявлення особливостей накопичення ВМ у мохах та лишайниках як фітоіндикаторах; просторовий (порівняно з іншими районами Європи) та часовий (порівняно з гербарними зразками початку XX ст.) аспекти.

Об'єкти дослідження - екосистеми альпійського, субальпійського та поясу смерекових лісів Чорногори (Українські Карпати).

Предмет дослідження - накопичення ВМ (Cu, Zn, Cd, Pb, Mn, Fe) у компонентах екосистем та оцінка стану атмосферного забруднення району досліджень.

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше для Карпатського регіону в результаті кількарічних комплексних досліджень екосистем Чорногірського масиву, виконаних на основі вивчення хімізму снігового покриву, мохів і лишайників як біоіндикаторів показано відносний стан забруднення ВМ; виявлено індивідуальні особливості та загальні риси в хімічному складі компонентів екосистем у системі висотної поясності Чоногірського масиву (асиміляційних органів, коренів, підстилки, грунту) під дією фонових рівнів атмосферного впливу.

Практичне значення роботи. Одержана інформація може бути використана для започаткування фонового еколого-геохімічного моніторингу в Українських Карпатах.

Особистий внесок здобувача. Збір матеріалу, польові та лабораторні дослідження, аналіз результатів, їх обробка, підготовка наукових праць і доповідей виконані особисто дисертантом.

Апробацiя результатів дисертації. Основні результати досліджень доповідалися та обговорювалися на загальнопольському симпозіумі “Динаміка змін географічного довкілля під впливом антропопресії”(Польща, Краків, 1996 р.), VI конференції “Природні ресурси Міжнародного Резервату Біосфери і їх охорона“ (Польща, Устрики Дольне, 1997), науковій сесії Міжнародного Екологічного Центру “Вибрані екологічні проблеми Польсько-Українських Карпат” (Польща, Бещади, 1997), міжнародній конференції “Питання біоіндикації та екології” (Запоріжжя, 1998), міжнародній науково-практичній конференції “Карпатський регіон і проблеми сталого розвитку” (Рахів, 1998), 50-ій науково-технічній конференції професорсько-викладацького складу, наукових співробітників та аспірантів Українського державного лісотехнічного університету (Львів,1998), VII конференції “Природні ресурси Міжнародного Резервату Біосфери і їх охорона“ (Польща, Устрики Дольне, 1998), I-ї наукової конференції молодих учених м.Львова “Екологічні проблеми вивчення та збереження біотичної різноманітності” (Львів, 1998), міжнародній конференції “Проблеми сучасної екології” (Запоріжжя, 2000).

Публікації. Результати проведених досліджень відображено в 12 наукових публікаціях.

Структура та обсяг роботи. Загальний обсяг дисертаційної роботи становить 148 сторінок машинопису, містить 61 таблицю та 16 рисунків. Робота складається зі вступу, 7 розділів і висновків. Бібліографічний список становить 196 джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Огляд літератури. Аналіз літератури засвідчив, що мікроелементний склад компонентів природних екосистем Українських Карпат вивчений недостатньо. Дані щодо природного геохімічного фону більшості елементів, в першу чергу елементів-індикаторів техногенного забруднення - Pb і Cd - відсутні. У той же час дослідження в межах інших природоохоронних об'єктів показали, що інтерпретація даних щодо антропогенного забруднення повинна базуватися на знанні тієї геохімічної обстановки, куди з атмосферними опадами, аерозолями, потрапляють хімічні елементи, частина з яких може мати техногенне походження.

На основі аналізу фізико-хімічних властивостей буроземів - основного типу грунтів району досліджень встановлено, що грунти є чутливими до аеротехногенного забруднення важкими металами та кислотними опадами. За певних умов можливе нагромадження металів у грунтовому розрізі, збільшення кількості їх рухомих форм і, як наслідок - підвищення вмісту в рослинному покриві.

Разом з тим, є підстави вважати, що рівень надходження хімічних елементів антропогенного походження на досліджувану територію з атмосферними опадами достатньо значний. Найдоступнішими способами встановлення і контролю рівня надходження важких металів є аналіз снігового покриву та біогеохімічна індикація середовища за допомогою спорових рослин.

Природні умови Чорногірського масиву Карпат.

Описано географічне розміщення, геологічну та геоморфологічну структуру регіону, гідрологічні умови, клімат, рослинний і грунтовий покрив. Аналіз літератури засвідчив складність геоморфологічних, геологічних, кліматичних умов і значну строкатість рослинного і грунтового покриву Чорногори. Неоднорідність хімічного складу гірських порід, і в зв'язку з гірськими породами, неоднорідність хімічного складу грунтотвірних порід і грунтів дозволяють припустити існування відмінностей у вмісті і характері розподілу Cu, Pb, Zn, Cd, Mn, Fe в основних компонентах екосистем.

Такі характеристики району досліджень, як середні температури найтеплішого й найхолоднішого місяців року, абсолютний максимум і мінімум температури, сума активних температур вищих за 0С і 10C, тривалість теплого і холодного періодів, опади за рік і за місяцями, величина середньорічних температур на поверхні грунту дозволяють правильно обгрунтувати строки відбору зразків і врахувати час найінтенсивнішого кругообігу елементів.

Об'єкти досліджень. Дослідження проводили на чотирьох репрезентативних ділянках елементарних ландшафтів у поясі смерекових лісів (смеречина чорницева, пухирчастоосочник пухівково-сфагновий), субальпійському (гірськососняк чорницевий) та альпійському (трироздільноситничник цетрарієвий) рслинно-кліматичних поясах Чорногори. Об'єкти дослідження знаходяться на ділянці північно-східного макросхилу між горами Брескул і Пожижевська у межах висот від 1320 до 1780 м н.р.м. Додатково зразки кори смереки і сосни гірської, мохів, лишайників і Homogyne alpina (L.) Cass. відбирали у пухівково-сфагновому болоті (льодовиковий котел, північно-східний макросхил між горами Брескул і Пожижевська) та на відрізку Чорногірського хребта від гори Шесул до гори Піп Іван, включаючи 15 вершин вищих, за 1700 м, у тому числі всі шість вершин з висотами понад 2000 м.

Зразки снігу відбирали на відкритій ділянці (міжкроновий простір) пухівково-сфагнового болота у льодовиковому котлі (північно-східний макросхил між горами Брескул і Пожижевська) за всією товщиною снігового профілю перед періодом активного сніготанення.

У ході виконання роботи було відібрано близько 1300 зразків грунту, підстилки, рослин та опадів, виконано понад 7500 визначень вмісту важких металів.

Методика досліджень. Відбір проб снігу проводили відповідно до рекомендацій В.Н. Василенка зі співавторами (Василенко и др.,1985). Визначення pH, іонів SO42-, NO3- та NH4+ у сніговій воді проводили відповідно до загальноприйнятих методик (Унифицированные методы…,1978), вміст K, Na, Ca - методом фотометрії полум'я. Важкі метали (Cu, Pb, Cd, Zn, Mn, Fe) визначали у фільтраті після концентрування (способом упарювання). Нерозчинні форми ВМ визначали після розчинення попередньо спалених фільтрів з осадом у HNO3.

Грунтові розрізи закладали на пробних ділянках протягом вегетаційного періоду. Відібрані за генетичними горизонтами зразки висушували за кімнатної температури після чого просіювали. Аналітичній обробці піддавали дрібнозем (фракція < 1.0 мм). Актуальну кислотність (pH) визначали потенціометрично у водній витяжці, використовуючи співвідношення грунт:розчин як 1:2.5, гумус - за Тюріним із спектрофотометричним закінченням (1974)

Для визначення рухомих (доступних для рослин) форм елементів зразки грунту екстрагували CH3COONH4 (pH = 4.8), струшуючи на ротаторі протягом 1 години за співвідношення грунт:розчин 1:10 (Методические рекомендации…,1981). Підготовку грунтових зразків до аналізу на валовий вміст важких металів здійснювали послідовною обробкою попередньо прожареної за 450C проби грунту спочатку HF, а потім сумішшю HCl та HNO3 у співвідношенні 3:1 (Гелетюк, Золотарева, 1978).

Зразки вищих судинних рослин відбирали в кінці вегетаційного періоду. Вміст ВМ визначали у середній пробі. Середню пробу утворювали, залежно від маси особин, із 3-5 - 10-15 рослин, відібраних на площі 100-200 м2. Зразки мохів і лишайників відбирали протягом вегетаційного періоду. Кожний зразок аналізували окремо (середню пробу не утворювали).

Використані в роботі “історичні” зразки мохів початку XX століття були відібрані з гербарію Р. Вільчека (R. Wilczek) кафедри ботаніки біологічного факультету ЛНУ ім. І. Франка. “Сучасні” зразки тих же видів відбирали, максимально дотримуючись зазначених у гербарії, умов місцезростання “історичних”. Кожний зразок аналізували окремо (середню пробу не утворювали).

Проби повітряно сухого рослинного матеріалу озоляли за температури 450C, точно дотримуючись технології спалювання з метою попередження втрат елементів. Одержану золу після зважування розчиняли розведеною HNO3 (Зырин, Обухов, 1978). Аналогічно здійснювали підготовку до аналізу зразків підстилки.

Метали визначали атомно-абсорбційним методом на спектрофотометрі С115М1 у пропан-бутановому полум'ї з використанням дейтерієвого коректора неселективної абсорбції.

Обгрунтованість і достовірність одержаних результатів і висновків роботи забезпечена застосуванням методів математичного аналізу (Вольф, 1966).

Особливості геохімічного фону екосистем Чорногори.

Подані в розділі результати досліджень відображають вміст і загальні закономірності розподілу важких металів між основними компонентами типових екосистем Чорногори.

Встановлено, що фоновий вміст ВМ у бурих гірських грунтах району досліджень значно відрізняється від середніх (кларкових) значень (табл. 1).

Таблиця 1 Вміст важких металів у грунтах Чорногори, 06.1998

Грунти району досліджень (гумусовий горизонт) збагачені на Pb і Cd (у 2-3 рази) та збіднені на Fe, Zn (у 2-4 рази), Cu (5-13 разів), Mn (20-50 разів). Виражених геохімічних бар'єрів у грунтових розрізах не виявлено. У гумусовому горизонті концентруються лише Pb і Cd. Кларк концентрації для цих елементів відносно материнської породи становить 1.5-2.0 та 4-8 відповідно.

Порівнюючи вміст ВМ у рослинах Чорногори з кларковими значенями, можна відзначити, що лише концентрації Pb (на порядок) та Cd (на один-два порядки величини) помітно відрізняються від кларкових. Стверджувати про істотну різницю концентрацій інших елементів немає підстав.

Встановлено, що коефіцієнти біотичного поглинання (Кб) Mn Cu, Zn, Cd, розраховані відносно гумусового горизонту грунту, за шкалою Перельмана належать до елементів сильного та енергійного біотичного накопичення, Pb - до груп елементів сильного біотичного накопичення та середнього біотичного захоплення і Fe - до групи елементів слабкого і дуже слабкого біотичного захоплення. Такий розподіл елементів між групами істотно відрізняється від значень Кб, розрахованих відносно кларкових значень. За винятком Fe, коефіцієнти біотичного поглинання решти металів на одну-дві градації виявилися зміщеними в бік вищих значень шкали Перельмана. Інтенсивність біотичного поглинання хімічних елементів фітомасою угруповань загалом повторює ті ж закономірності, лише Fe переходить з групи слабкого до групи середнього біотичного захоплення.

Показано, що концентрація ВМ у рослинних об'єктах, значну роль у формуванні елементного складу яких, відіграє атмосферне живлення (мохи, лишайники, кора), залежить не лише від стану забруднення атмосфери, а й від мікрокліматичних умов екотопу.

Вміст макро- та мікроелементів у сніговому покриві Чорногори як показник атмосферного забруднення району досліджень.

За результатами дворічних досліджень снігового покриву Чорногори, pH талих вод і вміст основних макроелементів (K, Na, Ca, Cl, S, N) перебуває на рівні, виявленому для найчистіших районів світу (табл. 2).

Коливання вмісту ВМ в опадах дуже широкі і змінюються в межах одного-двох порядків величин для фонових районів Землі (Израэль и др,. 1989). Рівень концентрації розчинних форм Pb та

Таблиця 2

Вміст макроелементів у талих водах снігового покриву Чорногори, мг/л.

Cd у сніговому покриві Чорногори знаходиться на рівні нижньої межі значень для фонових районів Європи і є близькими до верхньої межі коливань вмісту цих елементів у найчистіших районах Землі (Антарктида, Арктика, Гренландія). Вміст решти елементів (Cu, Zn, Mn, Fe) виявився вищим на порядок величини і більше, ніж у полярних та арктичних областях (табл.3).

Таблиця 3 Вміст важких металів у сніговому покриві Чорногори.

*над рискою - розчинні форми, мкг/л талої води; під рискою - нерозчинні. форми, мкг/г пилу

Вміст пилу у сніговому покриві Чорногори не перевищує 6 мг/л, що відповідає мінімальному рівню запиленості і є характерним для фонових територій (Василенко и др.,1985).

Одним із показників рівня забруднення снігового покриву є кількісні співвідношення металів у складі твердого залишку (пилові), які встановлюють за їх коефіцієнтом збагачення, що розраховується як частка між досліджуваним і реперним (літофільним) елементами в об'єкті дослідження, поділена на співвідношення концентрацій цих елементів у земній корі (Василенко и др., 1985):

k = [Сx/Сл]сн / [Сx/Сл]літ

де Сx і Сл - концентрації досліджуваного та літофільного елементів відповідно; індекси “сн” і “літ” стосуються снігу (пил) і літосфери.

Вирахувані відносно Mn значення коефіцієнтів збагачення дають підставу стверджувати, що концентрація Cu, Zn, Cd у пиловій фракції снігового покриву є наслідком природних процесів. Відсутність літературних даних для Pb і Fe не дозволяє зробити відповідних висновків для цих елементів.

Оцінка стану забруднення Чорногірського масиву на основі вивчення вмісту ВМ у мохах та лишайниках.

Порівняльний аналіз вмісту важких металів у мохах і лишайниках Чорногори з даними для інших регіонів Європи дав підставу провести відносну оцінку сучасного стану забрудненості досліджуваної території.

За літературними даними висвітлено сучасний стан проблеми ретроспективної оцінки зміни атмосферного забруднення природного середовища на основі вивчення хімічного складу гербарних зразків мохів і лишайників.

Внаслідок проведених досліджень встановлено:

вміст важких металів у мохах Чорногори знаходиться на рівні максимальних значень для фонових районів країн Європи і зіставний з даними для Карпатського регіону Польщі (табл. 4);

концентрації важких металів (Pb, Zn, Cd, Fe) у тканинах моху Pleurozium shreberi (Brid.) Mitt з альпійського поясу є істотно вищими, ніж у поясі смерекових лісів; така різниця може бути не лише наслідком впливу концентрації металів в атмосфері, а й сприятливішими для їх поглинання атмохімічними умовами високогір'я;

рівень нагромадження важких металів лишайниками Чорногори, загалом, є вищим, ніж в аналогічних видах фонових районів Європи;

аналіз гербарних зразків мохів початку XX століття часових трендів нагромадження важких металів не виявив; при цьому, як у гербарних, так і в сучасних зразках трапляються концентрації металів вищі за середні значення у Європі останнього десятиліття (табл. 5).

Таблиця 4 Нагромадження важких металів мохами та лишайниками в альпійському поясі хребта Чорногора, 08.1998

n-кількість зразків, З - зелена, Б - бура, С - середнє між зеленою та бурою частинами

*-в дужках вказано точки відбору зразків: 1 - г.Недея; 2 - г.Петрос; 3-г.Говерла;

4 - г.Брескул; 5 - г.Пожижевська; 6 - г.Данциш; 7 - г.Туркул; 8 -г.Велика Маришевська;

9 - г.Шпиці; 10 - г.Ребра; 11 - г.Томнатик; 12 -г.Бребенескул; 13 - г.Менчул;

14 - г.Смотрич;15 - г.Піп Іван.

Таблиця 5 Вміст ВМ (межі коливань) у мохах, відібраних у екосистемах урочища Гаджина (Чорногора) на початку* та у кінці XX ст.

*-зразки зборів R.Wilczeka (1927) гербарію кафедри ботаніки львівського національного університету ім.І. Франка

Структура кореляційних зв'язків між хімічними елементами в мохах, лишайниках та корі хвойних порід Чорногори.

На основі зібраного матеріалу досліджено кореляційні зв'язки між елементами у рослинних об'єктах, у формуванні елементного складу яких важливу роль відіграє атмосферне живлення. Виявлено:

1) кількість кореляційних пар є меншою і зв'язки є слабшими в перерахунку на суху речовину, ніж на золу;

2) у мохах кореляція між елементами більш виражена для бурої частини пагона, ніж для зеленої;

3) кореляційні зв'язки в перерахунку на суху речовину майже в усіх об'єктах є прямими в парах елементів Cu-Pb, Zn-Cd, Zn-Mn, Pb-Fe (тобто із збільшенням вмісту одного елемента збільшується і вміст другого), а також у парах Pb-зольність та Fe-зольність; коефіцієнти кореляції Mn з елементами (Fe, Pb, Cu, зольність), за винятком пари Mn-Cd, набувають статистично значимих (p<0.1) величин значно рідше; зв'язки між іншимим елементами є ще слабшими і трапляються в досліджених об'єктах епізодично.

4) коефіцієнти кореляції Cu, Zn, Cd, Mn, Pb із зольністю у золі більшості об'єктів свідчать про середній та високий зворотний кореляційний зв'язок з високим рівнем значимості (збільшення вмісту елемента супроводжується зменшенням зольності); коефіцієнт кореляції у парі Fe-зольність у більшості випадків вказує на прямий зв'язок, або навіть якщо зв'язок зворотний, то кореляція є слабшою, ніж кореляційні зв'язки зольності з іншими елементами об'єкта.

Очікується, що структура кореляційних зв'язків між елементами в індикаторних видах фонових і техногенно забруднених екосистем буде відрізнятися.

Проведена робота - лише початок досліджень вмісту та закономірностей розподілу хімічних елементів в екосистемах Чорногори. Нез'ясованою залишається картина латерального розподілу елементів у гірських породах і грунтах, невиявлені особливості геохімії мікроелементів у системі висотної поясності (грунтотвірних породах, грунтах, рослинності, природних водах).

Поряд із цим, одним із пріоритетних напрямів досліджень, які стоять перед заповідними об'єктами є екологічний моніторинг. Одержаний досвід і результати наших досліджень, які стосуються, перш за все, хімічного складу снігового покриву та біогеохімічної індикації середовища за допомогою спорових рослин, а також виявлені особливості нагромадження важких металів іншими компонентами екосистем, можуть бути використані для започаткування фонового біогеохімічного моніторингу в Українських Карпатах.

мох лишайник екосистема альпійський хімічний

ВИСНОВКИ

Вивчення накопичення важких металів (Cu, Pb, Zn, Cd, Mn, Fe) рослинами, грунтами і сніговим покривом Чорногори проведено у верхній частині масиву й охоплює три рослинно-кліматичні пояси - альпійський, субальпійський і пояс смерекових лісів.

Фоновий вміст ВМ у бурих гірських грунтах району досліджень значно відрізняються від середніх (кларкових) значень. Гумусовий горизонт грунту збагачений на Pb і Cd (у 2-3 рази) та збіднений на Fe, Zn (у 2-4 рази), Cu (5-13 разів), Mn (20-50 разів) порівняно з кларком для грунтів. Виражених геохімічних бар'єрів у досліджених грунтових розрізах не виявлено. Найважливішим фактором нагромадження важких металів виступає органічна речовина, яка сконцентрована у гумусовому горизонті. Біогенна акумуляція елементів чітко виражена для Pb (Кеа = 1.5-2.0) та Cd (Кеа = 4-8). Елювіально-акумулятині коефіцієнти (Кеа) у Mn, Fe, Zn, Cu є істотно меншими за одиницю або незначно її перевищують. Максимальний вміст рухомих Mn, Zn, Cu, Cd, Pb знаходиться у верхніх гумусованих горизонтах, тобто також спостерігається акумулятивний тип розподілу рухомих форм цих елементів у грунтовому розрізі. Розподіл рухомого Fe - контрастніший. Має місце як максимум у верхніх гумусованих горизонтах, так і в середній частині грунтових розрізів. Загальна кількість рухомих сполук Cd та Pb у грунтах достатньо велика і становить значну частину від валового вмісту. Найбільшу кількість рухомих форм має Cd, вміст сполук якого в ацетатно-амонійній витяжці сягає в гумусових та оторфованих горизонтах 30-50% від його валового вмісту. Концентрація рухомих сполук Pb становить 20-30%. Найвищий вихід рухомих форм Mn має місце в оторфованих горизонтах, де його концентрація сягає 70% від валового вмісту. Така висока частка рухомих сполук цих елементів сприяє їх залученню в біотичний кругообіг і накопиченню в рослинах.

Середній валовий вміст Cu, Zn, Mn, Fe у рослинному покриві розглянутих екосистем знаходиться на рівні кларкових значень у рослинності суші. Можна стверджувати лише про значне перевищення над кларковими значеннями (на порядок величини і більше) вмісту Cd та Pb.

Коефіцієнти біотичного поглинання елементів рослинами досліджених угруповань (Кб), розраховані відносно гумусового горизонту, свідчать, що, за винятком Fe, інтенсивність залучення елементів у біогеохімічні цикли міграції на одну-дві градації виявилася вищою, порівняно з шкалою Перельмана, розрахованою відносно кларковиих значень. Серед усіх елементів особливо виділяється Cd, інтенсивність біотичного поглинання якого фітомасою рослинних угруповань Чорногори на 2-3 порядки перевищує середнє значення для рослинності суші.

За результатами дослідження снігового покриву Чорногори, проведеними у 1996-1997 роках, встановлено, що рівні вмісту макро- та мікроелементів не перевищують значень, характерних для найменш антропогенно змінених фонових районів Землі.

На основі оцінки вмісту важких металів у мохах і лишайниках. встановлено, що концентрації металів у чорногірських зразках є вищими, ніж середні значення для фонових екосистем Європи. Однак, стверджувати про більший рівень забруднення Чорногірського масиву немає достатніх підстав. Аналіз гербарних зразків з урочища Гаджина часових трендів атмосферного забруднення не виявив. Як у гербарних, так і в сучасних зразках проаналізованих видів мохів трапляються концентрації металів вищі за середні значення в Європі останнього десятиліття. Вищий рівень концентрації ВМ у нижчих судинних рослинах Чорногори може бути результатом не лише атмосферного забруднення, а й сприятливіших для накопичення ВМ атмохімічних умов гірських територій взагалі.

З метою встановлення минулого геохімічного фону середовища, природної інтенсивності випадання важких металів з атмосфери, вивчення історії інтенсифікації цього процесу під впливом антропогенного забруднення перспективним є вивчення верхових торфовищ Чорногори.

Концентрація ВМ у рослинних об'єктах, значну роль у формуванні елементного складу яких, відіграє атмосферне живлення (мохи, лишайники, кора) залежить не лише від стану забруднення атмосфери, а й від мікрокліматичних умов екотопу, що необхідно враховувати, використовуючи їх для біогеохімічної індикації середовища.

Виявлено тісні кореляційні зв'язки між елементами у рослинних об'єктах, важливу роль у формуванні мікроелементного складу яких відіграє атмосферне живлення (мохи, лишайники, кора).

Тест-індикаторами стану навколишнього природного середовища можуть бути не лише мохи та лишайники, а й вищі судинні рослини. На основі одержаних матеріалів виявлено, що широко розповсюджений у гірських системах Європи вид Homogine alpina (L.) Cass. нагромаджує Cd у концентраціях, що часто перевищують аналогічні значення для спорових рослин.

Одержані результати можуть бути використані під час формування системи фонового екологічного моніторингу в Чорногорі, передовсім для визначення масштабів регіонального (в тому числі й транскордонного) атмосферного забруднення.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Марискевич О.Г., Козловський В.І. Акумуляція важких металів грунтами екосистем Чорногори. // Наукові записки ДПМ НАН України. - Львів. - 1996. - Т.12. - С. 47-48.

2. Козловський В. I.. Важкі метали в екосистемах Чорногори. // Науковий вісник УкрДЛТУ. - 1998. - Вип. 9.1. - С. 41-46.

3. Козловський В. I. Важкі метали в мохах та лишайниках альпійського поясу Чорногори (Українські Карпати). // Науковий вісник УкрДЛТУ. - 2002 .- Вип. 2.1. - С. 96-102.

4. Речевська Н., Козловський В. Нагромадження іонів важких металів та їх внутрішньоклітинна локалізація у мохах. // Вісник Львівського університету. Серія біологічна. - 2002. - Вип. 28. - С. 29-35.

5. Козловський В.І., Марискевич О.Г., Загульський М.М. Історична біогеохімічна індикація атмосферного забруднення важкими металами масиву Чорногора (Східні Карпати). // Наукові основи збереження біотичної різноманітності. Тематичний збірник. - Львів.- 2001.- вип. 3. - с. 140-145.

6. Козловський В. I. Важкі метали в екосистемах Чорногори. // Значення та перспективи стаціонарних досліджень для збереження біорізноманітності. Матеріали конф. - Львів, 1997. - С. 85-87.

7. Oksana Maryskewicz, Woіodymyr Kozіowski, Iryna Szpakiwska, Maria Pawluk. Bioindykacja opadu metali ciкїkich i siarki w ekosystemach polskiej czкњci MRB „Karpaty Wschodnie”. // Roczniki Bieszczadzkie.- 1996. - 5. - S 257-258.

8. Oksana Maryskewicz, Wolodymyr Kozіowski. Zawartoњж metali ciкїkich i siarki w ekosystemach Karpat Wschodnich. // Roczniki Bieszczadzkie. - 1997. - 6. - S. 227-232

9. Oksana Maryskewicz, Woіodymyr Kozіowski. Zawartoњж metali ciкїkich w mchach i porostach ukraiсskiej czкњci Miкdzynarodowego rezerwatu biosfery „Karpaty Wschodnie”. // Roczniki Bieszczadzkie. - 1998. - 7. - S. 397-404.

10. Maryskevych O., Kozlovsky V., Heavy metals in plants and soils of highmountain ecosystems of Chornogora (The Ukrainian Carpathians) // Ogolnopolski Symp. “Dynamika zmian srodowiska geograficznego pod wplywem antropopresji”. Mat. konf. - Krakow, 1996. - S.92.

11. Марискевич О.Г., Козловський В.І. Біоіндикація забруднення полютантами екосистем Східних Карпат //Питання біоіндикації і екології. Тез. міжнар. конф. - Запоріжжя,1998. -С.24.

12. Марискевич О.Г., Козловський В.І. Шпаківська І.М. Полютанти в екосистемах заповідних територій Східних Карпат // Карпатський регіон і проблеми сталого розвитку. Мат. міжнар. н.-п. конф. - Рахів, 1998. - Т.1. - С.177-181.

АНОТАЦІЯ

Козловський В.І. Важкі метали в екосистемах висотного профілю Чорногори (Українські Карпати). Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 - екологія. Дніпропетровський національний університет, 2002.

На прикладі типових екосистем показано загальні особливості накопичення важких металів у грунтах, підстилках і рослинах. Встановлено, що, порівняно з кларковими значеннями, грунти збагачені Pb і Cd (2-3 рази), збіднені Fe, Zn (2-4 рази), Cu (5-13 разів) і Mn (20-50 разів). Порівняно з материнською породою, накопичення характерне для Pb (Кеа = 1.5-2.0) та Cd (Кеа = 4-8). Елювіально-акумулятивні коефіцієнти (Кеа) у Mn, Fe, Cu, Zn є істотно меншими за одиницю або незначно її перевищують.

Середній вміст Cu, Zn, Mn, Fe у рослинному покриві знаходиться на рівні кларкових значень для рослинності суші. Має місце перевищення над кларковими значеннями (на порядок величини і більше) вмісту Cd і Pb.

Вміст макро- та мікроелементів у сніговому покриві не перевищує значень, характерних для найменш антропогенно змінених фонових районів Землі.

Концентрації металів у мохах і лишайниках Чорногори є вищими, ніж середні значення для фонових екосистем Європи. Аналіз гербарних зразків мохів початку XX століття часових трендів нагромадження важких металів не виявив; при цьому як у гербарних, так і в сучасних зразках трапляються концентрації металів вищі за середні значення у Європі останнього десятиліття.

Виявлено тісні кореляційні зв'язки між елементами у рослинних об'єктах, важливу роль у формуванні мікроелементного складу яких відіграє атмосферне живлення.

Ключові слова: екосистема, важкі метали, біогеохімічна індикація.

АННОТАЦИЯ

Козловский В.И. Тяжелые металлы в экосистемах высотного профиля Черногоры (Украинские Карпаты). Рукопись. Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.16 - экология. Днепропетровский национальный университет, 2002.

На примере типичных экосистем показано общие особенности накопления тяжелых металлов (ТМ) в почвах, подстилках, растениях и снежном покрове.

Фоновое содержание ТМ в бурых горных почвах района исследований значительно отличаются от кларковых значений. Гумусовый горизонт почвы обогащен Pb, Cd (2-3 раза) и обеднен Fe, Zn (2-4 раза), Cu (5-13 раза) и Mn (20-50 раза). Относительно материнской породы, накопление характерно для Pb (Кеа = 1.5-2.0) и Cd (Кеа = 4-8). Элювиально-аккумулятивные коэфициенты (Кеа) у Mn, Fe, Cu, Zn существенно меньше единицы или незначительно её превышают. Максимальное содержание подвижных Pb, Cd, Cu, Mn, Zn находится в верхних гумусированных горизонтах. Распределение подвижного Fe - контрастнее. Высокие концентрации имеют место и в средней части почвенного разреза.

Среднее содержание Cu, Zn, Mn, Fe в растительном покрове находится на уровне кларковых значений для растительности суши. Имеет место превышение над кларковыми значениями (на порядок величины и более) содержания Cd и Pb. Коэфициенты биотического поглощения элементов (Кб, рассчитанный относительно горизонта А) свидетельствуют о том, что интенсивность вовлечения элементов в биогеохимические циклы миграции, за исключением Fe, на 1-2 ступени выше по сравнению со шкалой Перельмана (1975), рассчитанной относительно кларковых значений.

Используя содержание химических элементов в снежном покрове, мхах и лишайниках, определен уровень атмосферного загрязнения Чорногорского массива. Установлено, что концентрации макро- и микроэлементов в снежном покрове не превышают значений, характерных для наименее антропогенно нарушенных фоновых районов Земли. Содержание металлов в мхах и лишайниках Чорногоры выше, чем средние значения для фоновых экосистем Европы. Анализ гербарных образцов мхов начала XX столетия временных трендов накопления ТМ не выявил, при этом, как в гербарных, так и в современных образцах зафиксировано концентрации металлов выше средних значений в Европе последнего десятилетия.

Тест-индикаторами загрязнения окружающей среды могут быть не только споровые растения. Исходя из результатов исследований установлено, что широко распространенный в горных системах Европы вид Homogine alpina (L) Cass. концентрирует Cd в количествах превышающих аналогичные значения для мхов и лишайников.

Установлено тесные корреляционные связи между элементами в растительных объектах, важная роль в формировании микроэлементного состава которых принадлежит атмосферному питанию. Ожидается, что структура корреляционных связей между элементами в индикаторных видах фоновых и техногенно загрязненных экосистем будет отличаться.

Ключевые слова: экосистема, тяжелые металлы, биогеохимическая индикация.

ABSTRACT

Kozlovsky V.I. Heavy metals content in an ecosystems of the high profile of the Chornohora mountains (Ukrainian Carpathian). Manuscript. Thesis for a candidate's degree. Speciality 03.00.16 - ecology. Dnipropetrovsk national university, Dnipropetrovsk, Ukraine, 2002.

General features of heavy metals accumulation in the soil, nappe and plants were investigated on the instance of typical ecosystem. Compare to the Clark values the soil was enriched by Pb and Cd (by 2-3 times), while concentrations of Fe and Zn, were lower by 2-4 times and for Cu and Mn were lower by 5-13 and 20-50 times, respectively. Mn, Fe, Cu, and Zn. Eluvial-accumulative coefficients (Kea) are either significantly smaller than 1 or negligible higher. Enrichment was distinctive for Pb (Kea=1.5-2.0) and Cd (Kea= 4-8) compare to the maternal type.

Average content of Cu, Zn, Mn and Fe found in the plant nappe fits Clark values for the terrestrial plants, while content of Cd and Pb was considerably higher (by order of magnitude or more).

Estimation of the atmosphere pollution of Chornohora massive was based on the evaluation of the content of elements in thaw snow, mosses and lichens. The amount of macro- and microelements in snow did not exceed background values that are typical for the Earth zones with the least anthropogenic influence.

Concentration of heavy metals in the mosses and lichens of Chornohora was higher compare to the average background values for the Europian ecosystems. The analysis of the mosses herbarium samples dated from beginning of the XX century didn't show time dependent trends of heavy metals accumulation, however in contemporary herbarium samples, higher heavy metals concentration compare to the European 90-th average were identified. The tight correlations were established between elements in plant objects. In conclusions it is stated that atmosphere nutrition plays the important role in the formation of the content of microelements.

Key words: ecosystem, heavy metals, biogeochemistry indication.

Размещено на Allbest.ru