ВЛИЯНИЕ ЭПИФИТОВЗВЕСИ НА НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В МАКРОФИТАХ Уваров А.Г.

Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН


Номер: 8-1
Год: 2015
Страницы: 12-24
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

макрофиты, тяжелые металлы, эпифитовзвесь, macrophytes, heavy metals, epiphyte suspension

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Исследовано влияние эпифитовзвеси на увеличение концентраций тяжелых металлов (ТМ) в макрофитах. Рассмотрены особенности накопления ТМ взвесью на разных видах растений, обитающих в различных водных объектах, даны практические рекомендации по учету влияния взвеси на концентрации ТМ в водных растениях.

Текст научной статьи

Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ) - одна из актуальных экологических проблем современности [1, 35; 2, 3-11; 3, 5-6; 4, 5-9]. Для мониторинга уровней ТМ их содержание определяют, как в абиотической составляющей (воде, воздухе, почве), так и в биологическом материале. Для наблюдений за концентрациями ТМ в водоемах и водотоках перспективно использовать макрофиты - высшие водные растения, которые способны накапливать в своих организмах ТМ в концентрациях, на много превышающих таковые в воде [5, 23-30]. По сравнению с донными отложениями растения обладают меньшим эффектом «памяти» и лучше отражают сезонное накопление металлов. На данный момент не существует общепринятой методики по отбору и пробоподготовке водных растений к анализу на ТМ. В связи с этим, при сравнении результатов разных исследований могут возникать проблемы сопоставимости данных. Одной из не маловажных деталей исследования накопления ТМ в водных растениях является влияние эпифитовзвеси (ЭВ) на получение конечного результата. Эпифитовзвесь - термин, предложенный Е.П. Яниным [6, 3], под которым понимается взвесь, осажденная на макрофитах, она представляет собой некий органоминеральный осадок, в состав которого входят как взвешенные неорганические вещества, так и эпифитные сообщества фитопланктона и других организмов. ЭВ влияет на протекающие в водных объектах биогеохимические процессы. Осаждаясь на макрофитах, она способна влиять на концентрации ТМ в растении (например, при загрязнении пробы растения ЭВ) предварительно накапливая и адсорбируя в себе ТМ взвесь создает избыток ТМ на поверхности растения, который далее пассивно или активно проникает в клетки и ткани растения. Несомненно, исследователи должны учитывать в своих изысканиях факт наличия взвеси на макрофитах. Однако, на данный момент механизмы перехода ТМ из взвеси в растения изучены крайне слабо, практически не имеется данных на сколько сильно ЭВ может влиять на концентрации ТМ в макрофитах [7, 94]. Цель настоящих исследований - изучение влияния ЭВ на накопление ТМ в высших водных растениях. Для этого проводится сравнение определения ТМ в растениях с ЭВ и без ЭВ в разных видах макрофитов, произрастающих в различных водных объектах. Отбор проб макрофитов осуществлен в июле 2010 г. на четырех различных водных объектах: р. Москва, район Биостанции МГУ (55°42′6.44″N, 36°43′17.71″E), оз. Глубокое (55°45′5.41″N, 36°30′34.29″E), Можайское водохранилище, близ п. Бычково (55°39′36.4″N, 35°42′43.51″E) и Барский пруд - Ярославская обл., п. Борок (58°3′42.21″N, 38°14′44.7″E). В ходе исследований было проанализировано 12 видов высших водных растений. Макрофиты принадлежат по классификации В.Г. Папченкова [8, 9-10] к 4 различным экологическим группам: 1) погруженные укореняющиеся (Potamogeton perfoliatus L., Myriophyllum spicatum L., Elodea canadensis Michx., Potamogeton lucens L.); 2) свободно плавающие в толще воды (Ceratophyllum demersum L.); 3) укореняющиеся в грунте с плавающим на поверхности воды листом (Nuphar lutea (L.) Smith, Sagittaria sagittifolia L., Persicaria amphibia (L.) S.F. Gray); 4) воздушно-водные растения (Equisetum fluviatile L., Typha latifolia L., Butomus umbellatus L., Sparganium emersum Rehm.). Растения отбирали без корня, срезая их под поверхностью воды. Образцы помещали в пластиковую тару и поласкали в воде, отобранной в месте произрастания растения, для отделения взвеси так же использовали и мягкую кисточку. Макроскопические частицы эпифитона при этом удаляли из пробы, затем очищенные макрофиты промывали дистиллированной водой. Часть растений не отмывали от взвеси. Далее все образцы растений и отделенную взвесь высушивали на воздухе, при температуре окружающей среды, затем растирали в агатовой ступке. Растения подвергали мокрому озолению в тефлоновых автоклавах с использованием реактивов: 65% HNO3 (Мerck ос.ч.) + 3 мл. 30% H2O2. Разложение проб растений осуществляли с использованием микроволновой системы Speed Wave MWS-3+ согласно рекомендуемой программе: экспозиция 45 минут, при температуре 140 °С. Анализ всех образцов на определение Cr, Co, Ni, Cu, Zn, Sr, Cd, Pb осуществлялся масс-спектрометрическим методом на приборе ICP MS ELAN DRC-e c использованием внутреннего стандарта In и внешней калибровки. В статье все концентрации ТМ даны в мг/кг воздушно-сухого веса. Статистическую обработку данных проводили с использованием программного пакета Microsoft Office Exel 2013 и StatSoft Statistica 10. Масса ЭВ во всех случаях была не сопоставима с биомассой макрофитов, как в пересчете на сырой, так и в пересчете на воздушно-сухой вес. Вес растений значительно превышал вес взвеси. Опираясь на литературные данные [9, 4-10; 10, 423-425; 11, 560-564] и собственное исследование было установлено, что как правило во взвеси концентрации ТМ выше (во многих случаях во много раз) по сравнению с макрофитом. Следовательно, влияние взвеси, при определении концентраций ТМ будет проявляться в сторону увеличения концентраций ТМ в макрофите с ЭВ, по сравнению с макрофитом без ЭВ. В данном исследовании суждение о наличии влияния взвеси принмалось, если концентрации ТМ были больше в не отмытом растении и соотношение концентраций ТМ между отмытым растением того же вида и его ЭВ были меньше единицы, т.е. были больше во взвеси. Различия в концентрациях ТМ между растениями с ЭВ и без оценивалось путем сравнения среднеарифметических величин концентраций (Mean), по величине стандартного отклонения от среднего (Standard deviation - SD), а также по размаху минимальных-максимальных (Min-Max) значений и медианам (Median). Если величины стандартного отклонения перекрывали друг друга на 2/3 и более, то принималось суждение об отсутствии различий между концентрациями ТМ. В дополнение к этому, был произведен расчет непараметрического W критерия Уилкоксона (Wilcoxon Matched Pairs Test) для сравнения двух зависимых выборок, по результатам которого при p-уровне > 0,05 делался вывод об отсутствии различий групп по изучаемому признаку. Различные растения, произрастающие в пределах одного водного объекта или пункта наблюдения: реки, озера, водохранилища или пруда испытывают на себе схожее влияние гидрохимических и гидрологических характеристик объекта. Используя этот факт удобно проводить сравнения накопления ТМ растениями с ЭВ и без нее для выявления влияния взвеси на накопление ТМ макрофитами. В Барском пруду для исследования было проанализировано 5 видов высших водных растений: P. perfoliatus, C. demersum, M. spicatum, E. fluviatile и E. сanadensis (Табл. 1). Таблица 1 Концентрации ТМ в растениях со взвесью (Р), растениях без взвеси (Рб) и эпифитовзвеси (ЭВ) Барского пруда Барский пруд Сr Сo Ni Сu Zn Sr Сd Pb P. perfoliatus Р 10,59 0,38 6,96 4,00 57,74 0,13 0,93 1,25 Рб 9,01 0,16 3,13 0,79 35,01 0,13 0,21 0,52 ЭВ 2,89 0,28 3,38 1,32 18,19 0,13 0,07 1,02 C. demersum Р 12,09 0,40 5,44 0,89 53,61 9,15 0,35 1,40 Рб 16,40 0,73 6,78 1,41 97,84 0,25 3,37 1,67 ЭВ 9,86 1,52 25,96 13,29 66,79 0,13 0,49 7,46 M. spicatum Р 10,42 0,42 7,25 1,28 50,67 0,14 1,87 1,76 Рб 7,15 0,21 3,15 0,84 30,33 0,13 0,20 0,58 ЭВ 9,31 1,13 19,48 5,84 48,09 0,13 0,45 5,25 E. fluviatile Р 7,68 0,27 3,72 1,50 47,47 6,19 0,36 1,17 Рб 8,31 0,17 3,14 2,49 42,31 0,13 0,08 0,61 ЭВ 15,70 2,51 43,53 0,47 0,61 0,13 1,32 12,37 E. canadensis Р 8,03 0,39 7,35 0,88 37,92 0,12 1,44 1,76 Рб 7,78 0,24 3,48 1,88 42,67 0,13 0,72 0,98 ЭВ 4,04 0,47 6,78 2,31 18,78 0,13 0,13 1,77 Из 40 наблюдений, в которые входили измерения 8 ТМ в 5 видах растений, в 60% случаев концентрации ТМ были выше в ЭВ, чем в отмытом от взвеси макрофите. При этом, 75% таких случаев сопровождались наличием в неочищенном растении концентраций ТМ, выше чем концентрации ТМ в отмытом от взвеси образце. ЭВ вносила вклад в увеличение концентрации ТМ в не отмытом растении в примерно половине случаев, в частности: для P. perfoliatus по Co, Ni, Cu, Pb; для M. spicatum по всем металлам, за исключением Sr; для E. fluviatile по Co, Ni, Cd, Pb; для E. сanadensis по Co, Ni и Pb. Концентрации Co, Ni и Pb в большинстве случаев, а Sr в меньшинстве подвержены изменчивости в зависимости от наличия взвеси на макрофите. На рисунках 1 и 2 представлены различия в концентрациях ТМ, которые были измерены во всех растениях со взвесью и во всех растениях без взвеси. Проведенный анализ выборок с использованием непараметрического теста Уилкоксона не выявил достоверных различий между образцами. Можно отметить что для Cr, Cu, Zn и Cd средне арифметические значения не отличаются в растениях с ЭВ и без нее, для Ni и Co средние близки друг к другу. По Pb и Sr средние явно отличаются, в случае со свинцом они вызваны повышенными концентрациями в видах M. spicatum (1,76 мг/кг) и E. сanadensis (1,76 мг/кг), очевидно, это может быть вызвано влиянием взвеси, осажденной на этих видах (5,25 и 1,77 мг/кг соответсвенно), при том, что в очищенных растениях концентрации Pb не отличаются значительными концентрациями - 0,58 и 0,98 мг/кг. В случае со Sr повышенные концентрации по сравнению с остальными видами были выявлены у C. demersum (9,15 мг/кг) и E. fluviatile (6,19 мг/кг). В обоих случаях нет связи с влиянием взвеси (0,13 мг/кг). Растения C. demersum имеют повышенную концентрацию по Sr (0,25 мг/кг) и в очищенном виде, предположительно так проявляется видовая специфичность данного вида, а E. fluviatile отмытый от взвеси не отличается по концентрации Sr с самой взвесью - 0,13 мг/кг, возможно, концентрация Sr (6,19 мг/кг) обусловлена «выбросом» или пространственной изменчивостью. Рис. 1. Концентрации Cr, Ni, Cu, Zn растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) Рис. 2. Концентрации Co, Pb, Sr, Cd в растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) Интервалы стандартного отклонения растений без ЭВ и растений с ЭВ полностью перекрывают друг друга за исключением случая с Ni и Pb. Концентрации Ni в макрофитах с ЭВ составляют - 6,14±1,56, в отмытом макрофите - 3,93±1,6, во взвеси - 19,83±16,13, что может говорить о влиянии взвеси. Отметим, что в случае с Ni ее влияние менее заметно и критично по сравнению с Pb. На рисунке 2 распределение Sr в растении с ЭВ заметно отличается от такового в растении без ЭВ. Как уже было отмечено выше причины этого не связаны со взвесью. Рассматривая более детально данные по Sr (Табл. 1) можно выявить что для данного металла вообще более характерна статичность как по содержанию в растениях, так и по содержанию во взвеси. Если не брать в расчет концентрации Sr в C. demersum и E. fluviatile, то его абсолютные значения вообще очень мало меняются от вида к виду: 0,12-0,14 мг/кг и таким образом его интервалы стандартного отклонения для растений со взвесью вполне идентичны интервалам стандартного отклонения растений без взвеси, а значит и нет различия в накоплении Sr. Сравнение различных видов макрофитов Барского пруда с использованием теста Уилкоксона выявило различие между накоплением ТМ в отмытом и не отмытом видах P. perfoliatus и M. spicatum. В остальных случаях достоверной разницы тестом не отмечено. В озере Глубокое были отобраны для проведения анализа на ТМ 4 вида макрофитов: P. perfoliatus, C. demersum, E. fluviatile и E. сanadensis (Табл. 2). Всего было произведено 32 сравнения между растениями и их эпифитовзвесью (4 растения и 8 металлов). В 24 случаях концентрации ТМ были выше в ЭВ, чем в отмытом от взвеси макрофите. В половине из этих наблюдений (12) в неочищенном растении концентраций ТМ были выше, чем концентрации ТМ в отмытом от взвеси образце. ЭВ имела влияние на все растения в разной степени, для P. perfoliatus по таким металлам, как Cr, Cu; для C. demersum по Cr, Co, Cd, Pb; для вида E. fluviatile по Cr, Co, Ni; для растений E. сanadensis по Co, Cu, Sr. Для Zn не наблюдалось влияние взвеси ни на одном из видов макрофитов, в P. perfoliatus без ЭВ концентрации Zn были ниже (37,03 мг/кг), чем во взвеси с данного вида (54,43 мг/кг), но в P. perfoliatus с ЭВ не подтвердились высокие концентрации Zn (23,05 мг/кг). Таблица 2 Концентрации ТМ в растениях со взвесью (Р), растениях без взвеси (Рб) и эпифитовзвеси (ЭВ) озера Глубокое Озеро Глубокое Сr Сo Ni Сu Zn Sr Сd Pb P. perfoliatus Р 7,09 0,43 2,93 1,77 23,05 0,11 0,04 5,00 Рб 4,71 0,61 6,13 1,50 37,03 0,11 0,06 7,09 ЭВ 11,80 1,39 7,82 4,54 54,43 0,12 1,81 6,90 C. demersum Р 8,70 0,86 5,10 2,57 53,41 0,11 0,08 1,68 Рб 8,06 0,32 4,52 2,13 19,49 12,03 0,07 0,83 ЭВ 25,46 3,97 0,45 0,46 0,82 0,13 0,35 13,95 E. fluviatile Р 7,59 0,19 4,81 1,33 18,61 0,11 0,03 0,73 Рб 5,12 0,10 2,03 3,18 24,19 0,11 0,03 1,86 ЭВ 23,62 1,66 13,31 32,74 0,95 0,21 0,45 18,93 E. canadensis Р 5,70 0,83 1,72 1,98 46,36 0,13 0,03 1,48 Рб 6,30 0,43 4,29 1,62 33,14 0,12 0,07 5,98 ЭВ 20,10 2,60 0,45 13,89 0,83 0,13 0,32 16,55 На диаграммах размаха (Рисунки 3-4) показаны концентрации ТМ во всех растениях с ЭВ в сравнении со всеми растениями, очищенными от ЭВ. Тест Уилкоксона не выявил достоверных различий между образцами по всем исследуемым металлам. Для Cu и Cd средне арифметические значения в макрофитах практически не отличались, для Cr, Ni, Zn оказались близкими. Наибольшие отличия по средним значениям характерны для Co (в 1,6 раз), Sr (в 25 раз) и Pb (в 1,8 раз), причем последних двух больше в макрофитах без ЭВ. Сдвиг среднего по Sr вызван высокими концентрациями данного металла в растениях C. demersum (12,03 мг/кг). Во взвеси, а также во всех других макрофитах концентрации Sr были заметно ниже - 0,11-0,21 мг/кг. Ранее было отмечено, что значительно больше Sr по сравнению с другими видами и в C. demersum, произрастающем в Барском пруду. Если исключить из расчетов эту концентрацию, то среднее по Sr не отличается в растениях с ЭВ и без ЭВ для других изучаемых видов в озере. По показателю Pb сдвиг среднего в большую сторону был вызван более высокими концентрациями в P. perfoliatus (7,09 мг/кг) и E. сanadensis (5,98 мг/кг). Концентрации Co больше в видах C. demersum, и E. сanadensis с ЭВ, Co больше и в ЭВ с этих растений, в данном случае вероятно есть влияние взвеси на концентрации металла в этих макрофитах. Рис.3. Концентрации Cr, Ni, Cu, Zn в растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) Интервалы стандартного отклонения растений без ЭВ и растений с ЭВ полностью перекрывают друг друга при рассмотрении таких металлов, как: Cu, Zn, Cd, Sr. Перекрывание более 2/3 величин стандартного отклонения выявлено для Cr, Ni, Co, Pb. В данном случае можно судить о том, что значительных различий в концентрациях металлов разных растений нет. Сравнение видов макрофитов озера с использованием теста Уилкоксона показало, что внутри каждого вида нет отличия в концентрациях ТМ отмытых и не отмытых образцов, наличие взвеси не влияло на ТМ. Рис. 4. Концентрации Co, Pb, Sr, Cd в растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) На р. Москве было изучено 7 видов растений: N. lutea, P. lucens, P. perfoliatus, T. latifolia, C. demersum, S. sagittifolia, B. umbellatus (Табл. 3). Было проведено 56 сравнений (7 макрофитов по 8 металлам) между концентрациями ТМ. В 78,5% случаев было выявлено, что концентрации ТМ в ЭВ выше, чем концентрации в отмытых макрофитах. В 21 случае из 56 концентрации ТМ были больше в ЭВ и в не отмытых растениях, чем в макрофитах без ЭВ. Взвесь оказывала влияние на все растения: N. lutea (по Cr, Co, Ni, Cu); P. lucens (по Cr, Co, Cd, Pb); P. perfoliatus (по Pb); T. latifolia (по Cd, Pb); C. demersum (по Cu, Pb), S. sagittifolia (по Cr, Cu, Zn, Sr, Pb); B. umbellatus (по Cr, Sr и Pb). Влияние на наибольшее число видов водной растительности было проявлено по Pb, наименьшее по Zn. Таблица 3 Концентрации ТМ в растениях со взвесью (Р), растениях без взвеси (Рб) и эпифитовзвеси (ЭВ) в реке Москве Река Москва Сr Сo Ni Сu Zn Sr Сd Pb N. lutea Р 7,31 0,38 9,00 1,28 18,35 0,11 0,04 0,74 Рб 5,90 0,16 3,44 0,94 13,06 0,11 0,03 2,09 ЭВ 15,76 2,40 12,38 18,57 0,49 0,13 0,38 8,74 P. lucens Р 8,71 1,41 6,73 3,23 16,83 0,11 0,13 3,09 Рб 5,86 0,81 11,15 4,23 29,25 0,11 0,11 2,77 ЭВ 10,49 2,13 0,25 4,11 39,95 0,10 0,97 4,29 P. perfoliatus Р 6,29 1,14 5,11 3,26 20,88 0,11 0,15 2,17 Рб 9,34 1,27 22,86 4,02 38,30 0,13 0,23 0,84 ЭВ 16,60 3,42 0,30 5,91 53,14 0,12 4,73 4,85 T. latifolia Р 6,64 0,19 3,15 1,28 8,66 6,14 0,04 0,53 Рб 7,82 0,22 3,45 2,44 32,66 6,51 0,02 0,31 ЭВ 10,41 1,75 33,33 21,90 0,36 0,12 3,05 4,28 C. demersum Р 7,53 1,45 9,33 3,82 20,92 0,11 0,22 4,18 Рб 6,44 2,73 10,06 3,70 61,96 0,11 0,30 1,08 ЭВ 0,10 6,01 0,29 13,16 0,62 0,11 3,74 11,85 S. sagittifolia Р 6,37 0,23 2,81 2,23 21,79 3,13 0,04 4,57 Рб 5,51 0,34 2,84 1,84 17,49 0,11 0,05 3,24 ЭВ 13,52 3,73 10,18 12,61 105,59 0,15 2,18 4,89 B. umbellatus Р 7,47 0,53 3,41 1,71 6,25 0,13 0,10 0,53 Рб 5,72 0,55 3,72 2,05 11,29 0,11 0,14 0,33 ЭВ 13,13 2,02 13,41 21,05 0,47 0,13 0,85 4,33 На рисунках 5-6 изображены диаграммы с распределением ТМ во всех растениях р. Москвы с разным способом пробоподготовки - с эпифитовзвесью и без эпифитовзвеси. Средние значения для Cr, Co, Cu, Cd практически не отличаются, близки друг к другу и средние значения для Sr. Тест Уилкоксона не выявил достоверных различий между образцами по всем исследуемым металлам. Рис. 5. Концентрации Cr, Ni, Cu, Zn в растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) Бóльшая разница в накоплении Ni (в 1,5 раза), Zn (в 1,8 раза) и Pb (в 1,5 раза) между отмытыми и не отмытыми растениями. Ni и Zn больше в макрофитах без ЭВ, а Pb в макрофитах с ЭВ. За исключением N. lutea, ЭВ со всех остальных растений и сами макрофиты содержалали Pb в более высоких концентрациях (в 1,8 раз) по сравнению с очищенными от ЭВ растениями. Этот факт говорит о том, что концентрации Pb во взвеси влияют на концентрации Pb в не отмытых образцах проб. Диаграммы размаха величин стандартного отклонения полностью перекрывают друг друга. Сравнение видов макрофитов реки с использованием теста Уилкоксона показало, что внутри каждого вида, за исключением T. latifolia нет разницы в выборках, и они отобраны из одной генеральной совокупности. Рис. 6. Концентрации Co, Pb, Sr, Cd в растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) В Можайском водохранилище для анализа были отобраны следующие виды макрофитов: P. amphibia, S. emersum, P. lucens, C. demersum, B. umbellatus и E. fluviatile. Всего было сопоставлено 6 видов макрофитов и 8 ТМ - 48 сравнений. В 73% случаев отмечалось наличие более высокой концентрации ТМ в ЭВ, по сравнению с концентрациями в образцах отмытых макрофитов. В 27 случаях из 48 высокая концентрация ТМ в ЭВ сопровождалась и высоком содержанием металлов в не очищенном растении, при более низких концентрациях ТМ в макрофитах без ЭВ. Взвесь оказывала влияние на все виды высшей водной растительности: P. amphibia (по всем металлам, за исключением Sr); S. emersum (по Co, Cu, Sr, Cd, Pb); P. lucens (по Cu, Zn, Pb); C. demersum (по Cu, Pb); B. umbellatus (по Cr, Co, Cu, Cd, Pb); E. fluviatile (по Cr, Co, Sr, Cd, Pb). По наибольшему числу металлов взвесь оказывает влияние на вид P. amphibia, а на наибольшее число видов ЭВ влияет по параметру - Pb. Таблица 4 Концентрации ТМ в растениях со взвесью (Р), растениях без взвеси (Рб) и эпифитовзвеси (ЭВ) в Можайском водохранилище Можайское вдхр. Сr Сo Ni Сu Zn Sr Сd Pb P. amphibia Р 12,02 1,81 8,04 2,56 12,32 0,12 0,05 0,60 Рб 9,22 0,54 2,48 1,80 8,45 0,13 0,01 0,15 ЭВ 12,89 1,2 5,7 5,98 69,32 4,8 1,87 7,32 S. emersum Р 11,07 2,07 5,36 5,30 33,78 0,13 0,06 0,98 Рб 4,28 0,32 1,92 2,48 15,23 0,11 0,04 0,32 ЭВ 0,13 9,64 0,36 35,89 0,79 0,14 5,42 18,01 P. lucens Р 3,29 0,45 6,70 1,14 11,16 0,11 0,05 1,06 Рб 4,76 1,90 2,59 0,77 10,19 0,11 0,06 0,20 ЭВ 13,92 3,08 0,47 9,26 53,83 0,14 0,31 4,24 C. demersum Р 9,55 3,20 1,97 3,81 36,89 0,11 0,13 1,61 Рб 12,38 4,33 5,88 1,96 36,73 0,20 0,16 0,66 ЭВ 0,27 9,21 0,41 20,94 0,75 0,12 2,28 10,25 B. umbellatus Р 8,53 0,71 3,81 5,61 32,08 5,92 0,03 0,48 Рб 7,45 0,27 3,07 4,49 53,25 8,02 0,02 0,15 ЭВ 10,14 3,64 0,38 10,93 0,98 0,14 1,21 10,82 E. fluviatile Р 9,72 1,35 4,27 11,05 29,77 0,12 0,46 1,02 Рб 5,94 0,35 2,33 11,56 35,12 0,11 0,41 0,26 ЭВ 18,51 5,76 0,47 15,53 0,85 0,13 0,49 6,87 На рисунках 7-8 представлены сходства и различия в накоплении металлов всех изучаемых в водохранилище растений с ЭВ и без ЭВ. Проведенный анализ выборок с использованием непараметрического теста Уилкоксона выявил достоверные различия только в накоплении Pb. Установлено, что среднеарифметические значения не отличаются для таких металлов, как: Zn, Cd, отличаются не значительно для: Cr, Co, Cu, Sr. Рис. 7. Концентрации Cr, Ni, Cu, Zn в растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) Наибольшие различия в степени накопления характерны для Pb - в 3,3 раза больше в макрофите с ЭВ, а также для Ni - в 1,7 раза больше, в макрофите с ЭВ. В случае со свинцом, как уже упоминалось выше - концентрации данного металла во всех рассматриваемых видах, не очищенных от взвеси, а также в самой взвеси выше, чем в растениях без ЭВ. В данном случае имеет место значительное влияние ЭВ на накопление ТМ макрофитом. Рассматривая более детально накопление Ni можно отметить, что для всех видов, за исключением P. amphibia, характерно низкое содержание металла во взвеси. Значительные концентрации Ni содержатся в не отмытых растениях S. emersum, P. lucens и E. fluviatile, однако, во взвеси этих растений металла содержится не много 0,36-0,47 мг/кг, по сравнению с концентрацией в макрофитах 4,27-6,7 мг/кг и влияние взвеси на концентрации Ni не значительны. Сдвиг среднего по Ni обусловлен влиянием взвеси с макрофита P. amphibia, а также большим разбросом концентраций в других макрофитах, очевидно из-за разного проявления видовой специфичности в накоплении Ni. Рис. 8. Концентрации Co, Pb, Sr, Cd в растениях с ЭВ (закрашенные прямоугольники) и в растениях без ЭВ (не закрашенные прямоугольники) Как и в случае с другими водными объектами, размах стандартного отклонения от среднего для растений со взвесью и без перекрывается для Cr, Ni, Cu, Zn, Cd, Co, Sr. В случае с Pb (на что указал и тест Уилкоксона) существуют отличия в накоплении данного металла. Величины стандартного отклонения не перекрываются при определении свинца в макрофитах, очищенных от взвеси против макрофитов со взвесью. С большой вероятностью здесь можно получить значения, сильно отличающиеся друг от друга. Исследования накопления металлов внутри видов с использованием теста Вилкоксона для сравнения двух зависимых выборок указывает на наличие достоверных отличий при определении концентраций ТМ в отмытом и не отмытом от взвеси P. amphibia, а также S. emersum. Влияние взвеси сильно сказывается на распределение и накопление металлов в этих видах водных растений. Рассматривая различные растения, обитающие в пределах одного водного объекта, а также их ЭВ можно заключить, что взвесь в 44% случаев оказывает прямое влияние (чем больше во взвеси, тем больше в макрофите со взвесью) на измеряемые концентрации ТМ в растениях. Однако, влияние это оказывается не столь велико. Самые значительные изменения были зафиксированны нами по показателю Pb в макрофитах Можайского водохранилища, а внутривидовой специфичности, для растений в Барском пруду - P. perfoliatus, M. spicatum, для растений в р. Москве - T. latifolia, для растений в Можайском водохранилище - P. amphibia, S. emersum. Изучаемые растения различны по своему морфологическому строению, размеру, способности нормально расти и развиваться в водных условиях. В зависимости от принадлежности к той или иной экологической группе накопление металлов и взвеси на них может варьироваться (Рис. 9-12). Виды P. perfoliatus, M. spicatum, E. сanadensis и P. lucens являются полностью погруженными в воду и укореняются в грунте, что позволяет им накапливать ТМ как из воды, так и из донных отложений (ДО). Растения этой экологической группы больше других подвержены влиянию гидравлического осаждения взвеси, которое происходит за счет снижения скорости течения в растительном слое по сравнению со скоростью потока над растительностью за счет сопротивления, оказываемого макрофитами. Рис. 9. Отношение концентраций ТМ в очищенных погруженных укореняющихся мактрофитах (Рб) к концентрациям ТМ в их взвеси (ЭВ). Представители свободно плавающих в толще воды видов в данном исследовании это - C. demersum, имеют в листьях и стеблях развитую губчатую ткань, которая обладает высокими сорбционными свойствами, а воздухоносные полости позволяют растениям находится во взвешенном состоянии. Такие виды не накапливают ТМ из ДО, с током воды они способны перемещаться по водоему и водотоку (как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости до 9 м.). Не смотря на не большие размеры по сравнению с погруженными или воздушно-водными растениями C. demersum имеют большую площадь поверхности за счет многочисленных ветвящихся стеблей и мелких листьев, на которых может осаждаться большой объем ЭВ. Рис. 10. Отношение концентраций ТМ в очищенных плавающих в толще воды мактрофитах (Рб) к концентрациям ТМ в их взвеси (ЭВ). Воздушно-водные растения с плавающим листом N. lutea, S. sagittifolia нередко могут иметь как большие жесткие плавающие листья, так и подводные, более мелкие и нежные, которые существуют у них не весь вегетационный период. Представители этой группы (включая P. amphibia) имеют длинные, прямые стебли и черешки листов, основная часть ЭВ располагается на плавающих на поверхности воды листьях, причем в основном на обратной стороне листа, которая примыкает к водной поверхности. Гидравлическое осаждение играет гораздо меньшую роль в накоплении взвеси на данных видах, большее значение имеет формирование студенистых образований на поверхности листьев и развивающийся на них перифитон. Рис. 11. Отношение концентраций ТМ в очищенных мактрофитах с плавающим на поверхности воды листом (Рб) к концентрациям ТМ в их эпифитовзвеси (ЭВ) Виды E. fluviatile, T. latifolia, B. umbellatus, S. emersum не смотря на свою большую биомассу по сравнению с остальными рассмотренными группами растений могут иметь на своей поверхности довольно скудный объем ЭВ. Это обусловлено тем, что данные растения являются воздушно-водными и значительная их часть выступает над поверхностью воды, не участвуя в осаждении ЭВ. К тому же, для данных видов характерно обитание на не больших глубинах у берега. Учитывая данные особенности растений, были проведены сравнения накопления ТМ в отмытых от взвеси растениях с накоплением металлов в растениях с ЭВ с учетом их принадлежности к определенным экологическим группам. Расчеты показали, что по значению W критерия отличия существуют только в группе укореняющихся растений с плавающим листом (p<0,01), что может быть вызвано недостаточно большой выборкой. Рис. 12. Отношение концентраций ТМ в очищенных воздушно-водных мактрофитах (Рб) к концентрациям ТМ в их эпифитовзвеси (ЭВ). Описывая тенденции, которые наблюдаются внутри групп растений важно отметить, что для погруженных укореняющихся макрофитов (Рис. 9) были характерны бóльшие концентрации Co, Cu, Pb во взвеси, чем в растениях без ЭВ. В C. demersum, без ЭВ (Рис. 10), обитающем в толще воды и способном только прикрепляться ризоидами к субстрату большие концентрации Zn и Sr, а также предположительно Cr и Ni, взвесь с этого вида в большинстве случаев отличалась наличием высоких концентраций Co и Pb. Укореняющиеся макрофиты с плавающим листом значительно отличались от растений остальных трех групп, как видно из рисунка концентрации всех металлов (Рис. 11), за исключением Zn были выше во взвеси. В очищенных воздушно-водных представителях (Рис. 12) больше Zn чем в их взвеси, которая более богата Co, Cd, Pb и большинстве случаев Cu. Во всех остальных случаях сложно говорить об однозначности приоритета в величинах концентраций ТМ. Наиболее близкие значения должны иметь концентрации ТМ, измеренные в растениях и во взвеси с растений одного вида. В настоящем исследовании растения одинаковых видов были отобраны на различных водных объектах: P. perfoliatus в Барском пруду, р. Москве и оз. Глубокое; E. fluviatile в Можайском водохранилище, Барском пруду и оз. Глубокое; E. сanadensis в Барском пруду и оз. Глубокое; C. demersum во всех водоемах и р. Москве; P. lucens и B. umbellatus - в р. Москве и Можайском водохранилище. В связи с этим, концентрации ТМ в одних и тех же видах будут варьировать в зависимости от гидрологических и гидрохимических характеристик того или иного водного объекта, в котором они растут, что вызывает сложности в сопоставлении между собой одних видов из разных объектов. Однако, в данном случае с практической точки зрения хотелось бы выявить общие закономерности в распределении ТМ между взвесью и макрофитом, которые не изменяются при различных местах обитания. В особенности важны случаи, при которых концентрации ТМ выше во взвеси, это прямым образом может влиять на концентрации ТМ в макрофитах. По результатам исследования выявлены закономерности, при которых: в ЭВ с C. demersum выше концентрации Pb, Co; во взвеси с P. perfoliatus выше концентрации Co, Ni, Cu; взвесь с E. fluviatile более обогащена такими металлами, как Cr, Co, Cd, Pb; в ЭВ с E. сanadensis преобладают Co, Cu, Pb; взвесь, очищенная с P. lucens более насыщенна Cr, Co, Zn, Cd, Pb, а ЭВ с воздушно-водного B. umbellatus имеет высокие концентрации Cr, Co, Cu, Cd, Pb. Таким образом, можно заключить, что разные условия обитания наименее всего влияют на Pb и Co во взвеси, где их всегда больше, чем в макрофите без ЭВ. Этот факт был отмечен и другими авторами [12, 120], изучающими макрофиты и поглощение ими Pb. Объяснение этого явления заключается в нахождении свинца не в составе раствора, а в составе твердых частиц, которые и формируют взвесь. При определении концентраций ТМ в макрофите с ЭВ велика вероятность получить завышенные взвесью концентрации Pb. Концентрации Sr во всех рассмотренных компонентах в большинстве случаев находились на уровне 0,12-0,21 мг/кг, однако в некоторых случаях могли сильно увеличиваться в 10 и более раз, что требует большей тщательности в изучении накопления данного металла. Эпифитовзвесь несомненно обогащена тяжелыми металлами и играет роль их поставщика в организм растения. Однако, влияние взвеси оказывается не столь существенным чтобы значительно изменять концентраций ТМ в макрофитах. Были отмечены локальные случаи различия в концентрациях ТМ между растениями с ЭВ и растениями без ЭВ (Барский пруд - P. perfoliatus, M. spicatum; р. Москва - T. latifolia; Можайское водохранилище - P. amphibia, S. emersum). Установлено, что взвесь имеет потенциал оказывать влияние на увеличение концентраций в макрофите Co, Cu, Pb, Cd, независимо от принадлежности к экологической группе, а закономерно высокие концентрации Pb и Co отмечены для ЭВ разных водных объектов. Таким образом, при анализе макрофитов на Co, Cu, Pb, Cd рекомендуется отмывать растения от взвеси. При определении Sr для получения достоверных значений предлагается анализировать несколько параллельных образцов в связи со значительной вариабельностью данного металла как в растениях, так и во взвеси. Для таких металлов, как: Zn, Ni, Cr не выявлено существенного влияния взвеси на их концентрации в макрофитах. Полученные результаты могут быть использованы для уточнения концентраций ТМ при сопоставлении результатов различных исследований.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.