Материалы и методы. Отбор проб кустистых эпифитных лишайников производился на территории Республики Карелия в мае-сентябре 2010 г. (рис. 1; табл. 1). Всего было отобрано 18 проб кустистых эпифитных лишайников. Пробы отбирали с тонких ветвей на высоте 1,5-2 м над уровнем почвенного покрова не менее чем с 10 расположенных рядом деревьев. Во избежание загрязнения отбор проб производился в одноразовых полиэтиленовых перчатках.
Рис. 1. Расположение точек отбора проб лишайников
В лаборатории пробы были высушены в сушильном шкафу при температуре 30-35 ºC, очищены от примесей с помощью пинцета и растерты в агатовой ступке. Растертые пробы были разложены смесью концентрированных ультрачистых H2O2, HNO3 и HF в тефлоновых контейнерах с использованием микроволновой печи. Элементный состав наших проб был определён методом атомно-абсорбционного анализа. Содержание Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Pb, Al определяли на атомно-абсорбционном спектрометре КВАНТ-2А (пламенный вариант), а Co, Cd, Sb на спектрометре КВАНТ-Z.ЭТА (в графитовой кювете). Контроль качества измерений проводился с помощью международных стандартов CRM-482 и NIST-1515.
Таблица 1 - Места отбора и видовой состав кустистых эпифитных лишайников
|
№ пробы |
№ точки |
Место |
Широта, с.ш. |
Долгота, в.д. |
Вид |
|
1 |
1 |
Олонецкий район, Михайловское |
60º59,361´ |
33º48,783´ |
Bryoria fuscescens |
|
2 |
Usnea dasypoga |
||||
|
3 |
2
|
Прионежский район, Падозеро |
61º54,674´ |
33º55,447´ |
Bryoria fuscescens |
|
4 |
Usnea dasypoga |
||||
|
5 |
Bryoria capillaris |
||||
|
6 |
3 |
Сортавальский район, Вяртсиля |
62º09,092´ |
30º50,723´ |
Bryoria. implexa |
|
7 |
Alectoria sarmentosa |
||||
|
8 |
4 |
Суоярвский район |
62º25,406´ |
31º29,421´ |
Bryoria fuscescens |
|
9 |
5 |
Суоярвский район, Клюшина гора |
63º00,352´ |
32º07,685´ |
Bryoria fuscescens |
|
10 |
Alectoria sarmentosa |
||||
|
11 |
6 |
Калевальский район, Кепа |
64º54,947´ |
32º14,174´ |
Bryoria fuscescens |
|
12 |
Bryoria capillaris |
||||
|
13 |
12 |
Лоухский район, окрестности ББС МГУ |
66º33,089´ |
33º06,850´ |
Bryoria fuscescens |
|
14 |
Bryoria capillaris |
||||
|
15 |
14 |
66º32,770´ |
33º06,222´ |
Bryoria fuscescens |
|
|
16 |
15 |
66º32,912´ |
33º06,131´ |
Bryoria fuscescens |
|
|
17 |
16 |
66º32,417´ |
33º09,879´ |
Bryoria fuscescens |
|
|
18 |
19 |
66º32,914´ |
33º07,414´ |
Bryoria fuscescens |
Результаты и их обсуждение. Результаты атомно-абсорбционного анализа приведены в табл. 2. Сравнение элементного состава бурых (Bryoria fuscescens, Bryoria implexa) и зеленых (Alectoria sarmentosa, Bryoria capillaris) лишайников, отобранных в одних и тех же точках, показывает, что накопление тяжелых металлов в них происходит по-разному. В частности, обнаружены следующие статистически значимые различия: в бурых лишайниках содержание Fe, Ni, Co и Zn в 1,3-3,3 раза выше, чем в зеленых, а в зеленых - в 1,9 раза выше содержание Sb. Все 18 проб были разбиты на 5 групп по территориальному признаку (рис. 1). На рис. 2 приведены отклонения средних значений содержания тяжелых металлов, рассчитанных для проб, объединенных в группы по их расположению, от средних значений, рассчитанных по всем 18 рассматриваемым пробам (табл. 2).
В окрестностях Беломорской биологической станции им. Н.А. Перцова Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова (ББС МГУ) в кустистых эпифитах сравнительно много Cu и Co (основным их источником, по модельным оценкам, является Мончегорский медно-никелевый комбинат «Североникель»), но мало Mn. В то же время в лишайниках, собранных около Падозера, много Mn, но мало Co и Sb. На юго-западе Карелии, вблизи границы с Финляндией, в лишайниках относительно высокое содержание Zn, источники которого могут находиться в Финляндии. Пробы, отобранные вблизи Ладожского озера (расположенные ближе всего к промышленным районам Ленинградской области и центральной части Европейской территории России), характеризуются самым высоким содержанием Sb, Cd и Pb, но низким содержанием Co. В расположенном значительно севернее районе Кепа в лишайниках отмечено повышенное содержание Fe, Al и Co (типичных литогенных элементов) и пониженное содержание Sb, Cd и Pb (типичных антропогенных загрязнений). По-видимому, здесь сказывается влияние карьера и отвалов Костомукшского горно-обогатительного комбината [4].
Таблица 2 - Содержание химических элементов в кустистых эпифитных лишайниках Карелии, мкг/г сухого веса
|
Al |
Mn |
Fe |
Co |
Ni |
Cu |
Zn |
Cd |
Sb |
Pb |
|
|
1 |
200 |
110 |
200 |
0,02 |
1,5 |
2,1 |
37,6 |
0,07 |
0,158 |
1,5 |
|
2 |
215 |
125 |
240 |
0,03 |
1,3 |
2,2 |
31 |
0,162 |
0,439 |
3,1 |
|
3 |
170 |
132 |
210 |
0,01 |
2,3 |
1,7 |
29,4 |
0,043 |
н.о. |
1,8 |
|
4 |
155 |
157 |
205 |
н.о.* |
2,1 |
1,9 |
42 |
0,024 |
н.о. |
0,1 |
|
5 |
204 |
192 |
230 |
н.о. |
1,7 |
3,3 |
27,8 |
0,037 |
0,033 |
2,3 |
|
6 |
185 |
60 |
175 |
0,19 |
1,6 |
1,6 |
26,1 |
0,039 |
0,127 |
1,2 |
|
7 |
135 |
140 |
128 |
0,09 |
3 |
2,1 |
96 |
0,085 |
0,014 |
1,9 |
|
8 |
155 |
57 |
180 |
0,06 |
1,2 |
2,2 |
36 |
0,03 |
н.о. |
1,3 |
|
9 |
175 |
120 |
130 |
0,03 |
0,85 |
2,2 |
360 |
0,073 |
н.о. |
0,48 |
|
10 |
570 |
107 |
104 |
н.о. |
0,8 |
1,5 |
31 |
0,05 |
0,036 |
1,5 |
|
11 |
850 |
94 |
1180 |
0,27 |
2,7 |
4 |
42 |
н.о. |
н.о. |
0,4 |
|
12 |
215 |
88 |
310 |
0,08 |
1,6 |
2,9 |
30,2 |
0,015 |
0,01 |
0,1 |
|
13 |
146 |
14,8 |
260 |
0,27 |
2,8 |
8,4 |
200 |
0,097 |
0,018 |
3,1 |
|
14 |
140 |
23 |
145 |
0,2 |
1,6 |
5,4 |
49 |
0,055 |
0,094 |
2,1 |
|
15 |
364 |
54 |
188 |
0,15 |
1,3 |
4 |
23,2 |
0,046 |
н.о. |
0,82 |
|
16 |
220 |
50 |
208 |
0,07 |
0,94 |
4,2 |
27,3 |
0,043 |
0,014 |
0,1 |
|
17 |
120 |
30,7 |
137 |
0,24 |
0,97 |
3,5 |
16,6 |
0,033 |
0,132 |
0,97 |
|
18 |
150 |
34,5 |
176 |
0,25 |
2,8 |
6,7 |
25,4 |
0,033 |
н.о. |
0,22 |
|
Мин.** |
120 |
14,8 |
104 |
0,01 |
0,8 |
1,5 |
16,6 |
0,015 |
0,01 |
0,1 |
|
Макс.*** |
850 |
192 |
1180 |
0,27 |
3 |
8,4 |
360 |
0,162 |
0,439 |
3,1 |
|
Среднее |
243 |
88,2 |
245 |
0,13 |
1,7 |
3,3 |
62,8 |
0,055 |
0,098 |
1,27 |
|
Ст.откл.**** |
185 |
50,6 |
239 |
0,10 |
0,7 |
1,9 |
85,3 |
0,035 |
0,126 |
0,97 |
* н.о. - ниже предела обнаружения
** Мин. - минимальное значение
*** Макс. - максимальное значение
**** Ст.откл. - стандартное отклонение
Для оценки роли различных источников в формировании состава проб были рассчитаны коэффициенты обогащения лишайников (КО) элементами относительно среднего состава земной коры по формуле:
КО = (Эл./Al)проба / (Эл./Al)земная кора,
где Эл. и Al - концентрации интересующего нас элемента и алюминия в пробе и в континентальной земной коре [10] соответственно. КО показаны на рис. 3.
Рис. 2. Пространственные различия отклонения содержания химических элементов в лишайниках в точках отбора (номера точек соответствуют номерам в табл. 1)
Рис. 3. Коэффициенты обогащения лишайников относительно среднего состава континентальной земной коры (минимальные, средние, максимальные)
Для Fe и Co значения КО не превышают 10, что говорит о преимущественно литогенном источнике их поступления. Обогащение Mn во всех пробах происходит из-за того, что он участвует в синтезе хлорофилла и обильно поглощается растениями.
Sb, Cd, Zn и Pb имеют КО, превышающие 10 во всех пробах, значит, скорее всего, их источник поступления - антропогенный, и поступают они в район исследований за счет дальнего атмосферного переноса [1]. Также для эпифитов Карелии характерны повышенные КО Cu и Ni. Наибольшие КО Cu и Ni наблюдаются в районе ББС МГУ (которая расположена на расстоянии 150 км от г. Мончегорска). Также в районе ББС МГУ повышенные КО кобальта и кадмия, что, по-видимому, связано с воздействием металлургической промышленности Кольского полуострова.
В пробах, отобранных вблизи ББС МГУ, наблюдаются пониженные коэффициенты обогащения марганца. Средний КО марганца для выборки составляет 47, в то время как вблизи ББС МГУ КО марганца варьируется от 10 до 27. В пробах, отобранных вблизи от береговой линии, наблюдаются повышенные КО Cu, Ni, Co, Zn и Cd, что может быть связано как с воздействием морского аэрозоля, так и с воздействием Мончегорского комбината.
По результатам кластерного анализа элементы разделяются на три группы:
1. Al и Fe - литогенные элементы, связанные в основном с переносом пыли.
2. Cu, Co и Ni - ассоциация элементов, характерная для медно-никелевых руд.
3. Pb, Cd и Sb - элементы, для которых характерен общий механизм переноса от удаленных антропогенных источников.
Выводы
- Концентрации химических элементов в эпифитных лишайниках Карелии варьируются в широком диапазоне и зависят от места их произрастания. Химический состав лишайников определяется в основном поставкой веществ из атмосферы и зависит от воздействия различных источников: литогенный, морской, антропогенный.
- Для железа и кобальта основным источником поступления является литогенный источник. Наибольшее влияние литогенной пыли наблюдаются в районах Клюшина гора и Кепа.
- Дальний атмосферный перенос оказывает существенное влияние на концентрации таких элементов, как свинец, цинк, кадмий, сурьма.
- Для меди, кобальта и никеля существенное влияние на лишайники Северной Карелии оказывает металлургическая промышленность Кольского полуострова. В районе ББС МГУ к антропогенному источнику меди и никеля добавляется влияние морских аэрозолей.
Работа выполнена при финансовой поддержке Отделения наук о Земле РАН (проект «Наночастицы») в рамках реализации ФЦП «Кадры» (мероприятие 1.4), а также российско-германской Лаборатории имени Отто Шмидта и РФФИ (проект № 11-05-00300). Авторы признательны академику А.П. Лисицыну за поддержку, М.П. Журбенко за определение видового состава лишайников, М.И. Русановой за участие в обработке проб и Н.С. Маториной и О.В. Ромашковой за помощь в выполнении атомно-абсорбционного анализа.
Рецензенты:
- Савенко В.С., д.г.-м.н., ведущий научный сотрудник географического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова, г. Москва.
- Тишков А.А., д.г.н., профессор, заместитель директора Института географии РАН, г. Москва.
Работа получена 03.08.2011