Геохимия, 2022, T. 67, № 3, стр. 274-287

Роль бриофитов в миграции урана, радия-226 и щелочноземельных элементов в таежных водных и наземных экосистемах

Л. М. Шапошникова a*, Н. Г. Рачкова a**

a Институт биологии Коми НЦ УрО РАН
167982 Сыктывкар, ул. Коммунистическая, 28, Россия

* E-mail: shaposhnikova.l.m@ib.komisc.ru
** E-mail: rachkova@ib.komisc.ru

Поступила в редакцию 09.03.2020
После доработки 16.09.2020
Принята к публикации 03.11.2020

Аннотация

Статья посвящена исследованию закономерностей включения компонентов техногенных загрязнений в биомассу бриофитов. В работе представлены результаты химического фракционирования образцов водных (Calliergon giganteum) и наземных (Sphagnum girgensohnii, Pleurozium schreberi) мхов северотаежных экосистем, нарушенных в результате добычи радия, с целью оценки барьерной роли бриофитов в миграции радионуклидов U, 226Ra и его элементов-аналогов Са, Mg, Sr и Ва в загрязненных природных комплексах. Результаты исследования показали, что во фракциях, экстрагируемых из свежей биомассы мхов растворами 1 M CH3COONH4 (рН 7) и 0.1 М H2SO4, доля U составила 4–41% от его общего содержания в бриофитах. Во фракциях, выделяемых в результате разложения образцов мха 30%-ной Н2О2, обнаруживалось 46–55% его общего содержания. В отличие от урана, аккумулирующая способность бриофитов в отношении щелочноземельных элементов преимущественно связана с катионным обменом. Это подтверждается повышенным содержанием элементов II группы во мхах, произрастающих на почвах с высоким содержанием обменных оснований, а также более значительным их содержанием в “обменных” фракциях, экстрагируемых из бриофитов раствором 1 M CH3COONH4. Среди щелочноземельных элементов менее всего извлекался из образцов бриофитов Ва. Суммарное его содержание во фракциях 1 M CH3COONH4 и 0.1 М H2SO4 составило 26–47% от общего содержания элемента во мхах. Суммарная доля Са, Mg и Sr в этих экстрактах была выше и составила 66–88%, доля 226Ra варьировала от 40 до 74%. Таким образом, интенсивность включения в биомассу мхов U, 226Ra, Ba, Са, Mg и Sr из загрязненных сред различается. Биогеохимически наименее подвижны U и Ва, что свидетельствует о значимой барьерной роли бриофитов по отношению к ним. Щелочноземельные элементы по возрастанию биогеохимической подвижности в изученных системах можно расположить в ряд Ba < 226Ra < Sr < Ca < Mg, что подтверждается значениями их коэффициентов накопления мхами и не противоречит основным закономерностям ионного обмена в почвах.

Ключевые слова: радий, уран, щелочноземельные элементы, мхи, биогеохимический барьер, химическое фракционирование

Список литературы

  1. Алексахин Р.М., Архипов Н.П., Бархударов Р.М., Василенко И.Я., Дричко В.Ф., Иванов Ю.А., Маслов В.И., Маслова К.И., Никифоров В.С., Поликарпов Г.Г., Попова О.Н., Сироткин А.Н., Таскаев А.И., Тестов Б.В., Титаева Н.А., Февралева Л.Т. (1990) Тяжелые естественные радионуклиды в биосфере: Миграция и биологическое действие на популяции и биогеоценозы. М.: Наука, 368 с.

  2. Антропогенные изменения экосистем Западно-Сибирской газоносной провинции (Под ред. Н.Г. Москаленко) (2006). М., Изд-во Ин-та криосферы Земли СО РАН, 358 с.

  3. Артемкина Н.А. (2017) Химический состав мхов Мурманской области. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 14, 382-385.

  4. Асылбаев И.Г., Хабиров И.К. (2016) Содержание щелочных и щелочноземельных металлов в почвах Южного Предуралья. Почвоведение. (1), 29-38.

  5. Баранов В.И., Морозова Н.Г. (1971) Поведение естественных радионуклидов в почвах. Современные проблемы радиобиологии. М.: Атомиздат, 13-40.

  6. Безносиков В.А., Лодыгин Е.Д., Шуктомова И.И. (2017) Искусственные и естественные радионуклиды в почвах южно- и среднетаежных подзон Республики Коми. Почвоведение. (7), 824-829.

  7. Бондарева Л.Г., Субботин М.А. (2016) Процессы ассимиляции трития водными растениями Elodea canadensis и Lemna minor./ Радиационная биология. Радиоэкология. 56(4), 440-446.

  8. Болсуновский А.Я., Дегерменджи А.Г. (2013) Сравнение миграционной способности урана и техногенных радионуклидов в донных отложениях реки Енисей. ДАН. 5(448), 571-575.

  9. Броварова О.В., Кочева Л.С., Карманов А.П., Шуктомова И.И., Рачкова Н.Г. (2004) Исследование физико-химических свойств сорбентов на основе растительного сырья. ИВУЗ, Лесной журнал. (4), 112-121.

  10. Головацкая Е.А., Никонова (Абзалимова) Л.Г. (2013) Разложение растительных остатков в торфяных почвах олиготрофных болот. Вестник Томского государственного университета. Биология. 3(23), 137-151.

  11. Добролюбская Т.С. (1962) Люминесцентный метод. Аналитичческая химия урана. М.: Наука, 143-165.

  12. Ермаков В.В., Гуляева У.А., Тютиков С.Ф., Кузьмина Т.Г., Сафонов В.А. (2017) Биогеохимия кальция и стронция в ландшафтах Восточного Забайкалья Геохимия. (12), 1115-1127.

  13. Ermakov V.V., Gulyaeva U.A., Tyutikov S.F., Kuz’mina T.G., Safonov V.A. (2017) Biogeochemistry of calcium and strontium in the landscapes of eastern Transbaikalia. Geochem. Int. 55(12), 1105-1117.

  14. Кичигин А.И., Таскаев А.И. (2004) “Водный промысел”: история производства радия в Республике Коми (1931–1956 гг.). Вопросы истории естествознания и техники. (4), 3-30.

  15. Кочева Л.С., Карманов А.П., Шуктомова И.И. и др. (2002) Новые сорбенты растительного происхождения. Экология северных территорий России: проблемы, прогноз ситуации, пути развития, решения: Материалы международной конференции. Архангельск: Изд-во “Правда Севера”, 429-432.

  16. Куликов Н.В., Молчанова И.В., Караваева Е.Н. (1990) Радиоэкология почвенно-растительного покрова. Свердловск: УрО АН СССР, 170 с.

  17. Литвинович А.В., Лаврищев А.В., Буре В.М., Павлова О.Ю. (2015) Интенсивность миграции кальция из дерново-подзолистой супесчаной почвы, произвесткованной различными дозами мелиоранта (по данным модельного опыта). Агрохимия. (6), 84-89.

  18. Москаленко Н.Г. (2011) Динамика лесных экосистем Западно-сибирской газоносной провинции. Освоение Севера и проблемы природовосстановления: Сборник докладов VIII Всероссийской научной конференции. Сыктывкар: Изд-во Коми НЦ УрО РАН, 192 с.

  19. Носкова Л.М., Шуктомова И.И., Симакова Ю.С. (2010) Моделирование процессов биологического поглощения урана и радия в условиях техногенного загрязнения. Экология. (5), 365-371.

  20. Перельман А.И., Касимов Н.С. (1998) Геохимия ландшафта. М., 1998. 596 с

  21. Подтероб А.П. (2008) Определение катионообменной емкости некоторых видов растительного сырья и материалов на его основе. Вестник БГУ. Серия (2. 3), 76-81.

  22. Протасова Н.А., Беляев А.Б. (2001) Химические элементы в жизни растений. Соросовский образовательный журн. 7 (3), 25-32.

  23. Путилина В.С., Галицкая И.В., Юганова Т.И. (2014) Сорбционные процессы при загрязнении подземных вод тяжелыми металлами и радиоактивными элементами. Уран. Экология. Серия аналитических обзоров мировой литературы. 103, 1-127.

  24. Пучкова E.В., Еремин В.В., Богданова О.Г., Гимельбрант Д.Е., Cтепанчикова И.С. (2017) Распределение полония-210 в талломах лишайников. Радиохимия. 59(2), 189-192.

  25. Рачкова Н.Г., Шапошникова Л.М. (2019) Формы нахождения урана в почве, поверхностных водах и донных отложениях района бывшего радиевого промысла. Успехи современного естествознания. (10), 107-112.

  26. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И. (2006) Роль сорбентов в процессах трансформации соединений урана, радия и тория в подзолистой почве. СПб.: Наука, 146 с.

  27. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И. (2013) Сравнительный анализ миграционной способности и концентрирования природного урана в экосистемах рек Печорского бассейна. Радиационная биология. Радиоэкология. 53(1), 84-94.

  28. Рачкова Н.Г., Шуктомова И.И., Карманов А.П. (2016) Фазовое распределение радия-226 в поверхностных водах района расположения бывшего радий добывающего предприятия. Бутлеровские сообщения. 45(3), 60-67.

  29. Русанова Г.В. (1972) Содержание радия в некоторых почвах района повышенной радиации и влияние удобрений на его подвижность. Радиоэкологические исследования в природных биогеоценозах. М.: Наука, 22-32.

  30. Русанова Г.В., Верховская И.Н. (1972) Распределение и миграция кальция как представителя щелочноземельных элементов в почвах подзолистого типа. Радиоэкологические исследования в природных биогеоценозах. М.: Наука, 23-41.

  31. Сергеева В.В., Мельникова Е.В. (2012) Мхи как индикаторы содержания техногенных веществ в окружающей среде г. Краснодара. Известия Кубанского государственного университета. Естественные науки. (1), 60-66.

  32. Старик И.Е. (1969) Основы радиохимии. Л.: Наука, 247 с.

  33. Сухарева Т.А. (2017) Элементный состав зеленых мхов фоновых и техногенно нарушенных территорий. Ученые записки Петрозаводского государственного университета. 3(172), 89-96.

  34. Титаева Н.А., Таскаев А.И. (1983) Миграция тяжелых естественных радионуклидов в условиях гумидной зоны. Л.: Наука, 232 с.

  35. Шуктомова И.И., Шапошникова Л.М., Рачкова Н.Г. (2018) Природные радионуклиды в водотоках бассейна р. Печора. Результаты Комплексной Печорской экспедиции РГО-2016. Известия Респ. отдела РГО. 2(18), 39-45.

  36. Шутов В.Н. (1982) Ионный обмен и миграция щелочноземельных элементов в системе почва-растение. Автореф. Дис. … канд. биол. наук. Ленинград, 24 с.

  37. Bednar A.J., Medina V.F., Ulmer-Scholle D.S., Frey B.A., Johnson B.L., Brostoff W.N., Larson S.L. (2007) Effects of organic matter on the distribution of uranium in soil and plant matrices. Chemosphere. 70(2), 237-247.

  38. Bolsunovsky A., Zotina T., Bondareva L. (2005) Accumulation and release of Am вy a macrophyte of the Yenisei River (Elodea canadensis). J. Environ. Radioact. 81, 33-46.

  39. Borylo A., Roman G., Skwarzec B. (2017) Lichens and mosses as polonium and uranium biomonitors on Sobieszewo Island. J. Radioanal. Nucl. Chem. 311, 859-869.

  40. Chao J.H., Chuang C.Y. (2011) Accumulation of radium in relation to some chemical analogues in Dicranopteris linearis. Appl. Radiat. Isot. 69, 261-267.

  41. Demkova L., Bobulsk L., Arvay J., Jezn T., Ducsay L. (2017) Biomonitoring of heavy metals contamination by mosses and lichens around Slovinky tailing pond (Slovakia) J. Environ. Sci. Heal. A. 52(1), 30-36.

  42. Ding D.X., Liu X.T., Hu N., Li G.Y., Wang Y.D. (2012) Removal and recovery of uranium from aqueous solution by tea waste. J. Radioanal. Nucl. Chem. 293, 735-741.

  43. Gjengedal E., Steinnes E. (1990) Uptake of metal ions in moss from artificial precipitation. Environ. Monit. Assess. 14, 77-87.

  44. Grdovic S., Vitorovic G., Mitrovic B. et al. (2010) Natural and anthropogenic radioactivity of feedstuffs, mosses and soil in the Belgrade environment, Serbia. Arch. Biol. Sci. 62(2), 301-307.

  45. Klemt E., Spasova Y., Zibold G. (2002) Deposition of artificial radionuclides in sediments of the River Yenisei. Environmental Radioactivity in the Arctic and Antarctic. S.Petersburg, 67-70.

  46. Lazo P., Stafilov T., Qarri F., Allajbeu S., Bekteshi L., Frontasyeva M., Harmens H. (2019) Spatial distribution and temporal trend of airborne trace metal deposition in Albania studied by moss biomonitoring. Ecological Indicators. 101, 1007-1017.

  47. Lequy E., Dubos N., Witt I., Pascaud A., Sauvage S., Leblond S. (2017) Assessing temporal trends of trace metal concentrations in mosses over France between 1996 and 2011: A flexible and robust method to account for heterogeneous sampling strategies. Environmental Pollution. 220, 828-836.

  48. Newsome L., Morris K., Lloyd J.R. (2014) The biochemistry and bioremediation of uranium and other priority radionuclides. Chemical geology. 363, 164-184.

  49. Ruhling A., Tyler G. (1970) Sorption and retention of heavy metals in the woodland moss Hylocomium splendens. Oikos. 21, 92-97.

  50. Sert E., Ugur A., Ozden B., Sac M.M., Camgoz B. (2011) Biomonitoring of 210Po and 210Pb using lichens and mosses around coal-fired power plants in Western Turkey. J. Environ. Radioact. 6(102), 535-542.

  51. Tessier A., Campbell P.G.C., Bisson M. (1979) Sequential extraction procedure for the speciation of particulate trace metals. Anal. Chem. 51(7), 844-851.

  52. Zhong Q., Du J., Puigcorbe V., Wang J., Wang Q., Deng B., Zhang F. (2019) Accumulation of natural and anthropogenic radionuclides in body profiles of Bryidae, a subgroup of mosses. Environ. Sci. Pollut. Res. 26(27), 27872-27887.

Дополнительные материалы отсутствуют.