1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Геохимия
  4. T. 68, № 10, 2023

Геохимия, 2023, T. 68, № 10, стр. 1032-1044

Морфогенетические аномалии бриобионтов в условиях геохимически контрастной среды Донбасса

А. И. Сафонов a, *, А. С. Алемасова a, И. И. Зиньковская b, **, К. Н. Вергель b, Н. С. Юшин b, А. В. Кравцова b, О. Чалигава b

a Донецкий государственный университет
283000 Донецк, ул. Университетская, 24, Россия

b Объединенный институт ядерных исследований
141980 Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6, Россия

* E-mail: andrey_safonov@mail.ru
** E-mail: inga@jinr.ru

Поступила в редакцию 19.03.2023
После доработки 05.04.2023
Принята к публикации 08.04.2023

Аннотация

Территория современного центрального Донбасса представлена в качестве экспериментальной площадки для реализации программы ингредиентного биомониторинга. Мохообразные были трансплантированы и экспонированы в геолокалитеты непосредственного импакта предприятий угольно-добывающего и перерабатывающего комплексов, металлургической и химической промышленности, рудеральных и селитебных экотопов. Для бриобионтов с широкой амплитудой устойчивости к техногенному загрязнению (Amblystegium subtile (Hedw.) Schimp., Brachythecium campestre (Muell. Hal.) Schimp., Bryum argenteum Hedw., Bryum caespiticium Hedw., Bryum capillare Hedw., Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid и Pylaisia polyantha (Hedw.) Schimp.) выбраны следующие критерии антропотолерантности: 1) по функции накопления элементов, 2) по способности аккумулировать специфические загрязнители, 3) по структурно-функциональным реакциям и проявлению нетипичного морфогенеза (тератогенеза) растительных организмов и 4) смещения характеристик стратегии выживания видов в условиях глубокой трансформации ландшафтных систем Донбасса. Установлены особенности накопления Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Se, Br, Rb, Sr, Zr, Mo, Cd, Sb, I, Cs, Ba, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Dy, Yb, Hf, Ta, W, Hg, Pb, Th, U в образцах растений-индикаторов, используемых в качестве сезонных фитотест-мониторов для оценки загрязнения природных сред. При радикальном нарушении геохимических циклов в системах жизнеобеспечения растений зафиксированы случаи специфических хлорозов и некрозов точечной локализации, гипо- и гипергенезии и деформации, а также фасциации, пролификации, дистопии, олигомеризации вегетативных органов, особенностей развития отдельных групп клеток в составе покровных и конформационных тканей листового аппарата бриобионтов. Выявленные аномалии являются фитоиндикационной характеристикой при проведении экспресс-анализа уровня техногенного напряжения в полевой диагностике. Рассчитаны коэффициенты биологического поглощения и техногенной концентрации элементов в биосубстратах при оценке геохимической контрастности среды. Выделена эктопическая разница в накопительной способности бриобионтами для отдельных элементов или их ассоциативных групп. Связанная с этим морфогенетическая гетерогенность структур и элементного состава растений является частным случаем соответствия полученных данных идеям В.И. Вернадского о концентрационной, информационной и средообразующей функциях живого вещества.

Ключевые слова: техногенное загрязнение, фитоиндикационный мониторинг, мохообразные, донецкий регион, нейтронный активационный анализ, атомно-абсорбционный анализ, металлургия

Список литературы

  1. Авраимова Т.В., Сафонов А.И. (2023) Экологические разработки в Донбассе: библиографический учет и популяризация научных исследований. Научные и технические библиотеки. (3), 30-42.

  2. Алемасова А.С., Сафонов А.И. (2022) Тяжелые металлы в фитосубстратах – индикаторы антропогенного загрязнения воздуха в промышленном регионе. Лесной вестник. Forestry Bulletin. 26(6), 5-13.

  3. Вернадский В.И. (1991) Научная мысль как планетное явление. М.: Мысль, 271 с.

  4. Вернадский В.И. (2001) Биосфера: Мысли и наброски. М.: Фонд им. В.И. Вернадского, 244 с.

  5. Водяницкий Ю.Н. (2013) Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор). Почвоведение. (7), 872-881.

  6. Гамов М.И., Левченко С.В., Рылов В.Г., Рыбин И.В., Труфанов А.В. (2016) Закономерности формирования и перспективы комплексного использования металлоносных углей Восточного Донбасса. Геология и геофизика. 57(8), 1477-1487

  7. Глазовская М.А. (2007) Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Изд-во МГУ, 350 с.

  8. Глухов О.З., Сафонов А.І., Хижняк Н.А. (2006) Фітоіндикація металопресингу в антропогенно трансформованому середовищі. Донецьк: Норд-Прес, 360 с.

  9. Государственный комитет по экологической политике и природным ресурсам при Главе Донецкой Народной Республики. URL: https://gkecopoldnr.ru/ (дата обращения 01.03.2023).

  10. Ермаков В.В. (2017). Концепция биогеохимических провинций А.П. Виноградова и её развитие. Геохимия. (10), 875-890.

  11. Ermakov V.V. (2017) A.P. Vinogradov’s concept of biogeochemical provinces and its development. Geochem. Int. 55(10). 872-886.

  12. Ермаков В.В., Дегтярев А.П., Кречетова Е.В., Тютиков С.Ф., Петрунина Н.С. (2009) Биогеохимические провинции и их эволюция. Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. 1(9), 3-21.

  13. Ермаков В.В., Тютиков С.Ф., Данилова В.Н. (2020) Экологический мониторинг Унальской котловины (Республика Северная Осетия-Алания) методами биогеохимической индикации. Геохимия. 65(3), 289-299.

  14. Ermakov V.V., Tyutikov S.F., Danilova V.N. Ecological monitoring of the Unal depression, Northern Ossetiya-Alania, using techniques of biogeochemical indication. Geochem. Int. 58(3), 332-341.

  15. Ермаков В.В., Тютиков С.Ф., Сафонов В.А. (2018) Биогеохимическая индикация микроэлементозов. М. 386 с.

  16. Зиньковская И.И., Вергель К.Н., Кравцова А.В., Сафонов А.И. (2022) Биомониторинговая программа по оценке воздуха в Донбассе с помощью нейтронно-активационного анализа. Донецкие чтения 2022: образование, наука, инновации, культура и вызовы современности. Донецк: ДонНУ, 69-71.

  17. Калинина А.В. (2022). Состояние ценопопуляций видов рода Oenothera L. в трансформированных экотопах Донбасса. Лесохозяйственная информация. (3), 135-144.

  18. Луговская А.Ю., Храмова Е.П., Чанкина О.В. (2018) Влияние транспортно-промышленного загрязнения на морфометрические параметры и элементный состав Potentilla fruticosa. Сибирский экологический журн. 25(1), 111-121.

  19. Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г., Кукушкин С.Ю., Янсон С.Ю., Арестова И.Ю., Шейнерман Н.А., Спасский В.В., Папян Э.Э., Елсукова Е.Ю. (2021) Минералого-геохимическая характеристика снежного покрова в районах горнорудного производства. Геохимия. 66(7), 659-672.

  20. Opekunov A.Y., Opekunova M.G., Kukushkin S.Y., Yanson S.Y., Arestova I.Y., Sheinerman N.A., Spasskii V.V., Elsukova E.Y., Papyan E.E. (2021) Mineralogical-geochemical characteristics of the snow cover in areas with mining and ore-processing facilities. Geochem. Int. 59(7), 711-724.

  21. Опекунова М.Г. (2016) Биоиндикация загрязнений: учеб. пособие. СПб.: Санкт-Петербургский университет, 300 с.

  22. Трубина М.Р., Мухачева С.В., Безель В.С., Воробейчик Е.Л. (2014) Содержание тяжелых металлов в плодах дикорастущих растений в зоне аэротехногенного воздействия Среднеуральского медеплавильного завода (Свердловская область). Растительные ресурсы. 50(1), 67-83.

  23. Сафонов А.И. (2019) Тератогенез растений-индикаторов промышленного Донбасса. Разнообразие растительного мира. 1(1), 4-16.

  24. Сафонов А.И., Глухов А.З. (2021) Фитомониторинг в техногенно трансформированной среде: методология и практика. Экосистемы. (28), 16-28.

  25. Сафонов А.И., Морозова Е.И. (2021) Видовое разнообразие бриобионтов мониторинговой сети Центрального Донбасса. Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона. (1–2), 39-43.

  26. Тимофеев М.М., Александров С.Н., Черепов В.А., Жеряков А.И., Назарова Л.Г. (1996) Загрязнение тяжелыми металлами Донецкой области, их судьба в почве, растениях, животных; механизмы действия в биологических объектах. Донецк: ДИАПП, 72 с.

  27. Уфимцева М.Д. (2015) Закономерности накопления химических элементов высшими растениями и их реакции в аномальных биогеохимических провинциях. Геохимия. (5), 450-465.

  28. Ufimtseva M.D. (2015) The patterns in accumulation of chemical elements by higher plants and their responses in biogeochemical provinces. Geochem. Int. 53(5), 441-455.

  29. Янин Е.П. (2022) Из архивного наследия академика В.И. Вернадского. История и судьба сборника “Живое вещество”. М.: НП “АРСО”, 371 с.

  30. Ah-Peng C., Cardoso A.W., Flores O., West A., Wilding N., Strasberg D., Hedderson T.A.J. (2017). The role of epiphytic bryophytes in interception, storage, and the regulated release of atmospheric moisture in a tropical montane cloud forest. J. Hydrology. 548, 665-673.

  31. Bayouli I.T., Bayouli H.T., Dell’Oca A., Meers E., Sun J. (2021) Ecological indicators and bioindicator plant species for biomonitoring industrial pollution: Eco-based environmental assessment. Ecological Indicators. 125, 107508.

  32. Bian Z., Yu H., Hou J., Mu S. (2020) Influencing factors and evaluation of land degradation of 12 coal mine areas in Western China. J. China Coal Society. 45, 338-350.

  33. Bidleman T., Agosta K., Andersson A., Brorström-Lundén E., Haglund P., Hansson K., Laudon H., N. Seth, Olle N., Ripszam M., Tysklind M., Wiberg K. (2015) Atmospheric pathways of chlorinated pesticides and natural bromoanisoles in the northern Baltic Sea and its catchment. AMBIO. 44(3), 472-483.

  34. Boch S., Allan E., Humbert J.Y., Kurtogullari Y., Lessard-Therrien M., Müller J., Prati D., Rieder N.S., Arlettaz R., Fischer M. (2018) Direct and indirect effects of land use on bryophytes in grasslands. Science of the Total Environment. 644, 60-67.

  35. Chung J.Y., Yu S.D., Hong Y.S. (2014) Environmental source of arsenic exposure. J. Prev Med Public Health. 47(5), 253-257.

  36. Decker E.L., Reski R. (2020) Mosses in biotechnology. Current Opinion in Biotechnology. 61, 21-27.

  37. Erdős L., Kiss M., Kröel-Dulay G., Molnár Z., Ambarlı D., Anenkhonov O.A., Bátori Z., Tölgyesi C., Cserhalmi D., Liu H., Magnes M., Naqinezhad A., Semenishchenkov Y.A., Török P. (2018) The edge of two worlds: a new review and synthesis on Eurasian Forest-Steppes. Applied Vegetation Science. 21(3), 345-362.

  38. Frontasyeva M., Harmens H., Uzhinskiy A., Chaligava O. and participants of the moss survey. (2020) Mosses as biomonitors of air pollution: 2015/2016 survey on heavy metals, nitrogen and POPs in Europe and beyond. Report of the ICP Vegetation Moss Survey Coordination Centre, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russian Federation, 136 p.

  39. Hancock G.R., Duque J.F.M., Willgoose G.R. (2020) Mining rehabilitation – Using geomorphology to engineer ecologically sustainable landscapes for highly disturbed lands. Ecol. Eng. 155, 105836.

  40. Hristozova G., Marinova S., Motyka O., Svozilík V., Zinicovscaia I. (2020) Multivariate assessment of atmospheric deposition studies in Bulgaria based on moss biomonitors: trends between the 2005/2006 and 2015/2016 surveys. Environmental Science and Pollution Research. 27(31), 39 330-39 342.

  41. Kabata-Pendias A., Pendias H. (2001) Trace elements in soil and plants. CRC Press LLC, 413 p.

  42. Khiem L.H., Sera K., Hosokawa T., Nam L.D., Quyet N.H., Frontasyeva M., My T.T.T., My N.T.B., Zinicovscaia I., Nghia N.T., Trung T.D., Hong K.T., Mai N.N., Thang D.V., Son N.A., Thanh T.T., Xayheungsy S. (2020) Active moss biomonitoring technique for atmospheric elemental contamination in Hanoi using proton induced X-ray emission. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 325(2), 515-525.

  43. Koroleva Y., Napreenko M., Baymuratov R., Schefer R. (2020) Bryophytes as a bioindicator for atmospheric deposition in different coastal habitats (a case study in the Russian sector of the Curonian Spit, South-Eastern Baltic). International J.f Environmental Studies. 77(1), 152-162.

  44. Kozlova E.A., Orlova E.E., Zubik I.N. (2022) Growth and development analysis of silver Brium (Bryum argentium Hedw.) depending on illumination level influence. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 6, 042012.

  45. Kürschner H. (2004) Life strategies and adaptations in bryophytes from the Near and Middle East. Turkish J. Botany. 28(1), 1-7.

  46. Kürschner H., Frey W. (2012) Life strategies in bryophytes – a prime example for the evolution of functional types. Nova Hedwigia. 96(1–2), 83-116.

  47. Longton R.E. (1988) Life-history strategies among bryophytes of arid regions. J. Hattori Botanical Laboratory. 64, 15-28.

  48. Massante J.C. (2015) Mining disaster: restore habitats now. Nature. 528, 39.

  49. Meena M.K. (2020) Impact of arsenic-polluted groundwater on soil and produce quality: a food chain study. Environ. Monit. Assess. 192(12), 785.

  50. Opekunova M.G., Opekunov A.Ju., Papyan E.E., Somov V.V. (2017) Phytoindicational properties of the vegetation in landscape transformation studies on Sibay chalcopyrite deposits (Southern Urals). Contemporary Problems of Ecology. 10(3), 301-314.

  51. Pashentsev D.A., Abramova A.I., Eriashvili N.D., Grimalskaya S.A., Gafurova A.Ya., Kharisova G.M., Karpenko G.V., Avilova V.V. (2019) Digital software of industrial enterprise environmental monitoring. Ekoloji. 28(107), 243-251.

  52. Peng J., Pan Y., Liu Y., Zhao H., Wang Y. (2018) Linking ecological degradation risk to identify ecological security patterns in a rapidly urbanizing landscape. Habitat International. 71, 110-124.

  53. Peng X., Weihao W., Men X., Chen H., Ravishankara A.R., Li Q., Saiz-Lopez A., Liu P., Zhang F., Zhang C., Xue L., Wang X., George C., Wang J., Mu Y., Chen J., Wang T. (2021) An unexpected large continental source of reactive bromine and chlorine with significant impact on wintertime air quality. National Science Review. 8(7), 304.

  54. Quyet N.H., Khiem L.H., My T.T.T., My N.T.B., Frontasieva M., Zinicovscaia I., Son N.A., Thanh T.T., Nam L.D., Hong K.T., Mai N.N., Trung T.D., Thang D.V., Hang N.T.T. (2021). Biomonitoring of chemical element air pollution in hanoi using barbula indica moss. Environmental Engineering and Management J. 20(5), 791-800.

  55. Rimac A., Šegota V., Alegro A., Vuković N., Koletić N. (2022) Croatian freshwater bryoflora-diversity and distribution. Biodiversity Data J. 10: e83902.

  56. Safonov A. (2022) Ecological scales of indicator plants in an industrial region. BIO Web Conf. 43, 03002.

  57. Safonov A., Glukhov A. (2021) Ecological phytomonitoring in Donbass using geoinformational analysis. BIO Web Conf. 31, 00020.

  58. Sergeeva A., Zinicovscaia I., Vergel K., Yushin N. (2021) The effect of heavy industry on air pollution studied by active moss biomonitoring in Donetsk region. Archives of Environmental Contamination and Toxicology. 80(3), 546-557.

  59. Shahid M., Ferrand E., Schreck E., Dumat C. (2013) Behavior and impact of zirconium in the soil-plant system: plant uptake and phytotoxicity. Reviews of Environmental Contamination and Toxicology. 221, 107-127.

  60. Shekoyan S.V., Yeprintsev S.A., Vinogradov P.M., Lepeshkina L.A., Voronin A.A. (2020) Environmental quality assessment of urban areas using geoinformation technologies (on example of the cities of Central Russia). IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. 543, 012025.

  61. Shi X.-M., Song L., Liu W.-Y., Lu H.-Z., Qi J.-H., Li S., Chen X., Wu J.-F., Liu S., Wu C.-S. (2017) Epiphytic bryophytes as bio-indicators of atmospheric nitrogen deposition in a subtropical montane cloud forest: Response patterns, mechanism, and critical load. Environmental Pollution. 229, 932-941.

  62. Spangler K. (2021) Bryophyte ecosystem services: how bryophytes impact ecosystem processes and their use in urban systems. University Honors Theses, 1042.

  63. Su X., Ding R., Zhuang X. (2020) Characteristics of dust in coal mines in Central North China and its research significance. ACS Omega. 5(16), 9233-9250.

  64. Świsłowski P., Vergel K., Zinicovscaia I. (2022) Mosses as a biomonitor to identify elements released into the air as a result of car workshop activities. Ecological Indicators. 138, 108849.

  65. Vergel K., Zinicovscaia I., Yushin N., Gundorina S. (2020) Assessment of atmospheric deposition in Central Russia using moss biomonitors, neutron activation analysis and GIS technologies. J. Radioanalytical and Nuclear Chemistry. 325(3), 807-816.

  66. Xu W., Wang J., Zhang M., Li S. (2021) Construction of landscape ecological network based on landscape ecological risk assessment in a large-scale opencast coal mine area. J. Cleaner Production. 286, 125523.

  67. Yuan X., Xue N., Han Z. (2021) A meta-analysis of heavy metals pollution in farmland and urban soils in China over the past 20 years. J. Environmental Sciences. 101, 217-226.

  68. Yeprintsev S.A., Shekoyan S.V., Lepeshkina L.A., Voronin A.A., Klevtsova M.A. (2019) Technologies for creating geographic information resources for monitoring the socio-ecological conditions of cities. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 582(1), 012012.

  69. Zaghloul A., Saber M., Gadow S., Awad F. (2020) Biological indicators for pollution detection in terrestrial and aquatic ecosystems. Bulletin of the National Research Centre. 44(127), 385.

  70. Zanatta F., Engler R., Collart F., Broennimann O., Mateo R.G., Papp B., Muñoz J., Baurain D., Guisan A., Vanderpoorten A. (2020) Bryophytes are predicted to lag behind future climate change despite their high dispersal capacities. Nature Communications. 11(1), 5601.

  71. Zinicovscaia I., Hramco C., Chaligava O., Yushin N., Grozdov D., Vergel K., Duca G. (2021) Accumulation of potentially toxic elements in mosses collected in the Republic of Moldova. Plants. 10(3), 1-13.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Геохимия

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал