2023 Трансформация экосистем 6 (3), 22-38

Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid в оценке техногенного загрязнения (Ni, Zn, Mn, Al, Se, Cs, La, Sm) трансформированных экотопов Донбасса

Зиньковская И.И. , Вергель К.Н., Сафонов А.И. , Юшин Н.С. , Кравцова А.В., Чалигава О.

Проведен мониторинговый эксперимент установления экотопической разницы по накоплению Ni, Zn, Mn, Al, Se, Cs, La и Sm мохообразным Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid в условиях антропогенно нарушенной среды Донбасса. Концентрации элементов в гаметофитах растения определены методом нейтронного активационного анализа. Экспозиция образцов про- водилась с ноября 2018 г. по май 2019 г. на 24 учетных площадках Центрального Донбасса с разной степенью техногенной трансформации геосистем. Показана разница по накоплению Ni в 6.9, Zn – 10.2, Mn – 6.3, Al – 5.3, Se – 9.6, Cs – 3.9, La – 5.9 и Sm – 5.4 раза при оценке экологически напряженных территорий в сравнении с малонарушенными или восстановленными экотопами. Установлены структурно-функциональные модификации в листовом аппарате бриофита, пригодные для которые рекомендованы для фитомониторинговых исследований в экспресс-диагностике. По результатам факторного анализа были выделены две группы загрязняющих элементов, различающихся по источнику происхождения: в одну из них вошли Al, Ni, Mn, Zn, в другую – Cs, Se, La, Sm. Реализованный опыт рассматривается как элемент первичного скрининга биогеохимических характеристик в Донбассе периода 2018–2019 гг.

Инга Ивановна Зиньковская
Объединенный институт ядерных исследований
141980, Россия, Московская обл., г. Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6

кандидат химических наук,
inga@jinr.ru

Константин Николаевич Вергель
Объединенный институт ядерных исследований
141980, Россия, Московская обл., г. Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6

научный сотрудник

Андрей Иванович Сафонов
Донецкий государственный университет
283000, г. Донецк, ул. Университетская, д. 24

кандидат биологических наук, доцент
andrey_safonov@mail.ru

Алексей Валерьевич Юшин
Объединенный институт ядерных исследований
141980, Россия, Московская обл., г. Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6

младший научный сотрудник
vogudin@yandex.ru

Александра Васильевна Кравцова
Объединенный институт ядерных исследований
141980, Россия, Московская обл., г. Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6

инженер

Омари Чалигава
Объединенный институт ядерных исследований
141980, Россия, Московская обл., г. Дубна, ул. Жолио-Кюри, д. 6

младший научный сотрудник

Алемасова, А.С., Пенькова, Ю.И., Пивоварова, А.С., Остапенко, Р.В., 2018. Влияние военных действий на содержание некоторых металлов в почве Саур-Могилы, Донбасс. Теоретическая и прикладная экология 3, 33–39. http://www.doi.org/10.25750/1995-4301-2018-3-033-039
Алемасова, А.С., Сафонов, А.И., Сергеева, А.С., 2019. Накопление тяжелых металлов мохообразными в различных экотопах Донбасса. Материалы Международной научной конференции «Трансформация экосистем под воздействием природных и антропогенных факторов». Киров, Россия, 60–65.
Водяницкий, Ю.Н., 2013. Загрязнение почв тяжелыми металлами и металлоидами и их экологическая опасность (аналитический обзор). Почвоведение 7, 872–881.
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.
Глазовская, М.А., 2007. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. МГУ, Москва, Россия, 350 с.
Государственный комитет по экологической политике и природным ресурсам при Главе Донецкой Народной Республики, 2022. Электронный ресурс. URL: https://gkecopoldnr.ru/ (дата обращения: 22.07.2022).
Опекунова, М.Г., 2016. Биоиндикация загрязнений. Учебное пособие. Санкт-Петербургский университет, Санкт-Петербург, Россия, 300 с.
Сафонов, А.И., 2019. Тератогенез растений-индикаторов промышленного Донбасса. Разнообразие растительного мира 1 (1), 4–16. http://www.doi.org/10.22281/2686-9713-2019-1-4-16
Сафонов, А.И., Алемасова, А.С., Зиньковская, И.И., Вергель, К.Н., Юшин, Н.С., Кравцова, А.В., Чалигава, О., 2023. Морфогенетические аномалии бриобионтов в условиях геохимически контрастной среды Донбасса. Геохимия 68 (10). https://doi.org/10.31857/S0016752523100114
Сафонов, А.И., Гермонова, Е.А., 2019. Экологические сети фитомониторингового назначения в Донбассе. Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона 3–4, 37–42.
Сафонов, А.И., Глухов, А.З., 2021. Фитомониторинг в техногенно трансформированной среде: методология и практика. Экосистемы 28, 16–28.
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.
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.
Уфимцева, М.Д., 2015. Закономерности накопления химических элементов высшими растениями и их реакции в аномальных биогеохимических провинциях. Геохимия 5, 450–465.
Шайхутдинова, А.Н., 2015. Оценка степени загрязнения агрогенных почв Кузбасса подвижными формами тяжелых металлов Сборник материалов V Международной научной конференции «Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове». Томск, Россия, 286–289.
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. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.107508
Bell, A.D., 1991. Plant form: An illustrated guide to flowering plant morphology. Oxford University Press, New York, USA, 341 p.
Bian, Z., Yu, H., Hou, J., Mu, S., 2020. Influencing factors and evaluation of land degradation of 12 coal mine areas in Western China. Journal of China Coal Society 45, 338–350.
Frontasyeva, M., Harmens, H., Uzhinskiy, A., Chaligava, O. et al., 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, Russia, 136 p.
Hancock, G.R., Duque, J.F.M., Willgoose, G.R., 2020. Mining rehabilitation – Using geomorphology to engineer ecologically sustainable landscapes for highly disturbed lands. Ecological Engineering 155, 105836. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2020.105836
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), 39330–39342. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10005-w
Kabata-Pendias, A., Pendias, H., 2001. Trace elements in soil and plants. CRC Press LLC, USA, Boca Raton, USA, 413 p.
Khiem, L.H., Sera, K., Hosokawa, T., Nam, L.D., Quyet, N.H. et al., 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. https://doi.org/10.1007/s10967-020-07253-y
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. https://doi.org/10.1088/1755-1315/981/4/042012
Lemly, A.D. 2008. Aquatic hazard of selenium pollution from coal mining. In: Fosdyke, Gerald B. ed. Coal Mining: Research, Technology and Safety. Chapter 6. Nova Science Publishers, Inc. 167–183.
Massante, J.C., 2015. Mining disaster: restore habitats now. Nature 528, 39. https://doi.org/10.1038/528039c
Meena, M.K., Singh, A.K., Prasad, L.K., Islam, A., Meena, M.D. et al., 2020. Impact of arsenicpolluted groundwater on soil and produce quality: a food chain study. Environmental Monitoring and Assessment 192 (12), 785. https://doi.org/10.1007/s10661-020-08770-9
Neamtu, R., Sluser, B., Plavan, O., Teodosiu, C., 2021. Environmental monitoring and impact assessment of Prut River cross-border pollution. Environmental Monitoring and Assessment 193 (340), 09110. https://doi.org/10.1007/s10661-021-09110-1
Pashentsev, D.A., Abramova, A.I., Eriashvili, N.D., Grimalskaya, S.A., Gafurova, A.Ya. et al., 2019. Digital software of industrial enterprise environmental monitoring. Ekoloji 28 (107), 243–251.
Pavlov, S.S., Dmitriev, A.Y., Frontasyeva, M.V., 2016. Automation system for neutron activation analysis at the reactor IBR-2, Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research,
Dubna, Russia. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 309, 27–38. https://doi.org/10.1007/s10967-016-4864-8
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. https://doi.org/10.1016/j.habitatint.2017.11.010
Quyet, N.H., Khiem, L.H., My, T.T.T., My, N.T.B., Frontasieva, M. et al., 2021. Biomonitoring of chemical element air pollution in hanoi using barbula indica moss. Environmental Engineering and Management Journal 20 (5), 791–800.
Safonov, A.I., 2013. Phyto-qualimetry of toxic pressure and the degree of ecotopes transformation in Donetsk region. Problems of ecology and nature protection of technogenic region 13 (1), 52–59.
Safonov, A.I., 2016. Phytoindicational monitoring in Donetsk. World Ecology Journal 6 (4), 59–71. Safonov, A., 2022. Ecological scales of indicator plants in an industrial region. BIO Web of Conferences 43, 03002. https://doi.org/10.1051/bioconf/20224303002
Safonov, A., Glukhov, A., 2021. Ecological phytomonitoring in Donbass using geoinformational analysis BIO Web Conf. 31, 00020 https://doi.org/10.1051/bioconf/20213100020
Sergeeva, A., Zinicovscaia, I., Grozdov, D., Yushin, N., 2021a. Assessment of selected rare earth elements, HF, Th, and U in the Donetsk region using moss bags technique. Atmospheric Pollution Research 12 (9), 101165. https://doi.org/10.1016/j.apr.2021.101165
Sergeeva, A., Zinicovscaia, I., Vergel, K., Yushin, N., 2021b. 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. https://doi.org/10.1007/s00244-021-00834-2
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. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2022.108849
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. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 325 (3), 807–816. https://doi.org/10.1007/s10967-020-07234-1
Wang, S., Huang, J., Yu, H., Ji, C., 2020. Recognition of landscape key areas in a coal mine area of a semi-arid steppe in China: a case study of Yimin open-pit coal mine. Sustainability 12, 2239.
Wu, Z., Lei, S., Yan, Q., Bian, Z., Lu, O., 2021. Landscape ecological network construction controlling surface coal mining effect on landscape ecology: A case study of a mining city in semi-arid steppe. Ecological Indicators 133, 108403.
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. Journal of Cleaner Production 286, 125523.
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. https://doi.org/10.1088/1757-899X/582/1/012012
Yu, H., Huang, J., Ji, C., Li, Z., 2021. Construction of a landscape ecological network for a large-scale energy and chemical industrial base: a case study of Ningdong, China. Land 10 (4), 344.
Yuan, J., Bian, Z., Yan, Q., Gu, Z., Yu, H., 2020. An approach to the temporal and spatial characteristics of vegetation in the growing season in Western China. Remote Sensing 12 (6), 945.
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.
Zhang, M., Wang, J., Li, S., Feng, D., Cao, E., 2020. Dynamic changes in landscape pattern in a largescale opencast coal mine area from 1986 to 2015: a complex network approach. Catena 194, 104738.
Zhang, P., Ye, Q., Yu, Y., 2021. Research on farmers’ satisfaction with ecological restoration performance in coal mining areas based on fuzzy comprehensive evaluation. Global Ecology and Conservation 32, 1934.
Zhao, A., Yu, Q., Feng, L., Zhang, A., Pei, T., 2020. Evaluating the cumulative and time-lag effects of drought on grassland vegetation: a case study in the Chinese Loess Plateau. Journal of Environmental Management 261, 110214.
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. https://doi.org/10.3390/plants10030471