Загрязнение хвои ели европейской (Picea abies (L.) H. Karst.) тяжелыми металлами в условиях техногенных выбросов
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-4-91-109Ключевые слова:
Picea abies (L.) H. Karst., хвоя, техногенное загрязнение, содержание, коэффициент концентрации, тяжелые металлы, корреляцияАннотация
Рассмотрен элементный состав хвои ели европейской в ельниках с разной степенью загрязнения тяжелыми металлами на Северо-Западе России. Целью работы была оценка содержания Cu, Zn, Mn, Fe, Ni, Pb, Cd и Cr и их парных корреляций в хвое ели европейской в насаждениях, расположенных на расстоянии 5–31 км от предприятий металлургии и теплоэнергетики и вблизи дорог с разной интенсивностью движения. Сбор образцов и определение количества элементов в хвое проводили с использованием стандартных методик. Анализ данных осуществляли с применением языка программирования Python 3.8. Сравнение выполняли непараметрическими методами. Загрязненность пробных площадей характеризовали с помощью коэффициентов концентрации элементов в хвое, соответствующих распространенному в зарубежной литературе показателю Contamination Factor (CF), и суммарного показателя загрязнения. Средний уровень загрязнения был выявлен на участках в 5 и 12 км от металлургического предприятия в г. Гатчине Ленинградской области и в 25 км от Череповецкой государственной районной электрической станции (в 50 км от г. Череповца) в Вологодской области. Низкий уровень загрязнения отмечен вблизи автотрасс в Любанском лесничестве Ленинградской области, в 5 и 12 км от Череповецкой государственной районной электрической станции. Элементный состав хвои на всех объектах характеризовался несколько более низким содержанием Cu, Ni, Mn и Zn и значительно превосходящим количеством Pb, Cd и Cr, чем в фоновых насаждениях северной Европы. На ближайшем к г. Гатчине участке выявлен дефицит Mn у елей 1-го яруса и подроста. Обнаружены достоверные коэффициенты корреляции Спирмена для медиан содержания в хвое Cu и Cr (r = 0,89, Гатчинское лесничество), Pb и Cd (r = 0,83, Кадуйское лесничество), Ni и Cd, а также Ni и Pb (r = 0,89 и r = –0,88 вблизи автодорог в Любанском лесничестве). Результаты исследования могут быть использованы для совершенствования методологии экологического мониторинга территорий с использованием ели в качестве биоиндикатора.
Скачивания
Библиографические ссылки
Андреев А.Е., Баранова А.И., Калько Г.В. Генетическое разнообразие ели европейской на Северо-Западе России в естественных насаждениях, загрязненных тяжелыми металлами // Лесохоз. информ. 2023. № 1. С. 97–110. Andreev А., Baranova А., Kalko G. Genetic Diversity of Norway Spruce in Natural Stands Contaminated with Heavy Metals in Varying Degrees in the North-West of Russia. Lesokhozyajstvennaya informatsiya = Forestry information, 2023, no. 1, pp. 97–110. (In Russ.). https://doi.org/10.24419/LHI.2304-3083.2023.1.08
Доклад о состоянии и охране окружающей среды Вологодской области в 2021 году / Правит-во Вологод. обл., Деп. природ. ресурсов и охраны окруж. среды Вологод. обл. Вологда, 2022. 264 с. Report on the State and Protection of the Environment of the Vologda Region in 2021. Vologda, Government of the Vologda Region, Department of Natural Resources and Environmental Protection of the Vologda Region, 2022. 264 p. (In Russ.).
Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва – растение. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1991. 151 с. Il’in V.B. Heavy Metals in the Soil-Plant System. Novosibirsk, Nauka Publ. (Siberian Branch), 1991. 151 p. (In Russ.).
Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с. Kabata-Pendias A., Pendias H. Trace Elements in Soils and Plants. Moscow, Mir Publ., 1989. 439 p. (In Russ.).
Копцик Г.Н., Лукина Н.В., Копцик С.В., Щербенко Т.А., Ливанцова С.Ю. Поглощение макроэлементов и тяжелых металлов елью при атмосферном загрязнении на Кольском полуострове // Лесоведение. 2008. № 2. С. 3–12. Koptsik G.N., Lukina N.V., Koptsik S.V., Shcherbenko T.A., Livantsova S.Yu. Absorption of Macronutrients and Heavy Metals by Spruce under Atmospheric Pollution on the Kola Peninsula. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2008, no. 2, pp. 3–12. (In Russ.).
Кулагин А.А., Шагиева Ю.А. Древесные растения и биологическая консервация промышленных загрязнителей / Рос. акад. наук, Уфим. науч. центр, Ин-т биологии. М.: Наука, 2005. 190 с. Kulagin A.A., Shagieva Yu.A. Woody Plants and Biological Conservation of Industrial Pollutants. Russian Academy of Sciences, Ufa Scientific Centre, Institute of Biology. Moscow, Nauka Publ., 2005. 190 p. (In Russ.).
Луганский Н.А., Залесов С.В., Луганский В.Н. Лесоведение. Урал. гос. лесотехн. ун-т. Екатеринбург, 2010. 432 с. Lugansky N.A., Zalesov S.V., Lugansky V.N. Forestry. Yekaterinburg, Ural State Forest Engineering University, 2010. 432 p. (In Russ.).
Лукина Н.В., Сухарева Т.А., Исаева Л.Г. Техногенные дигрессии и восстановительные сукцессии в северотаежных лесах. М.: Наука, 2005. 244 с. Lukina N.V., Sukhareva T.A., Isaeva L.G. Pollution-Induced Digressions and Rehabilitation Successions in Northern Taiga Forests. Moscow, Nauka Publ., 2005. 244 p. (In Russ.).
Методика измерения массовых долей металлов в осадках сточных вод, донных отложениях, образцах растительного происхождения спектральными методами. 16.2.2:2.3.71–2011 / Федер. служба по надзору в сфере природопольз. М., 2011. 45 с. Methodology for Measuring Mass Fractions of Metals in Sewage Sludge, Bottom Sediments, Samples of Plant Origin Using Spectral Methods. PND F 16.2.2:2.3.71-2011. Moscow, Federal Service for Supervision of Natural Resources, 2011. 45 p. (In Russ.).
Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства / М-во сельск. хоз-ва Рос. Федерации, Центр. ин-т агрохим. обслуж. сел. хоз-ва (ЦИНАО). М.: ЦИНАО, 1992. 61 с. Guidelines for the Determination of Heavy Metals in Agricultural Soils and Plant Products. Ministry of Agriculture of the Russian Federation, Central Institute of Agrochemical Service of Agriculture. Moscow, Central Institute of Agrochemical Service of Agriculture Publ., 1992. 61 p. (In Russ.).
Михайлова Т.А., Шергина О.В. Биогеохимическая миграция элементов-загрязнителей в урбоэкосистеме // Теоретич. и приклад. экология. 2010. № 3. С. 27–32. Mikhailova T.A., Shergina O.V. Biogeochemical Migration of Pollutants in an Urban Ecosystem. Teoreticheskaya i prikladnaya ekologiya = Theoretical and Applied Ecology, 2010, no. 3, pp. 27–32. (In Russ.).
Никонов В.В., Лукина Н.В., Безель В.С., Бельский Е.А., Беспалова А.Ю., Головченко А.В., Горбачева Т.Т., Добровольская Т.Г., Добровольский В.В., Зукерт Н.В., Исаева Л.Г., Лапенис А.Г., Максимова И.А., Марфенина О.Е., Паникова А.Н., Пинский Д.Л., Полянская Л.М., Стайннес Е., Уткин А.И., Фронтасьева М.В., Цибульский В.В., Чернов И.Ю., Яценко-Хмелевская М.А. Рассеянные элементы в бореальных лесах. М.: Наука, 2004. 616 с. Nikonov V.V., Lukina N.V., Bezel’ V.S., Bel’sky E.A., Bespalova A.Yu., Golovchenko A.V., Gorbacheva T.T., Dobrovol’skaya T.G., Dobrovol’sky V.V., Zukert N.V., Isaeva L.G., Lapenis A.G., Maksimova I.A., Marfenina O.E., Panikova A.N., Pinsky D.L., Polyanskaya L.M., Steinnes E., Utkin A.I., Frontas’eva M.V., Tsibulsky V.V., Chernov I.Yu., Yatsenko-Khmelevskaya M.A. Trace Elements in Boreal Forests. Moscow, Nauka Publ., 2004. 616 p. (In Russ.).
Никонов М.В. Устойчивость лесов к воздействию природных и антропогенных факторов (на примере Новгородской области). Великий Новгород: НовГУ им. Ярослава Мудрого, 2003. 296 с. Nikonov M.V. Forest Resistance to the Impact of Natural and Anthropogenic Factors (by the Example of the Novgorod Region). Veliky Novgorod, Yaroslav-the-Wise Novgorod State University, 2003. 296 p. (In Russ.).
О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2021 году. Государственный доклад. М.: Минприроды России; МГУ им. М.В. Ломоносова, 2022. 684 с. On the State and Protection of the Environment of the Russian Federation in 2021: State Report. Moscow, Ministry of Natural Resources and the Environment of the Russian Federation, Moscow State University named after M.V. Lomonosov, 2022. 684 p. (In Russ.).
Сает Ю.Е., Ревич Б.А., Янин Е.П., Смирнова Р.С., Башаркевич И.Л., Онищенко Т.Л., Павлова Л.Н., Трефилова Н.Я., Ачкасов А.И., Саркисян С.Ш. Геохимия окружающей среды. М.: Недра, 1990. 333 с. Saet Yu.E., Revich B.A., Yanin E.P., Smirnova R.S., Basharkevich I.L., Onishchenko T.L., Pavlova L.N., Trefilova N.Ya., Achkasov A.I., Sarkisyan S.Sh. Environmental Geochemistry. Moscow, Nedra Publ., 1990. 333 p. (In Russ.).
Сухарева Т.А. Трансформация элементного состава почвы еловых лесов в условиях долговременного атмосферного загрязнения // Тр. Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2019. № 16. С. 568–572. Sukhareva T.A. Transformation of the Elemental Composition of Soils of Spruce Forests in the Conditions of Long-Term Air Pollution. Trudy Fersmanovskoj nauchnoj sessii Geologicheskogo instituta Kol’skogo naucnhogo tsentra Rossijskoj akademii nauk = Proceedings of the Fersman Scientific Session of the Geological Institute of the Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences, 2019, no. 16, pp. 568–572. (In Russ.). https://doi.org/10.31241/FNS.2019.16.116
Сухарева Т.А., Лукина Н.В. Химический состав и морфометрические характеристики хвои ели сибирской на Кольском полуострове в процессе деградационной сукцессии лесов // Лесоведение. 2004. № 2. С. 36–43. Sukhareva T.A., Lukina N.V. Chemical Composition and Morphometric Characteristics of Siberian Spruce Needles on the Kola Peninsula in the Process of Degradative Forest Succession. Lesovedenie = Russian Journal of Forest Science, 2004, no. 2, pp. 36–43. (In Russ.).
Сухарева Т.А., Лукина Н.В. Минеральный состав ассимилирующих органов хвойных деревьев после снижения уровня атмосферного загрязнения на Кольском полуострове // Экология. 2014. № 2. С. 97–104. https://doi.org/10.7868/S0367059714020085 Sukhareva T.A., Lukina N.V. Mineral Composition of the Assimilative Organs of Conifers after Reduction of Atmospheric Pollution in the Kola Peninsula. Ekologiya = Russian Journal of Ecology, 2014, vol. 45, pp. 95–102. https://doi.org/10.1134/S1067413614020088
Тарханов С.Н. Формы внутрипопуляционной изменчивости хвойных в условиях атмосферного загрязнения. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 228 с. Tarkhanov S.N. Forms of Intrapopulation Variability of Conifers under Conditions of Atmospheric Pollution. Ekaterinburg, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 2010. 228 p. (In Russ.).
Цветков В.Ф., Цветков И.В. Лес в условиях аэротехногенного загрязнения. Архангельск, 2003. 354 с. Tsvetkov V.F., Tsvetkov I.V. Forest under Conditions of Aerotechnogenic Pollution. Arkhangelsk, 2003. 354 p. (In Russ.).
Шагиева Ю.А. Тяжелые металлы в почвах и растениях Башкирского Зауралья в условиях техногенеза: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Тольятти, 2002. 22 с. Shagieva Yu.A. Heavy Metals in Soils and Plants of the Bashkir Trans-Urals under Technogenic Conditions: Cand. Biol. Sci. Diss. Abs. Tolyatti, 2002. 22 p. (In Russ.).
Ari N., Ustazhanov M. Matplotlib in Python. 2014 11th International Conference on Electronics, Computer and Computation (ICECCO), 2014, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/ICECCO.2014.6997585
Arif Y., Singh P., Siddiqui H., Naaz R., Hayat S. Transition Metal Homeostasis and Its Role in Plant Growth and Development. Microbial Biofertilizers and Micronutrient Availability. Springer, Cham, 2022, pp. 159–178. https://doi.org/10.1007/978-3-030-76609-2_8
Baker A.J.M. Accumulators and Excluders – Strategies in the Response of Plants to Heavy Metals. Journal of Plant Nutrition, 1981, vol. 3, iss. 1–4, pp. 643–654. https://doi.org/10.1080/01904168109362867
Bashir K., Rasheed S., Kobayashi T., Seki M., Nishizawa N.K. Regulating Subcellular Metal Homeostasis: The Key to Crop Improvement. Frontiers in Plant Science, 2016, vol. 7, art. no. 1192. https://doi.org/10.3389/fpls.2016.01192
Clemens S. Molecular Mechanisms of Plant Metal Tolerance and Homeostasis. Planta, 2001, vol. 212, pp. 475–486. https://doi.org/10.1007/s004250000458
Garbe-Schönberg C.D., Reimann C., Pavlov V.A. Laser Ablation ICP-MS Analyses of Tree-Ring Profiles in Pine and Birch from N Norway and NW Russia – a Reliable Record of the Pollution History of the Area? Environmental Geology, 1997, vol. 32, pp. 9–16. https://doi.org/10.1007/s002540050188
Grant C.A., Buckley W.T., Bailey L.D., Selles F. Cadmium Accumulation in Crops. Canadian Journal of Plant Science, 1998, vol. 78, no. 1, pp. 1–17. https://doi.org/10.4141/P96-100
Hänsch R., Mendel R.R. Physiological Functions of Mineral Micronutrients (Cu, Zn, Mn, Fe, Ni, Mo, B, Cl). Current Opinion in Plant Biology, 2009, vol. 12, iss. 3, pp. 259–266. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2009.05.006
Huettl R.F. Mg Deficiency – A “New” Phenomenon in Declining Forests – Symptoms and Effects, Causes, Recuperation. Forest Decline in the Atlantic and Pacific Region. Berlin, Heidelberg, Springer, 1993, pp. 97–114. https://doi.org/10.1007/978-3-642-76995-5_7
Kashulina G., Reimann C., Salminen R., Chekushin V., Bogatyrev I. Chemical and Physical Degradation of Natural Soils in Northwestern Europe: Results of Large-Scale Regional Studies. 18th World Congress of Soil Science, 2006. Available at: https://crops.confex.com/crops/wc2006/techprogram/P15756.HTM (accessed 13.09.22).
Kuboi T., Noguchi A., Yazaki J. Family-Dependent Cadmium Accumulation Characteristics in Higher Plants. Plant and Soil, 1986, vol. 92, pp. 405–415. https://doi.org/10.1007/BF02372488
Ladanai S., Ågren G.I., Olsson B.A. Relationships Between Tree and Soil Properties in Picea abies and Pinus sylvestris Forests in Sweden. Ecosystems, 2010, vol. 13, pp. 302–316. https://doi.org/10.1007/s10021-010-9319-4
Manual on Methods and Criteria for Harmonized Sampling, Assessment, Monitoring and Analysis of the Effects of Air Pollution on Forests. Part IV. Sampling and Analysis of Needles and Leaves. United Nations Economic Commission for Europe, Convention on Long-Range Transboundery Air Pollution, International Co-operative Programme on Assessment and Monitoring of Air Pollution Effects on Forests, 2000. Available at: https://www.icp-forests.org/pdf/manual/2000/manual4.pdf (accessed 19.07.19).
McKinney W. Pandas: a Foundational Python Library for Data Analysis and Statistics. Python for High Performance and Scientific Computing, 2011, vol. 14, no. 9, pp. 1–9.
Reimann C., Arnoldussen A., Boyd R., Finne T.E., Koller F., Nordgulen Ø., Englmaier P. Element Contents in Leaves of Four Plant Species (Birch, Mountain Ash, Fern and Spruce) along Anthropogenic and Geogenic Concentration Gradients. Science of the Total Environment, 2007, vol. 377, iss. 2–3, pp. 416–433. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2007.02.011
Reimann C., Banks D., de Caritat P.D. Impacts of Airborne Contamination on Regional Soil and Water Quality: The Kola Peninsula, Russia. Environmental Science & Technology, 2000, vol. 34, iss. 13, pp. 2727–2732. https://doi.org/10.1021/es9912933
Reimann C., Koller F., Frengstad B., Kashulina G., Niskavaara H., Englmaier P. Comparison of the Element Composition in Several Plant Species and their Substrate from a 1 500 000-km2 Area in Northern Europe. Science of the Total Environment, 2001, vol. 278, iss. 1–3, pp. 87–112. https://doi.org/10.1016/S0048-9697(00)00890-1
Reimann C., Koller F., Kashulina G., Niskavaara H., Englmaier P. Influence of Extreme Pollution on the Inorganic Chemical Composition of Some Plants. Environmental Pollution, 2001, vol. 115, iss. 2, pp. 239–252. https://doi.org/10.1016/S0269-7491(01)00106-3
Reimann C., Fabian K., Flem B., Andersson M., Filzmoser P., Englmaier P. Geosphere-Biosphere Circulation of Chemical Elements in Soil and Plant Systems from a 100 km Transect from Southern Central Norway. Science of the Total Environment, 2018, vol. 639, pp. 129–145. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.05.070
Reimann C., Ottesen R.T., Andersson M., Arnoldussen A., Koller F., Englmaier P. Element Levels in Birch and Spruce Wood Ashes – Green Energy? Science of the Total Environment, 2008, vol. 393, iss. 2–3, pp. 191–197. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2008.01.015
Sucharová J., Suchara I., Reimann C., Boyd R., Filzmoser P., Englmaier P. Spatial Distribution of Lead and Lead Isotopes in Soil B-Horizon, Forest-Floor Humus, Grass (Avenella flexuosa) and Spruce (Picea abies) Needles across the Czech Republic. Applied Geochemistry, 2011, vol. 26, iss. 7, pp. 1205–1214. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2011.04.009
Terpilowski M.A. Scikit-Posthocs: Pairwise Multiple Comparison Tests in Python. JOSS: The Journal of Open Source Software, 2019, vol. 4, no. 36, art. no. 1169. https://doi.org/10.21105/joss.01169
Trimbacher C., Weiss P. Norway Spruce: A Novel Method using Surface Characteristics and Heavy Metal Concentrations of Needles for a Large-Scale Monitoring Survey in Austria. Water Air, and Soil Pollution, 2004, vol. 152, pp. 363–386. https://doi.org/10.1023/B:WATE.0000015368.95867.02
Virtanen P., Gommers R., Oliphant T.E., Haberland M., Reddy T., Cournapeau D., Burovski E., Peterson P., Weckesser W., Bright J., van der Walt S.J., Brett M., Wilson J., Millman K.J., Mayorov N., Nelson A.R.J., Jones E., Kern R., Larson E., Carey C.J., Polat İ., Feng Y., Moore E.W., VanderPlas J., Laxalde D., Perktold J., Cimrman R., Henriksen I., Quintero E.A., Harris C.R., Archibald A.M., Ribeiro A.H., Pedregosa F., van Mulbregt P., SciPy 1.0 Contributors. SciPy 1.0: Fundamental Algorithms for Scientific Computing in Python. Nature Methods, 2020, vol. 17, pp. 261–272. https://doi.org/10.1038/s41592-019-0686-2
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2025 Г.В. Калько, А.Е. Андреев (Автор)
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
