ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

МАШТАЛЕР ОЛЕКСАНДРА ВОЛОДИМИРІВНА

УДК 582.296.32: 632.15 (477.60)

Біомоніторинг видами bryophyta техногенно трансформованого середовища
південного сходу України

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Дніпропетровськ – 2007 Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі ботаніки та екології Донецького національного
університету Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, професор

Глухов Олександр Захарович,

Донецький національний університет,

завідувач кафедри ботаніки та екології.

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук

Мальцева Ірина Андріївна,

Мелітопольський державний педагогічний університет,

кафедра ботаніки, професор;

кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник

Мазур Антоніна Юхимівна,

Криворізький ботанічний сад НАН України, директор.

Провідна установа: Інститут екології Карпат НАН України, м.
Львів.

Захист відбудеться “ 25 ” квітня 2007 р. о 10:00 годині на засіданні
спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертацій на
здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук у Дніпропетровському
національному університеті за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул.
Наукова, 13, біолого-екологічний факультет, корп. 17, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитися у науковій бібліотеці
Дніпропетровського національного університету за адресою: 49050, м.
Дніпропетровськ, вул. Казакова, 8.

Автореферат розіслано “20” березня 2007 р.

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради

кандидат біологічних наук, доцент
А.О. Дубина

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення наукового інтересу до мохоподібних в
останні роки пов’язане із зростаючими темпами виробництва, високим
рівнем антропогенного тиску на навколишнє середовище та практичним
значенням мохів як біоакумуляторів та біоіндикаторів різноманітного
забруднення і порушення екологічних систем. Для території південного
сходу України ці питання постають найгостріше, оскільки саме Донецька
область характеризується найбільшим техногенним навантаженням.

З розвитком промисловості проблема забруднення довкілля техногенними
продуктами, зокрема важкими металами, різко загострилася. У відповідь на
ці зміни в природних екосистемах зникли чутливі до важких металів види,
що особливо контрастно відбилося на видовому складі епіфітних мохів і
лишайників (Рагуліна, 2003), знизилася частота трапляння, життєздатність
та продуктивність багатьох інших видів вищих рослин. Крім того,
токсичний вплив полютантів на рослини до певних концентраційних меж
залишається прихованим (візуально не проявляється). У таких умовах
індикаційна роль цих видів залишається єдиним показником наявності
токсичних сполук у середовищі (Горшков, 1990).

Використання бріоіндикації залишається актуальним і вигідним (Малышева,
1989), оскільки цей метод дозволяє стежити за станом великих за площею і
різноманітних за структурою територій, які важко та недешево охопити
мережею стаціонарних станцій. Мохоподібні, як безсудинні рослини, на
відміну від інших представників вищих рослин, поглинають мінеральні
речовини всією поверхнею тіла, завдяки чому нагромаджують катіони важких
металів у підвищених концентраціях, і не виробили ніяких механізмів
дискримінації щодо надмірного поглинання речовин (Лобачевская, Демкив,
Кит, 1991; Парибок, 1983). Висока чутливість мохів до наявності іонів
важких металів у субстратах робить їх придатними для розробки швидкого
та дешевого експрес-методу оцінки екологічної ситуації.

Отже, особливої актуальності набуває розробка методів діагностики стану
довкілля за структурно-функціональними показниками рослин. У даній
роботі вирішуються саме ці маловивчені аспекти стосовно мохоподібних на
південному сході України, що і визначає її актуальність.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження
проведено згідно з планами науково-дослідних робіт кафедри ботаніки та
екології Донецького національного університету в рамках держбюджетних
комплексних наукових робіт “Дослідження та розробка заходів відновлення
антропогенно трансформованих екосистем південного сходу України”, розділ
“Фіторізноманітність техногенно трансформованого регіону Донбасу”
(2001-2005 рр.), № ДР 0102U001900 та “Розробка засобів біоіндикації
екологічного стану Донбасу”, розділ “Розробка засобів біоіндикації
екології Донбасу на основі вищих та нижчих рослин” (2005-2008 рр.), № ДР
0105U002768.

Мета і завдання дослідження. Мета роботи – встановлення певних реакцій
мохоподібних на забруднення навколишнього середовища важкими металами та
можливості проведення за їх видами біомоніторингу стану техногенно
трансформованого середовища південного сходу України.

У зв’язку з поставленою метою вважали за необхідне вирішення таких
завдань:

встановити видовий склад мохоподібних екотопів техногенно
трансформованого середовища південного сходу України;

провести аналіз частоти трапляння, проективного покриття та форм росту
мохоподібних в умовах техногенно трансформованого середовища південного
сходу України (на прикладі Донецької області);

виявити особливості досліджуваної бріофлори на основі систематичного,
географічного, екологічного та ценотичного аналізів;

проаналізувати особливості вмісту елементів Pb, Zn, Cu, Ni, Mn, Fe, Cr,
Ca, Sn, Cd, Mo, Sb у гаметофітах мохів, що зростають на пробних площах,
та у коренезаселеному шарі ґрунтів;

встановити кореляційні зв’язки між показниками забруднення ґрунтів
важкими металами та вмістом їх у гаметофітах мохів-індикаторів;

визначити анатомо-морфологічні характеристики деяких представників
мохоподібних досліджуваних екотопів;

підібрати перспективні індикатори у бріофлорі антропогенно
трансформованих екотопів південного сходу України.

Об’єкт дослідження ? мохоподібні техногенно трансформованого середовища
південного сходу України.

Предмет дослідження ? розповсюдження мохоподібних в екотопах техногенно
трансформованого середовища південного сходу України, їх
еколого-ценотичні особливості, накопичення важких металів у гаметофітах
досліджених мохів.

Методи дослідження ? польові (рекогносцирувальні та стаціонарні);
світлооптичні методи дослідження будови мохоподібних; методи
хіміко-аналітичного визначення вмісту металів у гаметофітах мохоподібних
та ґрунтах; методи еколого-ценотичного та біогеографічного аналізів;
методи статистичної обробки результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше встановлено видовий склад
мохоподібних у техногенних екотопах південного сходу України (на
прикладі Донецької області), виявлено особливості їх розподілу,
екологічної, ценотичної та географічної структур. Вперше ретельно
досліджено частоту трапляння, проективне покриття та форми росту
мохоподібних у екотопах територій промислових підприємств та відвалів
вугільних шахт. Визначено кореляційні зв’язки між вмістом важких металів
(Pb, Zn, Cu, Ni, Mn, Fe, Cr, Ca, Sn, Cd, Mo, Sb) у видів мохоподібних (
Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw. та коренезаселеному
шарі ґрунтів, які свідчать, що ці види є адекватними
діагностико-індикаційними маркерами для оцінювання забруднення та
напрямків рекультивації техногенних едафотопів. Виявлено особливості
токсико-толерантних видів мохоподібних (групова форма росту, висока
регенераційна здатність, вегетативне розмноження), що визначають їх
життєву стратегію та адаптацію в умовах техногенно трансформованого
середовища.

Вперше на території Донецької області було зафіксовано нові для регіону
три види моху ( Aulacomnium palustre (Hedw.) Schwaegr. (Краснолиманський
район, с. Закотне, сосновий ліс, на ґрунті (2004 р.); м. Макіївка,
відвал вугільної шахти ім. Орджонікідзе, на породі (2005 р.)), Bryum
torquescens B. et S. та Caliergonella cuspidata (Hedw.) Loeske (відвал
шахти ім. Орджонікідзе, на породі (2005 р.)). Вперше досліджено
анатомо-морфологічну будову A. palustre з трьох популяцій. Виявлено
статистично достовірне зменшення розмірних характеристик для всіх груп
листків A. palustre в популяції на едафотопах відвалу шахти ім.
Орджонікідзе.

Практичне значення одержаних результатів. Показана можливість
практичного використання мохоподібних як біомаркерів у комплексному
біомоніторингу стану навколишнього середовища південного сходу України.
Підібрано перспективні індикатори у бріофлорі техногенно трансформованих
екотопів ( Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw.

Результати дисертаційної роботи включено в учбовий (практичні курси
«Систематика вищих рослин», «Загальна екологія», «Екологія міських
систем» та «Екологічна і техногенна безпека») та науковий процеси
кафедри ботаніки та екології біологічного факультету Донецького
національного університету та стали основою для виконання студентами
курсових і дипломних робіт.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійним
оригінальним дослідженням. Протягом 2002-2006 рр. автор особисто виконав
весь обсяг експериментальної частини дисертації, статистичної обробки
результатів, підбору та опрацювання літературних джерел. За участю
наукового керівника та співавторів опублікованих наукових праць
проведено аналіз та інтерпретацію одержаних результатів. Права
співавторів колективних публікацій не порушено.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати
дисертаційної роботи було оприлюднено на наукових конференціях:
“Актуальні проблеми ботаніки та екології” (Київ, 2000; Ніжин, 2001); IV
Міжнародній науковій конференції “Промислова ботаніка: стан та
перспективи розвитку” (Донецьк, 2003); IV та VI конференції молодих
вчених “Наукові основи збереження біотичної різноманітності” (Львів,
2003, 2004); Міжнародній науковій конференції “Каразінські природознавчі
студії” (Харків, 2004); II Міжнародній конференції “Онтогенез рослин у
природному та трансформованому середовищі. Фізіолого-біохімічні та
екологічні аспекти” (Львів, 2004); Всеукраїнській конференції молодих
вчених “Сучасні проблеми екології” (Запоріжжя, 2004); Всеросійській
науково-практичній конференції “Экология промышленного региона и
экологическое образование” (Нижний Тагил, 2004); II Міжнародній науковій
конференції студентів, аспірантів і молодих вчених “Біорізноманітність.
Екологія. Еволюція. Адаптація” (Одеса, 2005); Конференції молодих
вчених-ботаніків “Актуальні проблеми дослідження та збереження
фіторізноманіття” (Умань, 2005); Всеукраїнській науково-практичній
конференції молодих вчених “Екологічні дослідження у промислових
регіонах України” (Дніпропетровськ, 2005); II Міжнародній науковій
конференції студентів та аспірантів “Молодь і поступ біології” (Львів,
2006); Міжнародній конференції молодих учених-ботаніків “Актуальні
проблеми ботаніки, екології та біотехнології” (Київ, 2006).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 15 наукових праць,
включаючи 5 статей, 3 з яких у наукових виданнях, що входять до
переліку, затвердженого ВАК України, та 10 тез доповідей.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 7
розділів, висновків, списку використаних джерел (272 публікації, у тому
числі 104 – іноземною мовою). Загальний обсяг дисертації становить 175
сторінок, основний зміст викладено на 119 сторінках машинописного
тексту, який ілюстровано 15 рисунками та 24 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ІСТОРІЯ ВИВЧЕННЯ ТА ОСОБЛИВОСТІ БРІОІНДИКАЦІЇ ЗАБРУДНЕННЯ НАВКОЛИШНЬОГО
СЕРЕДОВИЩА ПІВДЕННОГО СХОДУ УКРАЇНИ

(огляд літератури)

Огляд літератури складається з двох підрозділів. На підставі аналізу
літературних даних розглянуто історію вивчення мохоподібних (Бойко,
1978, 1990, 1999; Гапон, 2004; Навроцька, Партика, 1991) південного
сходу України. Висвітлено основні наукові набутки та досягнення у
дослідженні цього питання.

Висвітлено деякі принципи бріоіндикаційного підходу до оцінки якості
навколишнього середовища (Маєвська, Кардаш, Демків, 2000, 2001; Мамчур,
1993; Мэннинг, Федер, 1985; Черненькова, 1992; Barkman, 1969; Gluch,
1980, 1988; Rabe, 1982; Schubert, 1977, 1991; Stцcker, 1980 та ін.).
Детально розглянуто діагностичні властивості мохоподібних з точки зору
можливості їх використання для індикації забруднення навколишнього
середовища важкими металами (Борисовская, Виноградов, 2000; Вайнер,
Вальтер, Ветцель, 1988; Гамбарян, Теплякова, 1998; Гренштейн, 1982;
Канукене, Тамм, 1976; Котов, Коршиков, 1987; Лобачевская, Демкив, Кит,
1991; Маєвська, Кардаш, Демків, 2000, 2001; Микрякова, 2000; Парибок,
Сазыкина, Золотарёва, Топорский, 1982, 1985; Прудникова, 2001, 2004;
Речевська, 1999, 2002; Слука, Абрамова, 1996, 2000; Смоленський, Клід,
2004; Собакин, 1999; Aboal, Fernandes, Carballeria, 2001; Blum, Sukopp,
1976; Brown, Wells, 1990; De Sloover, Le Blanc, 1968; Folkeson, 1979,
1981; Gilbert, 1968, 1969, 1970; Gluch, 1980, 1988; Grgic, Nedezdin,
1990; Grodzinska, 1978, 1990; Grodzinska, Godzik, 1991; Grodzinskі,
Yorks, 1981 та ін.). Зроблено висновок, що на сьогодні практично
відсутні роботи з комплексного спеціального вивчення видового складу
мохоподібних в техногенно трансформованому середовищі південного сходу
України. Актуальним є дослідження питання індикації забруднення
урбанізованих та техногенних територій з використанням таких біомаркерів
як мохоподібні.

УМОВИ, МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Наведено стислу характеристику природно-кліматичних умов регіону
досліджень. Підкреслюється значний рівень техногенного навантаження на
рослинність та ґрунти.

В основу роботи покладено флористичні матеріали, зібрані протягом
2002-2006 рр. у кількості близько 700 гербарних пакетів. Вивчення
флористичних і геоботанічних показників мохоподібних проводили методом
маршрутних досліджень і на стаціонарних ділянках. Під час
рекогносцирувальних маршрутів було охоплено територію південного сходу
України в межах Донецької та Луганської областей, а стаціонарні
дослідження проводили на території Донецької області.

Гербарні зразки визначали стандартним порівняльно-морфологічним методом
з використанням таблиць для визначення та порівняння із зразками
бріологічного гербарію Інституту ботаніки ім. М.Г. Холодного НАН України
(KW), Херсонського державного університету (KHER), Інституту екології
Карпат НАН України (LWKS) та Донецького ботанічного саду НАН України
(DNZ). Систематичний аналіз бріофітів проводили за системою, прийнятою у
праці Corley M.F.V. та ін. (1981) з доповненнями (Ваня, Вірченко, 1993;
Вірченко, 2000, 2001). Проведення географічного аналізу бріофлори
дослідженої території виконано на підставі основних принципів
класифікації А.С. Лазаренка (1956, 2001) з доповненнями М.Ф. Бойка
(1978, 1992, 1999).

Анатомо-морфологічні дослідження проводили за загальноприйнятою
методикою (Паушева, 1988). Морфометричні дослідження проводили на
матеріалі, зібраному на пробних площах та в умовно чистій зоні (Донецька
обл., відділення Українського природного степового заповідника ?
Хомутовський степ), яка прийнята за контроль.

Для детального вивчення бріофлори та порівняння отриманих результатів
обрано міські парки відпочинку у містах, що відрізняються розташуванням,
загальною площею, кількістю мешканців, промисловим потенціалом: парк
“Ленінського комсомолу” та центральний парк культури та відпочинку
(ЦПК та В) ім. О.С. Щербакова (м. Донецьк), центральний парк відпочинку
(м. Дзержинськ), парк “Ювілейний” (м. Красноармійськ) та національний
природний парк (НПП) “Святі гори” (м. Святогірськ).

Для бріоіндикаційних досліджень використовували методи пасивного
моніторингу (Knabe, 1983; Puckett, Burton, 1981). Оцінку техногенного
навантаження на території досліду за показниками вмісту токсичних
металів (Pb, Zn, Cu, Ni, Mn, Fe, Cr, Ca, Sn, Cd, Mo та Sb) проводили за
отриманими даними хіміко-аналітичного визначення (Методы
биохимического…, 1987; Обухов, Плеханова, 1991) вмісту важких металів
у гаметофітах мохів Bryum argenteum і B. caespiticium та у ґрунтах
пробних площ: Донецький коксохімічний завод (ДКХЗ); ВАТ “Донецький
металургійний завод” (ДМЗ); Донецький ботанічний сад НАН України (ДБС);
ВАТ “ДонецькГірМаш” (ДГМ); фенольний завод у м. Дзержинськ (ФЗ); шахта
“Південна” (м. Дзержинськ); цвинтар житлового мікрорайону №1 (м.
Дзержинськ). Зразки ґрунту відбирали за методом конверту зі сторонами
5-10 м з глибини 10-12 см, перед аналізом проби ґрунту подрібнювали до
розміру часток 0,1 мм (Аринушкина, 1970; Методические указания, 1983).
Коефіцієнт акумуляції (або коефіцієнт відносного нагромадження
елементів) визначено за методикою ряду авторів (Безсонова, 1991; Парибок
и др., 1987). Для визначення проективного покриття мохів використовували
метод К.О. Уличної зі співавторами (1989). Досліджено мохові епігейні
обростання субстратів на відвалах вугільних шахт південного сходу
України, визначено частоту трапляння на основі методу Раункієра (Улычна,
Гапон, Кулик, 1989), модифікованого нами стосовно епігейних мохів. В
основу аналізу класифікації форм росту мохоподібних покладено
класифікацію C.H. Gimingham та E.T. Robertson (1950), доповнену К.О.
Уличною (1970) та М.Ф. Бойком (1978, 1999). На територіях промислових
підприємств та відвалів вугільних шахт Донецької області на пробних
площах (10,0Ч10,0 м) закладали облікові ділянки (1,0Ч1,0 м). Дослідження
проводили у чотирьох експозиціях на трьох рівнях: вершина відвалу,
середня та нижня частини.

Отримані результати оброблено за статистичними методами (Зайцев, 1984;
Лакин, 1990; Шмідт, 1984) та за допомогою пакетів прикладних програм:
Exel, Statgraph 5.0, Statistica 6.0, SPSS 11.5 for Windows; рівень
вірогідності 0,95% (Р<0,05). Мохоподібні у екотопах техногенно трансформованого середовища південного сходу України Досліджено бріофлору наступних антропогенних комплексів: паркових культурфітоценозів і селітебних ділянок (міста Донецьк, Дзержинськ, Красноармійськ та Святогірськ), власне техногенних територій (9 відвалів вугільних шахт міст Донецька, Макіївки, Дзержинська, Тореза та промислові майданчики підприємств міст Донецька та Дзержинська), що характеризуються найбільшим рівнем забруднення важкими металами (ДКХЗ, ДМЗ, ДГМ, ФЗ, шахта “Південна”), а також ДБС та житловий мікрорайон; контрольну ділянку було закладено у Хомутовському степу. В рамках дисертаційної роботи вперше проведено спеціальне дослідження мохоподібних у техногенних екотопах південного сходу України (рис.1). Рис. 1. Співвідношення мохоподібних у екотопах техногенно трансформованого середовища південного сходу України: a – культурфітоценози; b – селітебні території; c – території промислових підприємств; d – відвали вугільних шахт Виявлено 38 видів мохоподібних, що належать до двох класів – Bryopsida (37 видів) та Hepaticopsida (1 вид). Найбільша кількість видів відноситься до родин Bryaceae та Brachytheciaceae (по 5 видів). Мохоподібні культурфітоценозів. В досліджених культурфітоценозах визначено 35 видів мохів (див. рис.1). Найрізноманітнішою виявилася бріофлора НПП “Святі гори” (31вид; 36%); друге місце займає ЦПК та В ім. О.С. Щербакова (29 видів; 22%), далі ? парк відпочинку у м. Дзержинськ (13%) та парк “Ювілейний” у м. Красноармійськ (12%). Мохоподібні було досліджено в таких едафотопах: ґрунт в штучних насадженнях, порушені незадерновані ділянки ґрунту, кора дерев, гнила деревина, кам’янисті субстрати. Найбільшою виявилася бріофлора на ґрунті в штучних насадженнях (18 видів). У всіх досліджених парках виявлено ділянки, що зазнають сильного витоптування і дію забруднення, та де трапляються тільки антропотолерантні представники мохоподібних (Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid., Bryum argenteum Hedw., Bryum caespiticium Hedw., Tortula ruralis (Hedw.) Gaertn., Meyer et Scherb.). Мохоподібні селітебних територій. На селітебних територіях визначено 18 видів мохоподібних (див. рис.1), серед яких переважають епігейні та епіфітні види мохів. Мохоподібні територій промислових підприємств. На територіях промислових підприємств визначено 6 видів мохоподібних (див. рис.1). Це широко розповсюджені космополітні види. Три види траплялися на усіх промислових майданчиках – це високоактивні, верхоплідні мохи Bryum argenteum, B. caespiticium та Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid., які є типовими для міських умов ? урбанофіли. Ці мохи складають ядро антропотолерантних видів. Їх загальна риса – висока спроможність до вегетативного розмноження, витривалість до витоптування, засолення та забруднення токсичними речовинами. Мохоподібні відвалів вугільних шахт. Видовий склад мохоподібних відвалів вугільних шахт нараховує 15 видів (див. рис.1). Найбільшу кількість видів виявлено на едафотопах відвалів шахт ім. Орджонікідзе ? 15 видів; “Бутовка-Донецька” ? 8 видів та шахти “6-14” ? 6 видів. На вершині відвалу шахти ім. Орджонікідзе вперше було зафіксовано болотяні мохи Aulacomnium palustre, Calliergonella cuspidate та вид, який трапляється тільки в Криму ? Bryum torquescens. На всіх досліджених вугільних відвалах масово зростають Ceratodon purpureus, Bryum argenteum, B. caespiticium, Funaria hygrometrica Hedw. та Barbula unguiculata Hedw., більша частина з яких утворює спорогони. Відмічено, що найчастіше мохоподібні траплялись на едафотопах з північної експозиції відвалів. Зростаючи на субстратах відвалів вугільних шахт, мохи накопичують атмосферну вологу, затримують пил, дрібнозем та продукти руйнування породи. Тобто приймають своєрідну участь у формуванні едафотопу та необхідних умов для поселення квіткових рослин. ГЕОГРАФІЧНИЙ ТА ЕКОЛОГО-ЦЕНОТИЧНИЙ АНАЛІЗИ ВИДОВОГО СКЛАДУ ДОСЛІДЖЕНИХ МОХОПОДІБНИХ ПІВДЕННОГО СХОДУ УКРАЇНИ Бріофлора є вагомим компонентом екосистем, який істотно впливає на мікроклімат місцезростань, на ріст і відновлення судинних рослин, відіграє важливу роль у регуляції водного режиму і процесах ґрунтоутворення. Географічна структура досліджених мохоподібних. У бріофлорі досліджених територій південного сходу України виділено чотири географічні елементи: бореальний, аридний, неморальний та космополітний. Домінуючу позицію у бріофлорі досліджуваного регіону займають бореальний, неморальний та аридний географічні елементи (рис.2). Рис. 2. Географічні елементи мохоподібних досліджених територій південного сходу України Аридний елемент майже дорівнює за кількістю видів неморальному. Цьому сприяють еколого-ценотичні умови регіону досліджень, що спричинюють природний добір та виживання ксерофітних і геліофітних форм мохоподібних. Космополіти представлені лише 4 видами. Екологічна структура мохоподібних південного сходу України. В залежності від зволоження (рис.3) та освітлення місцезростань, трофності (рис.4) та хімізму субстрату виділено екологічні групи досліджених мохоподібних південного сходу України. Рис. 3. Екологічні групи мохоподібних південного сходу України за відношенням до зволоження Рис. 4. Екологічні групи мохоподібних південного сходу України за відношенням до трофності субстрату Провідне місце у екологічній структурі належить мезоксерофітам, мезотрофам, геліофітам. За відношенням до хімізму субстрату переважна більшість мохоподібних (16 видів) відноситься до інцертофілів (Бойко, 1992), тобто видів, що не проявляють чіткої залежності від хімізму та тяжіють до едафотопів з широким діапазоном хімічного складу. Ценотична активність досліджених мохоподібних південного сходу України. З урахуванням трапляння виду у різних екотопах, а також чисельності популяцій виду та його ролі в мохових угрупованнях, встановлено, що за ценотичною активністю серед досліджених мохоподібних (табл. 1) загалом Таблиця 1 Ценотична активність досліджених мохоподібних південного сходу України Групи активності видів Кількість видів % Надтоактивні види 4 10,53 Високоактивні види 9 23,68 Середньоактивні види 6 15,79 Малоактивні види 4 10,53 Неактивні види 15 39,47 переважають неактивні види, більшість з яких є компонентами піонерних рослинних угруповань на первинних та похідних едафотопах антропогенного походження. Вміст важких металів у гаметофітах мохоподібних і в ґрунтах ПІВДЕННОГО СХОДУ уКРАЇНИ Вміст важких металів у гаметофітах мохоподібних. Даний експериментальний розділ роботи стосується специфіки накопичення важких металів у мохоподібних та у ґрунтах екотопів з різним рівнем забруднення. В якості перспективних тест-видів для проведення постійного комплексного моніторингу було обрано поширені у природних місцезростаннях південного сходу України види моху Bryum argenteum та B. caespiticium. Це епігейні, рудеральні та космополітні мохоподібні, трапляння яких зростає з переходом на едафотопи антропогенного походження. Встановлено, що B. argenteum накопичує більший вміст досліджених елементів, ніж B. caespiticium майже в усіх досліджених пробних площах в містах Донецьк та Дзержинськ (рис.5, 6). Відмічено вагому різницю між вмістом хімічних елементів у ґрунтах (рис.7) та мохах для Pb (ДМЗ), Zn (ДМЗ, мікрорайон №1), Ni (ДКХЗ, ФЗ, мікрорайон №1), Mn (усі досліджені зони), Fe (ДМЗ, ДонецькГірМаш, шахта “Південна”), Cr (ДМЗ, ФЗ, мікрорайон №1 – тільки для B. argenteum), Sn (ДКХЗ, ДМЗ, мікрорайон №1), Cd (ДКХЗ, мікрорайон №1), Mo (ДМЗ, ДБС та всі досліджені зони на території м. Дзержинськ). Рис. 5. Вміст важких металів у гаметофітах мохоподібних з пробних площ у м. Донецьк (мг/кг сухої маси) Рис. 6. Вміст важких металів у гаметофітах мохоподібних з пробних площ у м. Дзержинськ (мг/кг сухої маси) А Б Рис. 7. Накопичення важких металів у ґрунтах пробних площ у містах Донецьк (А) та Дзержинськ (Б) (мг/кг сухої маси) a ae Z ? 0 R ” Ae a ae Z ” TH . 0 ” E ////ooiaU?CCCU???¦ „o `„o „o `„o `„ oeaeaeaeUOE??·????¦!• „o ]„aeth^„o M†P&\?]<`oooooossssssssssssssoooooOOoooo & F 1/4R3/4oooooooiaooaoooOeaoaoooo :33), Fe (r= +0,20), Ca (r= +0,14), Sn (r= +0,88), Cd (r= +0,39), Mo (r= +0,10) та Sb (r= +0,71); B. caespiticium: Zn (r= +0,69), Fe (r= +0,41). Рис. 8. Кореляційна залежність (r) між вмістом важких металів у гаметофітах мохоподібних та їх вмістом у ґрунтах Результати рентгенофлюоресцентного та атомно-абсорбційного аналізів щодо здатності мохів акумулювати важкі метали показали, що їх рівень накопичення у досліджених зразках мохоподібних відображає ступінь забруднення ними пробних площ на південному сході України. Вміст важких металів у ґрунтах досліджуваного регіону. Внаслідок вільного осідання металоносних аерозолів, осадження їх атмосферними опадами або рослинами відбувається забруднення ґрунтів техногенних територій важкими металами. Саме цей факт було обрано для перевірки на прикладі дослідження вмісту важких металів у гаметофітах мохів і у ґрунтах, на котрих вони зростають. Кореляційний аналіз отриманих даних дозволив визначити надходження важких металів у коренезаселений шар ґрунтів. Для цього визначено кореляційні зв’язки між показниками вмісту важких металів у ґрунті окремо для кожної пробної площі та коефіцієнти детермінації (для визначення наявності непрямого кореляційного зв’язку) між вибірками. Згідно з отриманими коефіцієнтами детермінації, найщільніший зв'язок спостерігається у групах Zn-Pb, Ni-Zn та Ni-Pb (ФЗ); Cd-Fe, Sn-Cr та Zn-Pb (мікрорайон №1). Для території шахти “Південна” було отримано пряму залежність (r= +1) у групах Cd-Sn та Mo-Cd. Для пробних площ у м. Донецьк найщільніший зв'язок спостерігається у групах Cu-Pb (ДКХЗ, ДГМ), Cr-Fe, Cr-Pb, Cr-Ni, Ca-Ni, Cd-Zn, Mo-Ni (ДКХЗ), Ni-Pb, Ca-Cu, (ДКХЗ,ДБС), Cu-Zn, Cd-Sn, (ДМЗ, ДГМ), Mo-Cd, Fe-Cu, Cr-Cu, Sn-Zn та Sb-Pb (ДМЗ); Cu-Zn, Ni-Zn, Sn-Cr, Sb-Cr та Sb-Sn (ДБС); Zn-Pb, Mo-Pb та Mo-Zn (ДГМ). Отримані коефіцієнти кореляції та коефіцієнти детермінації між показниками забруднення ґрунтів важкими металами для досліджених пробних площ міст Донецька та Дзержинська свідчать про різні рівні забруднення цих територій (у зв’язку із специфікою виробництва кожного дослідженого підприємства, розташуванням поблизу того чи іншого промислового об’єкта, а також враховуючи потужний промисловий потенціал кожного міста окремо), що є результатом комплексного забруднення ґрунтів не тільки викидами промислових підприємств, а й вихлопними газами автомобілів. Це пов’язано з тим, що саме ґрунти є більш стійкою складовою природного середовища у порівнянні з повітрям та водою. І хоча мохоподібні, завдяки своїй анатомо-мофологічній будові, пасивно поглинають іони важких металів безпосередньо із повітря всією масою тіла, але вони однаково знаходяться у безпосередньому контакті з едафокомпонентом. Коефіцієнт акумуляції як показник рівня нагромадження важких металів. З метою визначення нагромадження важких металів дослідженими видами мохів Bryum argenteum та В. caespiticium у міських умовах (м. Донецьк, м. Дзержинськ), визначено коефіцієнт акумуляції (Ка) (рис.9), що дозволяє порівняти види за їх здатністю до нагромадження елементів в умовах забруднення середовища. Найбільшим Ка виявився для Ca та Sn у В. caespiticium з території ДБС, ДГМ (м. Донецьк) та ФЗ (м. Дзержинськ). На відміну від B. caespiticium, B. argenteum має найвищий Ка для Mn (ДБС, „ДонецькГірМаш”, шахта „Південна”), Fe та Cr (ДБС, шахта „Південна”) і Cd (ДБС). Визначено майже однаковий Ка для Sb (обидва види моху) з усіх досліджених територій. Найнижчі показники Ка визначено для B. argenteum з усіх досліджених територій, що свідчить про його кращу, ніж у B. caespiticium, акумулятивну спроможність щодо важких металів. Рис.9. Коефіцієнт акумуляції важких металів у гаметофітах Bryum argenteum Hedw. та Bryum caespiticium Hedw. з пробних площ досліджених територій: ДКХЗ ( Донецький коксохімічний завод; ДМЗ ( ВАТ “Донецький металургійний завод”; ДБС ( Донецький ботанічний сад НАН України; ДГМ ( ВАТ “ДонецькГірМаш”; ФЗ ( фенольний завод (м. Дзержинськ); шахта “Південна” (м. Дзержинськ); Мікрорайон ( цвинтар житлового мікрорайону №1 (м. Дзержинськ) Характеристика мохоподібних з екотопів територій промислових підприємств. Наведено анатомо-морфологічні характеристики Bryum argenteum та B. caespiticium, які зростають в антропогенно трансформованих умовах, за наступними ознаками: висота стебла, довжина та ширина листкової пластинки, довжина ніжки спорогону, довжина коробочки. Виявлено, що на території заводу ДГМ розвиток досліджених мохоподібних був найбільш пригнічений. Цей факт також підтверджують отримані дані щодо вмісту важких металів у гаметофітах мохів з території ДГМ (див. рис.5): порівняно з іншими моніторинговими зонами Донецька саме у рослинному матеріалі з цієї зони визначено більший обсяг дослідних металів. Слід відмітити, що на дернинках досліджених мохів з території ДГМ не було знайдено жодного спорогону. Це є ознакою впливу несприятливих екологічних умов на існування мохів та переважання вегетативного їх розмноження над генеративним. Аналогічна тенденція спостерігається і для популяцій B. argenteum та B. caespiticium з екотопів територій ДМЗ та B. argenteum з ДКХЗ. Тільки на території ДБС дернинки обох видів моху були зі спорогонами, а на промисловому майданчику ДКХЗ спорогони утворював лише B. argenteum. Зменшення розмірних характеристик спостерігається не тільки для висоти стебла, а й для довжини та ширини листкової пластинки досліджених мохів. Знову ж таки підтверджуються дані щодо найбільшого накопичування важких металів в гаметофітах мохів на території ДГМ ? тут визначено найменші розміри листків обох видів. Найбільшу ширину та довжину мають листки з території ДБС. Мінімальні показники отримано для обох видів моху з території ФЗ (м. Дзержинськ). Цікаво, що мохи утворювали спорогони саме на території біля фенольного заводу. Можливо, що це стало своєрідним захистом популяції від швидкого вимирання та монотонного повторювання генотипу батьківського організму. Мохоподібні з інших моніторингових зон Дзержинська не відрізнялися такою особливістю: у них мало місце вегетативне розмноження, а не генеративне. Було помічено зміни забарвлення листків досліджених видів мохоподібних: пожовклий колір, що повільно переходив до темно-коричневого (ДКХЗ, ДМЗ, ДГМ); обезбарвлення листків біля верхівки пагону та їх поступове відмирання, а також часткова редукція волоска на верхівці листкової пластинки у B. argenteum (ФЗ). З’ясовано, що забруднення навколишнього середовища стимулює у цих видів перехід від генеративного розмноження до вегетативного, що призводить до значного утворення органів вегетативного розмноження. Порівняльна анатомо-морфологічна характеристика мохоподібних з екотопів відвалів вугільних шахт. Окрім того, що дернини мохів з часом змінюють своє забарвлення з брудно-зеленого кольору на коричневий, більшість їх місцезростань гине під час горіння шахтної породи та поступово зникає. В результаті пристосування до різних умов існування анатомічна будова стебла моху Polytrichum commune Hedw. змінюється: відбувається диференціація тканин стебла. Визначено відсутність спорогонів у всіх досліджених видів мохоподібних, редукція верхівки листкової пластинки у B. argenteum, зменшення розмірних характеристик листків тощо. ЕКОЛОГО-ГЕОБОТАНІЧНИЙ АНАЛІЗ видів мохоподібних В УМОВАХ ТЕХНОГЕННО ТРАНСФОРМОВАНОГО СЕРЕДОВИЩА Частота трапляння та проективне покриття видів мохоподібних в умовах забруднення. З’ясовано, що існує тісний зв'язок між частотою трапляння мохів та їх проективним покриттям. Виявлено, що види, які трапляються найчастіше, здебільшого характеризуються і найвищим показником проективного покриття. В агресивних умовах зростання на територіях промислових підприємств серед досліджених мохів рясно спороносив лише Ceratodon purpureus, а Bryum argenteum утворював спорогони лише на двох пробних площах промислових майданчиків ДМЗ та ДГМ. Спороносного покоління Bryum caespiticium та Barbula unguiculata на всіх пробних площах нами знайдено не було, що вказує на цілковитий перехід цих видів мохів від генеративного шляху розмноження до вегетативного, та є ознакою досить доброго пристосування цих видів до зростання в напружених екологічних умовах. Про це також свідчать високі показники площі проективного покриття B. caespiticium (26,76%) та Barbula unguiculata (22,37%). Життєві форми мохоподібних в умовах забруднення. При виділенні життєвих форм мохоподібних ми перш за все виходили з побудови всієї мохової дернини, а не лише з будови стебел мохів. За класифікацією життєвих форм (Gimingham, Robertson, 1950; Улична, 1970; Бойко, 1978, 1999) ми розподілили знайдені мохоподібні за такими формами (табл. 2): щільна дернина, плоский килим, рихла дернина та щільне плетиво. Серед досліджених мохоподібних переважають види з щільнодернинною життєвою формою, на другому місці – плоскокилимова форма, на третьому – рихлодернинна. Таблиця 2 Спектр життєвих форм досліджених мохоподібних в умовах забрудненого середовища південного сходу України Життєва форма Види мохоподібних % Щільна дернина Aulacomnium palustre (Hedw.) Schwaegr., Barbula unguiculata Hedw., Bryum argenteum Hedw., B. caespiticium Hedw., B. creberrimum Tayl., B. torquescens B. et S., Ceratodon purpureus (Hedw.) Brid. 43,75 Плоский килим Brachythecium campestre (C. Mьll.) B.S.G., B. mildeanum (Schimp.) Schimp. ex Milde, B. salebrosum (Web. et Mohr) B.S.G., Homalothecium lutescens (Hedw.) Robins, Leskea polycarpa Hedw. 31,25 Рихла дернина Funaria hygrometrica Hedw., Polytrichum commune Hedw., P. piliferum Hedw. 18,75 Щільне плетиво Calliergonella cuspidata (Hedw.) Loeske 6,25 Визначено, що життєва форма мохоподібних залежить не тільки від навколишнього середовища в цілому, а й від наявності певних мікроумов у досліджених екотопах та величини екологічної амплітуди виду. ВИСНОВКИ Вперше виявлено видовий склад мохоподібних в екотопах техногенно трансформованого середовища південного сходу України ? 38 видів, що належать до двох класів – Bryopsida та Hepaticopsida. Із них в екотопах культурфітоценозів ? 35 видів, селітебних територій – 18 видів, промислових майданчиків – 6 видів та відвалів вугільних шахт – 15 видів. Вперше знайдено в техногенних екотопах види мохоподібних, які раніше не наводили для території південного сходу України: Aulacomnium palustre (Hedw.) Schwaegr., Bryum torquescens B. et S. та Caliergonella cuspidata (Hedw.) Loeske. Встановлено, що домінуючу позицію у видовому складі мохоподібних техногенно трансформованого середовища південного сходу України займають бореальний, неморальний та аридний географічні елементи. Це є наслідком еколого-біологічних особливостей виявлених видів мохоподібних та потужного антропогенного тиску на них. Виділено екологічні групи видів мохоподібних південного сходу України в залежності від зволоження та освітлення їх місцезростань, а також трофності і хімізму субстрату: провідне місце у їх екологічній структурі належить мезоксерофітам, мезотрофам, геліофітам та інцертофілам. З урахуванням трапляння виду у різних екотопах, а також чисельності популяції виду та його ролі в мохових угрупованнях, встановлено, що ценотична активність мохоподібних представлена надтоактивними (4 види), високоактивними (9 видів), середньоактивними (6 видів), малоактивними (4 види) та неактивними видами (15 видів). Останні займають лідируюче положення. В якості перспективних тест-видів для проведення локального комплексного моніторингу обрано поширені в природних місцезростаннях південного сходу України види моху Bryum argenteum Hedw. та B. caespiticium Hedw. Встановлено, що B. argenteum накопичує більший вміст важких металів, ніж B. caespiticium. Відмічено вагому різницю між вмістом хімічних елементів у ґрунтах та гаметофітах мохів для Pb (ДМЗ), Zn (ДМЗ, мікрорайон №1), Ni (ДКХЗ, ФЗ, мікрорайон №1), Mn (усі досліджені зони), Fe (ДМЗ, ДонецькГірМаш, шахта “Південна”), Cr (ДМЗ, ФЗ, мікрорайон №1 – тільки для B. argenteum), Sn (ДКХЗ, ДМЗ, мікрорайон №1), Cd (ДКХЗ, мікрорайон №1), Mo (ДМЗ, ДБС та всі досліджені зони на території м. Дзержинськ). За рівнем нагромадження у гаметофітах мохів важкі метали розташовано в такий зростаючий ряд фітотоксичності: Sb

Похожие записи