Влияние экологических факторов на содержание тяжелых металлов и cs-137 в микобиоте лесных экосистем 03. 00. 16 Экология

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный руководитель Ведущая организация Общая характеристика работы Цель работы Задачи исследования Научная новизна Теоретическая значимость работы. Практическая значимость работы Апробация работы Личный вклад автора На защиту выносятся следующие положения Объем и структура работы Краткая характеристика работы Глава 2. физико-географическая характеристика Глава 3. объекты и методы исследования 3.1. Методика выявления доминантных представителей микобиоты 3.2. Методика изучения содержания ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов в зависимости от эколого-трофической специализации 3.3. Методика изучения содержания ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов в различных лесорастительных условиях 3.4. Методика изучения влияния техногенной нагрузки на накопление ТМ и Cs-137 в макромицетах 3.5. Методика изучения содержания ТМ и Cs-137 в макромицетах на различных субстратах ... Полное содержание

Подобный материал:

• Влияние Экологических факторов на аллергическую заболеваемость детского населения российской, 441.49kb.
• План Введение 1 Действие тяжелых металлов на растительные организмы 3 Химическая природа, 600.02kb.
• Использование природного капитала лесных экосистем с учетом трансграничных факторов, 613.87kb.
• Удк количественное определение содержания тяжелых металлов в пробах почвы атомно-абсорбционным, 161.57kb.
• Рабочая программа дисциплины «Экология организмов (экология растений)» Код дисциплины, 139.35kb.
• Ержание подвижных форм тяжелых металлов Вцелом уровень загрязнения поверхностного почвенного, 31.17kb.
• Влияние факторов внешней среды на деятельность организации (на примере ОАО «Кировский, 44.93kb.
• Московский Государственный Институт Стали и Сплавов (Технологический Университет) Кафедра, 461.38kb.
• Мадиева Айгуль Шамильевна учитель биологии и химии высшей категории моу «Варваринская, 204.03kb.
• Лекция Влияние различных факторов на пластичность металла. Влияние омд на структуру, 126.99kb.

На правах рукописи


Зырянова Ульяна Петровна


ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И Cs-137 В МИКОБИОТЕ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ


03.00.16 – Экология


АВТОРЕФЕРАТ


диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук


Ульяновск – 2007

Работа выполнена на кафедре лесного хозяйства государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет»

Научный руководитель:	доктор биологических наук, профессор Чураков Борис Петрович
Официальные оппоненты:	доктор биологических наук, профессор Горбачев Владимир Николаевич кандидат сельскохозяйственных наук, Кублик Вячеслав Александрович
Ведущая организация:	Федеральное государственное научное учреждение «Институт экологии Волжского бассейна РАН»

Защита диссертации состоится «____» __________ 2007 г. в ______ часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет» по адресу: ул. Набережная р. Свияги, 106, корп. 1, ауд. 703.


Отзывы на автореферат направлять по адресу:

432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, Ульяновский государственный университет, Управление научных исследований.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ульяновский государственный университет», с авторефератом - на сайте вуза www.uni.ulsu.ru


Автореферат разослан « 09 » октября 2007 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук,

доцент С.В. Пантелеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одной из важнейших экологических проблем современности является предотвращение деградации лесных массивов и городских зеленых насаждений в результате их химического загрязнения. Среди множества загрязняющих веществ, поступающих с выбросами в атмосферу от транспорта и промышленных предприятий, наибольшую опасность для живых организмов представляют тяжелые металлы (ТМ), в силу высокой токсичности, подвижности и биоаккуммулятивности. Помимо химического загрязнения природных экосистем дополнительный вклад в техногенную нагрузку вносят радиоактивные элементы, попадающие в окружающую среду с аварийными выбросами от атомных электростанций. Так, на территории четырех лесхозов (Вешкаймский, Инзенский, Майнский, Карсунский) Ульяновской области, попавших под воздействие аварийного выброса на ЧАЭС в апреле 1986 года, по данным на 2004 год (Конаков, 2004), плотность загрязнения почвы Cs-137 находится в диапазоне от 1 до 5 Ки/км² (370-1850 Бк/кг при плотности земли 1,2 кг/м³).

Воздействие ТМ и радионуклидов в малых дозах на территориях с невысоким уровнем техногенного воздействия, к которым относится основная часть Ульяновской области (Государственный доклад..., 2002; 2003; Аллянова, 2003), не сразу сказывается на состоянии лесных насаждений: в течение длительного времени внешних признаков техногенного влияния можно не обнаружить. Поэтому особый интерес вызывает изучение процессов миграции элементов-загрязнителей по всем компонентам лесных экосистем.

Одним из важнейших таких компонентов являются грибы. На них возложен широкий спектр биосферных функций, среди которых разложение органических веществ является наиболее существенной (Одум, 1986; Терехова, 2004). Грибам отводится особый экогоризонт в лесных экосистемах и роль посредников между живым и косным веществами биосферы (Каратыгин, 1994). Способность одних представителей данного царства аккумулировать из питающего субстрата микроэлементы в значительных количествах, чувствительность других к изменениям условий среды позволяют рассматривать данный компонент лесных биогеоценозов как биоиндикатор. Работы отечественных и зарубежных исследователей, посвященные изучению аккумулирующих способностей грибов в условиях высокой техногенной нагрузки, носят фрагментарный разрозненный характер, отсутствует комплексный подход. Недостаточно полно рассмотрены аккумулирующие особенности микобиоты в условиях малофонового загрязнения лесных экосистем.

Вопрос накопления поллютантов в различных представителях лесной микобиоты и возможность использования их в качестве биоиндикаторов изменения лесных экосистем в настоящее время достаточно актуальны, представляют большой теоретический и практический интерес. Без их изучения невозможна комплексная оценка роли микобиоты в миграции элементов-загрязнителей в биогеохимических циклах, по звеньям пищевой цепи и вероятности вторичного загрязнения прилегающих территорий.

Цель работы – изучение влияния экологических факторов (природных и техногенных) на содержание ТМ и Cs-137 в микобиоте лесных экосистем Ульяновской области.

Задачи исследования. Для достижения указанной цели в работе решались следующие задачи:

1. Выявление доминантных видов почвенных и дереворазрушающих грибов в лесных экосистемах области.
   
2. Проведение сравнительного анализа содержания ТМ (Fe, Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Co) и Cs-137 в эколого-трофических группах макромицетов.
   
3. Определение содержания ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов, произрастающих в различных лесорастительных условиях и на различных субстратах.
   
4. Определение влияния техногенной нагрузки на накопление ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов.
   
5. Определение содержания ТМ и Cs-137 в листьях, хвое и древесине деревьев, пораженных фитопатогенными микромицетами.
   

Научная новизна. Проведен комплексный сравнительный анализ содержания ТМ (Fe, Zn, Cu, Ni, Cd, Pb, Co) и Cs-137 в плодовых телах доминантных макромицетов различных экологических, эволюционных и трофических групп, произрастающих в лесных экосистемах Ульяновской области. Исследовано влияние техногенной нагрузки на накопление ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов, а также изучено содержание ТМ и Cs-137 в макромицетах, произрастающих на различных субстратах (типах почвы, породах деревьев), и в различных лесорастительных условиях. Определено содержание Cs-137 и ТМ в хвое, листьях, древесине деревьев, пораженных фитопатогенными микромицетами.

Теоретическая значимость работы. Материалы и выводы диссертационной работы вносят вклад в развитие новых теоретических, методических и экспериментальных подходов к решению задач биологического мониторинга и экологического нормирования техногенных воздействий.

Практическая значимость работы. Результаты проведенных научных исследований могут быть использованы при проведении сертификации лесной продукции и экологического мониторинга лесных экосистем. Полученные данные полевых исследований по содержанию ТМ и Cs-137 в микобиоте могут быть учтены при составлении карт геохимического загрязнения почв Ульяновской области. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе на экологическом факультете Ульяновского государственного университета. Их можно также использовать в учебном процессе других биологических вузов на кафедрах общей экологии, лесного хозяйства, прикладной и ландшафтной экологии.

Апробация работы. Основные научные положения и результаты диссертации докладывались на международных и всероссийских конференциях «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды» (Новороссийск, 2003), «Биотехнология – охране окружающей среды» (Москва, 2004), «Биология – наука XXI века» (Пущино, 2004), «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» (Тольятти, 2004), «Наука и образование-2004» (Мурманск, 2004), «Проблемы экологии и охраны природы. Пути их решения» (Ульяновск, 2004), «Лес и человек: перспективы сотрудничества» (Волгоград, 2005), «Материалы I конференции молодых ученых медико-биологической секции Поволжской ассоциации государственных университетов», (Ульяновск, 2007).

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 15 печатных работах. Имеется одна публикация в одном из ведущих рецензируемых научных журналов, выпускаемых в Российской Федерации.

Личный вклад автора заключается в постановке темы, выборе объектов исследования, разработке программы исследований, сборе, обработке, анализе литературных и лабораторных данных, выборе методик и их адаптации, статистической обработке результатов. Полевые и лабораторные исследования выполнены при непосредственном участии автора.

На защиту выносятся следующие положения:

• Абсолютными концентраторами ТМ и Cs-137 являются микоризообразователи.
  
• Аккумуляция ТМ и Cs-137 происходит интенсивнее в грибах с сапротрофным способом питания.
  
• Содержание ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов увеличивается по мере улучшения лесорастительных условий.
  
• Степень аккумуляции ТМ и Cs-137 в грибах усиливается по мере повышения уровня техногенного загрязнения.
  
• В листьях и древесине деревьев, пораженных патогенными микромицетами, содержится ТМ и Cs-137 достоверно больше, чем в здоровых.
  

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы и приложений. Объем работы составляет 149 страниц машинописного текста, в том числе 13 таблиц, 6 рисунков и 6 приложений. Список литературы включает 293 наименования, 39 из которых принадлежат зарубежным авторам.


КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ АККУМУЛЯЦИИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И РАДИОНУКЛИДОВ В ЛЕСНОЙ МИКОБИОТЕ

Глава содержит обзор отечественной и зарубежной литературы по изучению роли грибов в биоиндикации загрязнения лесных сообществ тяжелыми металлами и радионуклидами. Представлено многообразие существующих в современном мире экологических факторов, влияющих на аккумуляцию поллютантов в различных представителях микобиоты. Отмечена актуальность изучения проблемы аккумулирующих способностей грибов на территории Ульяновской области.

ГЛАВА 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЯ

Ульяновская область расположена в самом центре Среднего Поволжья на территории площадью 37,2 тыс. кв. км. Волга делит ее на две части: правобережную, занимающую 3/4 всей территории, и левобережную, которые различаются не только своими размерами, но и происхождением, геологическим строением, ландшафтом и природными условиями. По природным условиям область относится к зоне широколиственных лесов (западная часть) и лесостепи (центральная и восточная части). Климат области умеренно-континентальный с теплым летом и умеренно холодной зимой. Среднегодовая температура воздуха колеблется в пределах 2,9...3,2^оС. Среднее годовое количество осадков – 440 мм. Большое и своеобразное значение имеют микроклиматические изменения в природных условиях, обусловленные высокой расчлененностью рельефа области. Приводится описание почвенного покрова на лесопокрытой площади и основных почвенных районов области. Лесистость Ульяновской области составляет 26% от общей площади. Основными лесообразующими породами являются сосна обыкновенная (Pinus silvestris L.), дуб черешчатый (Quercus robur L.).

Приводятся сведения об экологической обстановке на территории области и основных источниках выброса техногенных элементов: соединений ТМ и Cs-137.

ГЛАВА 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Сбор материала проводили в конце вегетационного периода в августе-сентябре в 2003-2005 гг. Объекты исследования – микобиота дубовых и сосновых насаждений Ульяновской области. Отбор участков производили по материалам лесоустройства лесхозов, справочной литературе и картографическому материалу (Особо охраняемые природные территории Ульяновской области, 1993; Топографическая карта Ульяновской области, 1997). Всего за время исследования было обследовано 26 участков.

Отбор проб грибов различных эколого-трофических групп, произрастающих на различных субстратах, в различных лесорастительных условиях, на территориях с различным уровнем техногенной нагрузки, а также проб листьев, хвои, древесины, пораженных и непораженных фитопатогенными микромицетами, проб почвы для проведения сравнительного анализа в них ТМ и Cs-137 осуществляли по «Методическим рекомендациям по проведению полевых и лабораторных исследований при контроле загрязнения окружающей среды металлами» (1981) и «Инструкции по обследованию лесных массивов, загрязненных радионуклидами» (Нормативные документы..., 1993). Керны древесины извлекали приростным буравом (на высоте 0,5 м от корневой шейки дерева) у зараженных микромицетами деревьев (Чураков, 1988).

Подготовку проб грибов, листьев, хвои и древесины и определение содержания в них ТМ (Cu, Ni, Cd, Co, Zn, Pb, Fe) осуществляли по «Методике определения тяжелых металлов в растительном сырье» (1993) в соответствии ГОСТ 22001-87 «Метод атомно-абсорбционной спектрометрии» (1987). Подготовку проб почвы для определения в них содержания подвижных форм ТМ осуществляли в соответствии с «Методикой выполнения измерений массовой доли подвижных форм металлов (меди, свинца, цинка, никеля, кадмия, кобальта, хрома, марганца) в пробах почвы атомно-абсорбционным анализом». Удельную активность Cs-137 в пробах грибов, листьев, хвои, древесины и почвы определяли в соответствии с «Инструкцией по измерению радиационного фона и отбору проб внешней среды для целей текущего радиационного и химического контроля в СЗЗ и зоне наблюдения ГНЦ РФ НИИАР» (Сборник инструкций…, 2001).

3.1. Методика выявления доминантных представителей микобиоты

Выявление доминантных представителей макромицетов производили методом маршрутных ходов. Доминантных представителей дереворазрушающих макромицетов выявляли по методике В.А. Мухина (1993) и С.П. Арефьева (1997), почвенных макромицетов – по методике Б.П. Василькова (1938). Доминирующими представителями фитопатогенных микромицетов считались те виды, которыми было поражено не менее 50 деревьев из ста исследуемых в пределах маршрута. Идентификацию обнаруженных грибов производили по макропризнакам с помощью справочной литературы (Лебедева, 1949; Николаева, 1961; Гарибова, 1982; Дудка,1987; Бондарцева, 1998). Систематические признаки выявленных доминантных видов грибов определяли в соответствии с классификацией Л.В. Гарибовой и С.Н. Лекомцевой (2005). Названия грибов приводили согласно международным номенклатурным правилам (Stafleu et al., 1972).

3.2. Методика изучения содержания ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов в зависимости от эколого-трофической специализации

Принадлежность грибов к той или иной эколого-трофической группе определяли по литературным источникам (Шубин, 1990; Бурова, 1986; Дудка, Вассер, 1987).

3.3. Методика изучения содержания ТМ и Cs-137 в плодовых телах макромицетов в различных лесорастительных условиях

Использовалась классификационная схема типов леса В.Н. Сукачева (1964). Исследование проводили в Кузоватовском и Инзенском лесхозах в августе 2004 года в наиболее характерных для Ульяновской области (Чураков, 1995) трех типах дубняков: разнотравный, снытьево-ясменниковый, осоково-снытьевый; и трех типах сосняков: лишайниковый, бруснично-зеленомошный, черничный. Отбор проб грибов осуществляли по общепринятым ГОСТированным методикам.

3.4. Методика изучения влияния техногенной нагрузки на накопление ТМ и Cs-137 в макромицетах

Для определения влияния техногенной нагрузки на содержание ТМ и Cs-137 в плодовых телах грибов были выбраны три участка с разной удаленностью от города Ульяновска. При этом город рассматривался как конгломерат техногенных источников выбросов загрязняющих веществ, в т.ч. ТМ и Cs-137 (Аллянова, 2003; Конаков, 2004).

3.5. Методика изучения содержания ТМ и Cs-137 в макромицетах на различных субстратах

Исследование проводили на трех участках со смешанными насаждениями в Кузоватовском лесхозе с различными типами почв: серая лесная супесчаная, серая лесная суглинистая, чернозем выщелоченный. Типы почв устанавливали согласно материалам лесоустройства. Изучали содержание ТМ и Cs-137 в поликонцентровой модели по В.В. Мазингу (1966) и Т.А. Работнову (1969), или экологической цепи: почва-дерево-гриб.

3.6. Методика изучения содержания ТМ и Cs-137 в древесине, хвое и листьях деревьев, пораженных фитопатогенными микромицетами

Отбор проб листьев, хвои, пораженных фитопатогенными микромицетами и со здоровых деревьев проводили на участках с различной удаленностью от техногенного источника выбросов ТМ и Cs-137, в качестве которого был выбран городской конгломерат.

Статистическая обработка данных проведена общепринятыми в биологии методами (Плохинский, 1978). Расчеты производили с помощью программы Microsoft Exsel 2003. Достоверность полученных данных оценивали по критерию Стьюдента с вероятностью ошибки 0,05.