Статья: Территориальные особенности распределения ртути в эпифитных лишайниках Крымского полуострова

Определение содержания ртути в образцах сухой массы лишайников и мхов выполнено атомно-абсорбционным методом с использованием анализатора ртути с зеемановской коррекцией неселективного поглощения «РА-915М», пиролитической приставки «ПИРО-915+» и пакета программ RA915P в Международном инновационном научно-образовательном центре «Урановая геология» Томского политехнического университета (аналитик Н.А. Осипова). Ошибка определения ртути не превышала 10% (не менее 2 повторностей измерения), при этом нижний предел обнаружения составил 0,005 мкг/г. Высокая эффективность и чувствительность данного прибора c применением соответствующей методики определения ртути в лишайниках показаны в работах N. Panichev et al. (2019) и J.M. Esbri et al. (2015) [26, 27]. Для построения и контроля стабильности градуировочных характеристик при определении массовой доли ртути в твердых образцах лишайников использовали стандартный образец состава листа березы ЛБ-1 (ГСО 8923-2007).

Статистическая обработка полученных данных проведена в программе StatSoft STATISTICA for Windows 6.0 и Jamovi (Version 1.2) [28]. Так как характер распределения содержания ртути в лишайниках согласно критериям Колмогорова-Смирнова и Лиллифорс, Шапиро-Уилка отличался от нормального, статистическую значимость различий между группами оценивали с помощью непараметрического критерия Манна-Уитни. Для описания полученных данных использовали значения среднего арифметического (М), стандартной ошибки (SD), медианы (Ме), 25 и 75 перцентили (p25, p75), а также минимальные (min) и максимальные (max) значения концентраций ртути в образцах.

Результаты исследования и обсуждение

Расширенный мониторинг содержания ртути в эпифитных лишайниках, выполненный в настоящем исследовании в центральном, юго-западном, южном, юго-восточном и восточном регионах Крымского полуострова, выявил некоторые территориальные различия, как правило, в пределах значений кларка для наземных растений (0,012 мкг/г) [29] 0,306 мкг/г (рис. 2), при этом среднее содержание составило 0,079±0,040 мкг/г, (Ме=0,070 мкг/г, р25=0,058 мкг/г, р75=0,089 мкг/г).

Рис. 2. Содержание ртути в лишайниках видов Evernia mesomorpha Nyl., E. prunastri (L.) Ach., Xanthoriaparietina (L.) Th. Fr., Cladonia rangiformis Hoffm., Parmelia sulcata Tayl. на территории Крымского полуострова: 1 - г. Армянск; 2-12 - г Симферополь; 13-21 - Красные пещеры; 22, 23 - с. Краснолесье; 24-29 - с. Высокое; 30-34 - г Севастополь; 35 - г. Ай-Петри; 36, 37 - г Ялта; 38, 39 - г Чатыр-Даг; 40 - г. Демерджи; 41, 42 - г. Судак; 43, 44 - пгт. Курортное; 45-48 - г. Феодосия; 49-56 - г. Керчь

[Fig. 2. Mercury content in lichens Evernia mesomorpha Nyl., E. prunastri (L.) Ach., Xanthoria parietina (L.) Th. Fr., Cladonia rangiformis Ио1Тт., and Parmelia sulcata Tayl. in the Crimean peninsula: 1 - Armyansk; 2-12 - Simferopol; 13-21 - Red caves; 22, 23 - Krasnolesye; 24-29 - Vysokoye; 30-34 - Sevastopol; 35 - Plateau of Ai-Petri; 36, 37 - Yalta; 38, 39 - Plateaus of Chatyr-Dag;

40 - Demerdzhi-Yaila; 41, 42 - Sudak; 43,44 - Kurortnoe; 45-48 - Feodosia; 49-56 - Kerch]

В г. Симферополе отмечено аномальное превышение (1,16 мкг/г) среднекрымских значений содержания ртути в лишайниках. Оно предположительно связано со строительством многоэтажного дома на расстоянии 110 м от точки отбора и исключено из анализа.

На территории урбоэкосистем (п=34) средние значения содержания ртути составили 0,720±0,022 мкг/г (Ме=0,067 мкг/г, р25=0,058 мкг/г, р75=0,086 мкг/г), при этом имели место значимые отличия (р<0,05) в разных городах: более высокие концентрации этого элемента в лишайниках, отобранных в г. Судак, по сравнению с городами Симферополь и Керчь.

Выявлены значимо (0,006<р<0,020) более высокие концентрации ртути в лишайниках, отобранных на заповедных, преимущественно южнобережных территориях (Ме=0,105 мкг/г, р25=0,089 мкг/г, р75=0,160 мкг/г), чем в городских зонах (Ме=0,067 мкг/г, р25=0,054 мкг/г, р75=0,086 мкг/г) и на других условно фоновых площадках (Ме=0,071 мкг/г, р25=0,058 мкг/г, р75=0,089 мкг/г), относящихся к природным экосистемам, но не имеющих статус особо охраняемых природных территорий.

Кроме выявленной гетерогенности содержания ртути, обусловленной принадлежностью к разным типам экосистем, выявлена также географическая неоднородность содержания ртути в пробах эпифитных лишайников (таблица).

Содержание ртути в эпифитных лишайниках, отобранных на территории Крымского полуострова [Mercury content in lichens in the territory of the Crimean peninsula]

Примечание. ООПТ - особо охраняемые природные территории. [Note. SPNA - Specially Protected Natural Area].

Так, обнаружено статистически значимо (р<0,01) более высокое содержание ртути в эпифитных лишайниках, произрастающих на фоновых участках, в заповедных и парковых зонах в южном регионе по сравнению с центральным, восточным и юго-западным регионами (рис. 3), что может быть обусловлено рядом причин.

Рис. 3. Содержание ртути в эпифитных лишайниках, произрастающих в разных регионах Крымского полуострова: 1 - юго-западный; 2 - центральный; 3 - восточный;

4 - юго-восточный; 5 - южный регионы (по оси ординат - «содержание ртути, мкг/г», по оси абсцисс - «географические регионы», * - статистически значимые различия (р<0,01) по сравнению с южным регионом, критерий Манна-Уитни)

[Fig. 3. Mercury content in epiphytic lichens from different regions of the Crimean peninsula:

1 - Southwestern; 2 - Central; 3 - Eastern; 4 - Southeastern; 5 - Southern regions (on the X-axis - Mercury content, mkg/g; on the Y-axis - Geographic regions;

* - Significant differences (p<0.01) compared to the southern region, Mann-Whitney test)]

Во-первых, среднегодовое количество осадков в периоды отбора проб на площадках № 35, 38-40 в южном регионе было выше, чем в другие годы, при этом лишайники рода Evernia, отобранные на вышеуказанных площадках, обладают более высокой аккумулятивной способностью [30]. Вторым фактором может являться наличие естественных ртутных рудопроявлений в местах глубинных разломов ортогональной системы и зонах геодинамиче- ской активности, расположенных в пределах Предгорной и Южнобережной металлогенических зон [15, 22, 23]. Также стоит отметить, что выявленные более высокие значения ртути на площадках Южного склона Главной гряды Крымских гор по сравнению с Предгорной зоной связаны с миграцией ртути с морскими аэрозолями [31], поскольку здесь отсутствуют значительные антропогенные источники поступления ртути. В свою очередь, кроме трансграничного атмосферного переноса и локальных источников, поставщиком ртути на территории южного берега может служить деятельность подводных грязевых вулканов [32].

Отмечены статистически значимо (р=0,003) более высокие концентрации ртути в лишайниках, произрастающих на высоте от 500 до 1500 м над уровнем моря в предгорном и горном Крыму (рис. 4), по сравнению с более низко расположенными площадками отбора, что, помимо вышеуказанных климатических и геохимических особенностей этих территорий, объясняется тем, что Главная гряда Крымских гор является естественным барьером для содержащих ртуть переносимых масс атмосферного воздуха.

0,3

0-5051-150235-300301-380428-500510-5901200-1500

Высота над уровнем моря, м [Altitude above sea level, m]

Рис. 4. Содержание ртути в эпифитных лишайниках, произрастающих на Крымском полуострове на разной высоте над уровнем моря (по оси ординат - «содержание ртути, мкг/г», по оси абсцисс - «высота над уровнем моря, м над у. м.», * - статистически значимые различия (p<0,05), ** - (p<0,01) по сравнению с высотой 1 200-1 500 м, критерий Манна-Уитни)

[Fig. 4. Mercury content in epiphytic lichens in the Crimean peninsula that are located at different altitude above sea level (on the X-axis - Mercury content, mkg/g; on the Y-axis - Altitude above sea level, m above sea level; *Significant differences (p<0.05),

** (p<0.01) compared to the altitude 1200-1500 m, Mann-Whitney test)]

Увеличение концентрации ртути на больших горных высотах согласуется с данными содержания этого металла в почвах в Китае [33] и сопоставимо с данными по мхам и лишайникам, отобранным на Тибетском плато (тах=0,346 мкг/г) [34]. Обращает на себя внимание, что эти величины превышают в 1,5-2 раза среднекрымские уровни, в том числе концентрацию ртути в лишайнике, отобранном в 100 м от водопроводно-очистных сооружений (площадка № 47, г. Феодосия) и обнаружившем наиболее высокое содержание ртути.

Результаты настоящего исследования в целом сопоставимы с данными содержания ртути в эпифитных лишайниках, произрастающих в природных и городских экосистемах на территории Российской Федерации [30, 35, 36] и других стран [6, 26-27, 33, 34, 37-40], что дает основание полагать, что наблюдаемые для Крымского полуострова уровни являются относительно низкими с учетом кларка ртути в наземных растениях [29]. При этом основные источники поступления ртути в биосферу на исследуемых территориях имеют преимущественно естественное происхождение, однако это не исключает вероятность техногенного загрязнения, о чем свидетельствуют выявленные различия на территориях городов, и вклад которого может увеличиться при возрастающей интенсивности хозяйственного развития Республики Крым.

Заключение

Обнаружены относительно низкие концентрации ртути в эпифитных лишайниках, сопоставимые с данными в других регионах Российской Федерации и странах СНГ и варьирующие в пределах 0,037-0,306 мкг/г в зависимости от типа экосистемы (природная, частично трансформированная, урбоэкосистема) и географического региона (центральный, юго-западный, южный, юго-восточный, восточный) Крымского полуострова. При этом более высокое содержание ртути отмечено на мониторинговых площадках южного побережья по сравнению с центральным, восточным и юго-западным регионами и на высоте свыше 500 м над ур. м. в Предгорном и Горном Крыму, что может быть обусловлено атмосферно-геохимическими особенностями исследуемых территорий (количество осадков, атмосферный перенос, морские аэрозоли, подводный вулканизм, ртутные металлогенические зоны), а также более высокой способностью рода Е\^,вгта к аккумуляции металлов в талломе. При преимущественно природной обусловленности выявленных различий данные по разному содержанию ртути в лишайниках городов дают основания полагать, что вклад техногенного источника при возрастающей интенсивности хозяйственного развития Республики Крым будет возрастать.

Литература

1. World Health Organization/ United Nations Environment Programme (WHO/UNEP). Guidance for identifying populations at risk from mercury exposure. World Health Organization, Geneva, Switzerland : Inter-Organization Programme for the Sound Management of Chemicals, 2008. 167 p. URL: https://www.who.int/foodsafety/ publications/chem/mercuryexposure.pdf (дата обращения: 31.03.2020).

2. Li W.C., Tse H.F. Health risk and significance of mercury in the environment // Environmental Science and Pollution Research. 2015. Vol. 22, № 1. PP. 192-201. doi: 10.1007/s11356- 014-3544-x

3. Travnikov O., Dastoor A., Friedman C., Ryzhkov A., Selin N., Song S. Global mercury modelling: update of modelling results in the global mercury assessment 2013. Arctic Monitoring and Assessment Programme, Oslo, Norway / UNEP Chemicals Branch, Geneva, Switzerland : Narayana Press, 2013. 36 p.

4. Pirrone N., Keating T. Hemispheric Transport of Air Pollution 2010: Part B-Mercury. New York ; Geneva : United Nations Publication, 2010. 213 p.

5. Obrist D., Kirk J.L., Zhang L., Sunderland E.M., Jiskra M., Selin N.E. A review of global environmental mercury processes in response to human and natural perturbations: Changes of emissions, climate, and land use // Ambio. 2018. Vol. 47, № 2. РР. 116-140. doi: 10.1007/ s13280-017-1004-9

6. Bargagli R. Moss and lichen biomonitoring of atmospheric mercury: A review // Science of The Total Environment. 2016. № 572. РР. 216-231. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.07.202

7. Kuldeep S., Bhattacharya P. Lichen as a Bioindicator Tool for Assessment of Climate and Air Pollution Vulnerability: Review // International Research Journal of Environmental Sciences. 2015. Vol. 4. РР 107-117.

8. Anicic M.U., Gordana V, Milica T. Biomonitoring of Air Pollution Using Mosses and Lichens: A Passive & Active Approach - State of the Art Research & Perspectives. Air, Water and Soil Pollution Science and Technology Series. New York, United States : Nova Science Publishers Inc., 2016. 236 p.

9. Robertus Y.V, Puzanov A.V. Characteristics of the manifestation of transboundary pollutants transfer on the territory of Altai // Geography and Natural Resources. 2017. Vol. 38, № 4. PP. 349-356. doi: 10.1134/S1875372817040060

10. Osipova N.A., Filimonenko K.A., Talovskaya A.V, Yazikov E.G. Geochemical Approach to Human Health Risk Assessment of Inhaled Trace Elements in the Vicinity of Industrial Enterprises in Tomsk, Russia // Human and Ecological Risk Assessment: An International Journal. 2015. Vol. 21, № 6. PP. 1664-1685. doi: 10.1080/10807039.2014.972912

11. Makarova A., Kruchina E., Fedoseev A., Borisov D., Suchkova D. Estimating Mercury Footprint In The Regions Of The Russian Federation // Proc. of International Multidisciplinary Scientific GeoConference: SGEM: Surveying Geology & Mining Ecology Management. Sofia, Bulgaria, 2018. PP. 387-394. doi: 10.5593/sgem2018/5.2/S20.052

12. Komov V.T., Ivanova E.S., Poddubnaya N.Y, Gremyachikh VA. Mercury in soil, earthworms and organs of voles Myodes glareolus and shrew Sorex araneus in the vicinity of an industrial complex in Northwest Russia (Cherepovets) // Environmental monitoring and assessment. 2017. Vol. 189, № 3. Р 104. doi: 10.1007/s10661-017-5799-4

13. Tatsii Y.G., Udachin V.N., Amino P.G. Environmental geochemistry of mercury in the area of emissions of the Karabashmed copper smelter // Geochemistry International. 2017. Vol. 55, № 10. РР 935-945. doi: 10.1134/S0016702917100093

14. Mirzoyeva N., Gulina L., Gulin S., Plotitsina O., Stetsuk A., Arkhipova S., Korkishko N., Eremin O. Radionuclides and mercury in the salt lakes of the Crimea // Chinese journal of oceanology and limnology. 2015. Vol. 33, № 6. PP. 1413-1425. doi: 10.1007/s00343-015-4374-5

15. Радченко А.И. Распределение ртути в ландшафтно-геохимических зонах Крыма // Минералогический журнал. Киев, 1999. Т. 21, № 1. С. 79-84.

16. Рябинин А.И., Боброва С.А., Мальченко Ю.А., Салтыкова Л.В. Нейтронноактивационный многоэлементный мониторинг источников питьевых вод в регионе г Севастополя (1992-2010 гг) // Мониторинг состояния и загрязнения окружающей среды. Основные результаты и пути развития / Институт глобального климата и экологии Росгидромета и РАН: тезисы докладов Всероссийской научной конференции. М., 2017. С. 498-499.