Введение
Использование лишайников различных типов как биологических параметров нагрузки на природную среду обладает длинной исторической ретроспективой. Финский лихенолог Уильям Найландер, изучая лишайниковую флору Парижа в XIX в., впервые заметил, что эти растения чувствительны к загрязнению воздуха [1]. С 1950-х гг. существенная доля научных работ, посвященных применению лишайников различных биологических групп, ориентируется на оценку воздействия химических металлов, в частности тяжелых химических элементов, оксида серы, на состояние этой растительности. Значительная концентрация химических элементов в воздушной среде способствует внешним и физиологическим изменениям состояния лишайника [2].
До промышленной революции загрязнение окружающей среды было незначительным. Однако с развитием промышленности и ростом городов ситуация резко изменилась. Основным источником загрязнения окружающей среды являются добыча и сжигание ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и газ. При их сгорании в атмосферу попадает значительное количество вредных веществ [3–5].
В данном исследовании изучается состав эпигейных (напочвенные лишайники и лишайники замшелых субстратов) лишайников на различном удалении от Харьягинского нефтяного месторождения, которое расположено в юго-восточной части Ненецкого автономного округа. Харьягинское месторождение является крупным нефтяным месторождением, его разработка началась в 1988 г. объединением «Коминефть». На сегодняшний день добычу нефти на данном месторождении осуществляет ООО «ЛУКОЙЛ-Коми». Разработка нефтяных месторождений оказывает негативное влияние на окружающую природную среду, основными вредными веществами, выбрасываемыми в атмосферу, являются оксиды азота (NOx), диоксид серы (SO2), оксид углерода (CO), углеводороды, бенз(а)пирен, сероводород (H2S), этилбензол, кумол, псевдокумол [6, 7]. Вся территория исследования активно используется оленеводами для выпаса северного оленя. Тяжелые металлы накапливаются в лишайниках – основе кормовой базы оленей в зимний период. Тяжелые металлы токсичны для живых организмов и способны проявлять кумулятивное действие, что способствует последующему попаданию химических соединений в человеческий организм. Их токсичность обусловлена взаимосвязью функциональных характеристик белковых, углеводных соединений, присутствующих в организме людей, что впоследствии вызывает отравление и появление целого ряда серьезных заболеваний систем организма.
Цель исследования – оценить содержание химических соединений в эпигейных лишайниковых сообществах в районе Харьягинского месторождения и определить возможные взаимосвязи между накоплением элементов лишайниками и геохимическими условиями окружающей среды.
Материалы и методы исследования
Отбор проб эпигейных лишайников осуществлялся на территории четырех площадок НАО в 2023 г. (рис. 1).
Рис. 1. Географическое местоположение отбора растительности – эпигейных лишайников на различной удаленности от Харьягинского месторождения
Точка МР-1 – это территория правого берега р. Куя, где расположено плоскобугристое болото. Макрорельеф представлен большими плоскими вытянутыми буграми, создающими впечатление гряд. Микрорельеф – глубокие впадины и бугры высотой 20–30 см. Растительное сообщество – кустарниково-кустарничково-мохово-лишайниковое болото. Общее проективное покрытие (ОПП) – 97 %; 2 % – ветошь и опад, 1 % – пятна голого грунта.
Точка МР-2 расположена на 63 км Лаявожской дороги в долине руч. Ярей-Шор. Микрорельеф предоставлен микровпадинками и бугорками диаметром 30–40 см. Участок относительно не нарушен. Растительное сообщество – кустарниково-кустарничково-мохово-лишайниковая тундра. ОПП – 97 %; 3 % – ветошь и опад.
Точка МР-3 расположена в средней части водораздела, долина реки р. Янгечевиска. Участок сильно нарушен в результате оленеводства. Растительное сообщество – ерниково-кустарничково-мохово-лишайниковая тундра. ОПП – 90 %; 7 % – ветошь и опад, 3 % – пятна голого грунта.
Точка МР-4 расположена в долине р. Харьяха (правый берег), вершина водораздела. Описание делалось на бугре. Кустарники и кустарнички образуют бугорки диаметром до 60 см, рядом низины, заполненные осоками и кустарниками. Растительное сообщество – ерниково-кустарничково-мохово-лишайниковое болото. ОПП – 90 %; 7–8 % – ветошь и опад, 2–3 % – пятна голого грунта.
В общей сложности было отобрано 7 проб эпигейных лишайников. В точках МР-1, МР-2, МР-4 были отобраны лишайники видов: Cladonia arbuscula (Wallr.) Flot. em Ruoss ssp. mitis (Sandst.) Ruoss, Flavocetraria nivalis (L.) Kärnefelt. В точке МР-3 был отобран только вид Flavocetraria nivalis (L.) Kärnefelt, так как второй вид встречен не был.
Пробы лишайников отбирали в стерильные полиэтиленовые пакеты, используя одноразовые перчатки, чтобы избежать загрязнения. Усредненные пробы лишайников отбирали с площади 16 м2 в рамках естественных границ некрупных контуров растительности, хорошо отграниченных друг от друга физиономически – по доминантам. Этот метод хорошо применим к тундровой растительности в условиях умеренно расчлененного рельефа (холмов, сопок, водоразделов). Для того чтобы проанализировать отобранные пробы, преимущественно были собраны верхушки лишайников эпигейной группы. В лабораторных условиях производилась сушка растений (максимальная температура – 35 ºC), очистка лишайников от частиц массивов грунта и фрагментов иных биологических пород посредством пинцета, растирка лишайника при помощи ступки.
Для определения химических элементов разложение образцов лишайников проводили путем кислотного вскрытия. Поэлементный состав выявлен в Аналитическом испытательном центре ФГБУН ИПТМ РАН, основываясь на методическом подходе НСАМ 499-АЭС/МС.
Содержание ряда химических элементов, в том числе цинка, магния, алюминия, железа, выявлено посредством эмиссионной спектрометрии iCAP-6500. Содержание других химических элементов, в частности молибдена, хрома, меди, выявлено с применением метода спектрометрии X Series 2. В целях реализации контроля над анализом образцов отобранных соединений применялись образцы INCT-OBTL-5 и ГСО 10171-2012.
Чтобы выявить вклад какого-либо химического источника в создание поэлементной структуры эпигейных лишайников, вычислены индексы обогащения на основе формулы
,
где Эл / Al – наличие в пробе лишайника конкретного химического соединения, в том числе алюминия в образце и земной коре, содержащей изучаемую группу лишайников.
Результаты исследования и их обсуждение
Индексы обогащения исследуемой группы лишайников химическими соединениями по отношению к структуре земной коры проиллюстрированы на рис. 2. Для определения коэффициента обогащения эпигейных лишайников в точках исследования использовались кларки по Rudnick, Gao, 2003 [8].
Для подавляющего числа химических соединений с включением, например, лития, ванадия, стронция, галлия и др., индексы обогащения по пробам имеют уровень менее 10, что подтверждает поступление названных элементов из литогенных источников территории произрастания лишайников.
Рис. 2. Медианы коэффициентов обогащения эпигейных лишайников по точкам отбора: МР-1 – самая удаленная от месторождения, МР-4 – в непосредственной близости к месторождению
Рис. 3. Медианы РЗМ в лишайниках, нормализованные с учетом распределения РЗМ в структуре земной коры (РЗЭз.к. )
Крайне высокая степень индекса обогащения отмечается при наличии марганца, меди и молибдена в пробах. Вместе с тем полученные пробы эпигейных лишайников показывают существенное обогащение некоторыми химическими соединениями с включением кадмия, кальция и серебра, поскольку уровень превышает десять единиц.
Стоит обратить внимание, что достаточно высокий уровень индекса обогащения при наличии в растительном образце кадмия свидетельствует о воздействии на состояние лишайника антропогенной деятельности, при этом данный факт характерен для всех географических точек забора образцов. Максимальный уровень индекса обогащения на территориальных зонах, максимально удаленных от нефтегазового месторождения, подтверждает, что включение в образец кадмия носит пространственный характер. Одновременно с этим дальний перенос обозначенных химических элементов больше влияет на состояние лишайника по сравнению с локальной негативной экологической обстановкой. Более высокий ИО кадмием обнаруживается в токах МР-3 и МР-2, которые более удалены от месторождения, чем точка МР-4, которая располагалась в непосредственной близости от разрабатываемого месторождения.
В точке МР-4, которая располагалась в непосредственной близости от месторождения, ИО > 10 для элементов Cu, Mo, Mn, Ca, Zn, Ag, Cd. Высокое содержание Cu, Mo, Zn и Cd в лишайниках чаще всего имеют антропогенное происхождение, в исследуемом районе это наиболее вероятно связаны именно с деятельностью и работой месторождения [9, 10].
Сравнительный анализ содержания РЗМ в собранных пробах со структурой земной коры позволил отметить, что распределение во многих пробах РМЗ похоже по структуре верхней части земной коры (РЗЭ з.к.), обозначенному на рис. 3. Проиллюстрированный результат подтверждает отсутствие антропогенной нагрузки данных химических соединений на природную среду территории.
Заключение
Химический состав эпигейных лишайников варьируется в широких пределах и определяется влиянием множества факторов. В частности, поступление литогенной пыли оказывает существенное влияние на содержание различных химических элементов, в частности урана, РЗМ, титана, циркония, хрома.
Для кадмия основополагающую роль играет дальний перенос от непосредственного источника загрязнения: Харьягинского месторождения.
Все пробы лишайников оказались значительно обогащены следующими элементами (ИО > 10): Ca, Zn, Ag, Cd. Загрязнение цинком и кадмием имеет антропогенное происхождение, которое, вероятнее всего, связано с выбросами автотранспорта. Точки отбора проб находятся на незначительном удалении от автомобильной дороги, ведущей к месторождению. Это загрязнение имеет пространственный характер распространения, коэффициент обогащения больше 10 во всех четырех точках отбора проб лишайников. В непосредственной близости от месторождения ИО > 10 по Cu, Mo, Zn и Cd, что говорит о локальном загрязнени окружающей среды этими элементами.
Добыча углеводородов оказывает значительное влияние на близлежащие территории, происходит аккумуляция химических элементов в окружающей среде. Эпигейные лишайники являются важным информативным природным архивом, который может свидетельствовать о загрязнениях почвы, воды и атмосферы тяжелыми металлами.
Исследуемые территории исторически используются в хозяйственной деятельности коренными народами – ненцами для выпаса северных оленей, основу питания которых составляют лишайники. Использование результатов исследовательской работы возможно при оценке влияния загрязнения на популяции северных оленей, а также в сфере нормирования продукции сельскохозяйственного производства. Полученные результаты предоставляют ценную информацию, необходимую для принятия обоснованных решений по устойчивому развитию в районах добычи углеводородов.
Библиографическая ссылка
Котова Е.И., Суетин Ю.А. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ РАЗРАБОТКИ НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛИШАЙНИКАХ ЭПИГЕЙНОЙ ГРУППЫ (НА ПРИМЕРЕ ХАРЬЯГИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НЕНЕЦКОГО АВТОНОМНОГО ОКРУГА) // Успехи современного естествознания. – 2024. – № 7. – С. 15-20;URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38284 (дата обращения: 28.10.2024).