RUDN Journal of Ecology and Life SafetyRUDN Journal of Ecology and Life SafetyВестник Российского университета дружбы народов. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности2313-23102408-8919Peoples’ Friendship University of Russia named after Patrice Lumumba (RUDN University)1718910.22363/2313-2310-2017-25-2-271-293ArticlesСтатьиResearch ArticleTE MPORARY CHANGES IN POLYARENES CONTENT IN SOILS AND PLANTS UNDER THE INFLUENCE OF COAL MININGВРЕМЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ПОЛИАРЕНОВ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ НИЖНЕГО ЯРУСА ЮЖНОЙ ТУНДРЫ ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ УГЛЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИYakovlevaE VЯковлеваЕ В

Yakovleva Evgenia Vyacheslavovna - Ph.D., research assistant, Department of Soil Science of the Federal State Budgetary Science Institution of the Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences.

Яковлева Евгения Вячеславовна - кандидат биологических наук, н. с. отдела почвоведения Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН.

kaleeva@ib.komisc.ruGabovD NГабовД Н

Gabov Dmitry Nikolayevich - Ph.D., research assistant, Ecoanalytical laboratory of the Federal State Budgetary Science Institution of the Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences.

Габов Дмитрий Николаевич - кандидат биологических наук, н. с. экоаналитической лаборатории Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН.

gabov@ib.komisc.ruBeznosikovbeznosikov@ib komiscrБезносиковВ А

Beznosikov Vasily Alexandrovich - Doctor of chemical sciences, Head of the soil chemistry laboratory of the Soil Science Department of the Federal State Budgetary Institute of Science of the Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences.

Безносиков Василий Александрович - доктор сельскохозяйственных наук, заведующий лабораторией химии почв отдела почвоведения Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН.

beznosikov@ib.komisc.ruInstitute of Biology of Komi Scientific Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут биологии Коми научного центра Уральского отделения РАН15122017252VOL 25, NO2 (2017)ТОМ 25, №2 (2017)27129325102017Copyright ©; 2017, Yakovleva E.V., Gabov D.N., Beznosikov b.k.Copyright ©; 2017, Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В.А.2017Yakovleva E.V., Gabov D.N., Beznosikov b.k.Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В.А.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/ecology/article/view/17189

Rapid development of the industry causes intensified contamination of the environment with polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Tundra ecosystems have high recourse potential but also are characterized by a low resistance to anthropogenic influences. The aim of our research was to study possible use of organogenic soil horizons, plants and lichens to trace temporary changes in PAH content in south tundra communities under the aerotechnogenic pollution. Monitoring of PAH content was conducted in organogenic soil horizons and plants from lower vegetation layer of southern tundra. Soils and plants were sampled both from the вackground site and from the sites established in 0,5; 1 and 1,5 km north-east from the coal mine “Vorkutinskaya” taking into account the wind rose. The samples were collected at the polluted sites in 2013 and 2015. The model species - lichen Peltigera leucophlebia Nyl., moss Pleurozium schreberi Brid. and dwarf shrub Vaccinium myrtillus L. (leaves). ASE-350 accelerated solvent extraction system (Thermo Fisher Scientific, USA) was used to extract PAHs from plants and soils. PAH content in the sample was determined by HPLC method.13 PAH structures were identified in organogenic horizons, plants and lichens from the sites under study. Coal dust was found to be the main PAH source for soils and plants affected by the mine “Vorkutinskaya”. Light polyarenes made the greatest contribution to the total PAH content. Their proportion remained stable in time at different distances from the mine indicating the constant nature of the contamination. Decrease of PAH content in plants during the two-year period was caused by decrease of mine effect intensity. Plants responded on changes in PAH streams faster than soil organogenic horizons. So, we suppose that plants can be used as better indicators of environmental changes. The largest level of PAH accumulation was revealed for moss Pleurozium schreberi, which due to its wide spread and active PAH accumulation ability can be used to indicate the contamination level in zones affected by coal mining industry.

В связи с быстрым развитием промышленности во всем мире усиливается загрязнение окружающей среды полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ). Тундровые экосистемы наряду с высоким ресурсным потенциалом характеризуются низкой устойчиво-стью к антропогенным воздействиям. Целью исследования было изучение возможностей использования органогенных горизонтов почв, растений и лишайников для диагностики временных изменений содержания ПАУ в фитоценозах южной тундры при аэротехногенном воздействии. Были проведены мониторинговые исследования содержания ПАУ в органогенных горизонтах почв и растениях нижнего яруса южной тундры. Почвы и растения отбирали на фоновом участке и в районе действия угольной шахты «Воркутинская» на расстоянии 0,5; 1,0 и 1,5 км от источника эмиссии с учетом розы ветров в северо-восточном направлении. В зоне действия угледобывающего предприятия отбор был осуществлен в 2013 и 2015 годах. В качестве модельных видов были выбраны лишайник - Peltigera leucophlebia Nyl., мох - Pleurozium schreberi Brid. и листья кустарничка - Vaccinium myrtillus L. Для извлечения ПАУ из почв и растений использовали систему ускоренной экстракции растворителями ASE-350 (Thermo Fisher Scientific, США). Содержание ПАУ в пробе определяли методом ВЭЖХ.В органогенных горизонтах почв, растениях и лишайниках исследованных участков было идентифицировано 13 структур ПАУ. Основным источником ПАУ в почвах и растениях зоны действия шахты Воркутинская, была угольная пыль. В состав ПАУ почв и растений максимальный вклад вносили легкие полиарены, при этом их доля оставалась устойчивой во времени на разном удалении от шахты, что свидетельствует о постоянном характере загрязнения в течение исследованного периода. Уменьшение содержания полиаренов в растениях за двух-летний период свидетельствовало о снижении интенсивности воздействия шахты на изучаемые фитоценозы. Растения быстрее реагировали на изменение потоков полиаренов в тундровых фитоценозах по сравнению с органогенными горизонтами почв, поэтому они могут быть использованы как более чуткие индикаторы изменения состояния окружающей среды. Среди исследованных видов растений наибольшим накоплением полиаренов в условиях загрязнения отличался мох Pleurozium schreberi, который в силу своей широкой распространенности и способности к активной аккумуляции ПАУ может быть использован в целях биоиндикации уровня загрязнения в зонах действия угледобывающей промышленности.

polycyclic aromatic hydrocarbonssoilplantstemporary changesполициклические ароматические углеводородыпочварастениявремен-ные измененияAbakumov E.V., Lodygin E.D., Gabov D.A., Krylenkov V.A. Polycyclic aromatic hydrocarbons content in Antarctica soils as exemplified by the Russian polar stations. Hygiene and sanitation. 2014; 1: 30—34. (In Russ).Абакумов Е.В., Лодыгин Е.Д., Габов Д.А., Крыленков В.А. Содержание полициклических ароматических углеводородов в почвах Антарктиды на примере российских полярных станций // Гигиена и санитария. 2014. № 1. С. 30-34.Cvetković А., Jovašević-Stojanović M., Matić-Besarabić S., Marković D.A., Bartoňová A. Comparison of sources of urban ambient particle bound pahs between non-heating seasons 2009 and 2012 in Belgrade, Serbia. Chem. Ind. Chem. Eng. Q. 2015; 21 (1): 211—219. DOI: 10.2298/CICEQ140305033CCvetković А., Jovašević-Stojanović M., Matić-Besarabić S., Marković D.A., Bartoňová A. Comparison of sources of urban ambient particle bound pahs between non-heating seasons 2009 and 2012 in Belgrade, Serbia // Chem. Ind. Chem. Eng. Q. 2015. 21 (1). P. 211-219.Nguyen H.T., Kim K.-H., Ma C.-J., Oh J.-M.. Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Concentration Levels on the Korean Peninsula between 2006 and 2008. The Scientific World JOURNAL. 2010; 10: 20—37. DOI: 10.1100/tsw.2010.5Nguyen H.T., Kim K.-H., Ma C.-J., Oh J.-M. Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Concentration Levels on the Korean Peninsula between 2006 and 2008 // The Scientific World JOURNAL. 2010. 10. P. 20-37.Kosheleva N.E., Nikiforova E.M. Interannual dynamics and factors of benzo(a)pyrene accumulation in urban soils (eastern administrative district of Moscow as a case study). MSU Vestnik. Series 17. Soil Sciense. 2011; 2: 25—34. (In Russ).Кошелева Н.Е., Никифорова Е.М. Многолетняя динамика и факторы накопления бенз(а) пирена в городских почвах (на примере ВАО г. Москвы) // Вестник Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 2011. № 2. С. 25-34.Sushkova S.N., Minkina T.M., Mandzhieva S.S., Tyurina I.G., Vasil’eva G.K., Kızılkaya R. Monitoring of Benzo[a]pyrene Content in Soils Affected by the Long-Term Technogenic Contamination. Eurasian Soil Science. 2017; 50 (1): 95—105. DOI: 10.1134/S1064229317010148Сушкова С.Н., Минкина Т.М., Манджиева С.С., Тюрина И.Г., Васильева Г.К., Kızılkaya R. Мониторинг содержания бенз(а)пирена в почвах под влиянием многолетнего техногенного загрязнения // Почвоведение. 2017. № 1. С. 1-12.Kim S.-K., Lee D.S., Shim W.J., Yim U.H., Shin Y.-S. Interrelationship of Pyrogenic Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) Contamination in Different Environmental Media. Sensors. 2009; 9: 9582—9602. DOI: 10.3390/s91209582Kim S.-K., Lee D. S., Shim W.J., Yim U.H. Shin Y.-S. Interrelationship of Pyrogenic Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) Contamination in Different Environmental Media // Sensors. 2009. 9. P. 9582-9602.Wu Q., Wang X., Zhou Q. Biomonitoring persistent organic pollutants in the atmosphere with mosses: Performance and application. Environment International. 2014; 66: 28—37. DOI: 10.1016/j.envint.2013.12.021Wu Q., Wang X., Zhou Q. Biomonitoring persistent organic pollutants in the atmosphere with mosses: Performance and application // Environment International. 2014. 66. P. 28-37.Iodice P., Adamo P., Capozzi F., Di Palma A., Senatore A., Spagnuolo V., Giordano S. Air pollution monitoring using emission inventories combined with the moss bag approach. Science of the total environment. 2016; 541: 1410—1419. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2015.10.034Iodice P., Adamo P., Capozzi F. Di Palma A., Senatore A., Spagnuolo V., Giordano S. Air pollution monitoring using emission inventories combined with the moss bag approach // Science of the total environment. 2016. 541. P. 1410-1419.Zhang Y.F., Shotyk W., Zaccone C., Noernberg T., Pelletier R., Bicalho B., Froese D.G., Davies L., Martin J.W. Airborne Petcoke Dust is a Major Source of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Athabasca Oil Sands Region. Environmental science & technology. 2016; 50(4): 1711—1720. DOI: 10.1021/acs.est.5b05092Zhang Y.F., Shotyk W., Zaccone C., Noernberg T., Pelletier R., Bicalho B. , Froese D.G. , Davies L., Martin J.W. Airborne Petcoke Dust is a Major Source of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in the Athabasca Oil Sands Region // Environmental science & technology. 2016. 50(4). P. 1711- 1720.Vingiani S., De Nicola F., Purvis W.O., Concha-Grana E., Muniategui-Lorenzo S., Lopez-Mahia P., Giordano S., Adamo P. Active Biomonitoring of Heavy Metals and PAHs with Mosses and Lichens: a Case Study in the Cities of Naples and London. Water air and soil pollution. 2015; 226 (8): 240. 35400062635876.0010.Vingiani S., De Nicola F., Purvis W.O., Concha-Grana E., Muniategui-Lorenzo S., Lopez-Mahia P., Giordano S., Adamo P. Active Biomonitoring of Heavy Metals and PAHs with Mosses and Lichens: a Case Study in the Cities of Naples and London // Water air and soil pollution. 2015. 226 (8). P. 240.Foan L., Domercq M., Bermejo R., Santamaria J.M., Simon V. Mosses as an integrating tool for monitoring PAH atmospheric deposition: Comparison with total deposition and evaluation of bioconcentration factors. A year-long case-study. Chemosphere. 2015; 119: 452—458. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2014.06.071Foan L., Domercq M., Bermejo R., Santamaria J.M., Simon V. Mosses as an integrating tool for monitoring PAH atmospheric deposition: Comparison with total deposition and evaluation of bioconcentration factors. A year-long case-study // Chemosphere. 2015. 119. P. 452-458.Kodnik D., Carniel F.C., Licen S., Tolloi A., Barbieri P., Tretiach M. Seasonal variations of PAHs content and distribution patterns in a mixed land use area: A case study in NE Italy with the transplanted lichen Pseudevernia furfuracea. Atmospheric environment. 2015; 113: 255—263. http://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2015.04.067Kodnik D., Carniel F. C., Licen S., Tolloi A., Barbieri P., Tretiach M. Seasonal variations of PAHs content and distribution patterns in a mixed land use area: A case study in NE Italy with the transplanted lichen Pseudevernia furfuracea // ATMOSPHERIC ENVIRONMENT. 2015. 113. P. 255-263.Mizwar A., Trihadiningrum Y. PAH Contamination in Soils Adjacent to a Coal-Transporting Facility in Tapin District, South Kalimantan, Indonesia. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2015; 69: 62—68. DOI: 10.1007/s00244-015-0141-zMizwar A., Trihadiningrum Y. PAH Contamination in Soils Adjacent to a Coal-Transporting Facility in Tapin District, South Kalimantan, Indonesia // Arch. Environ. Contam. Toxicol. 2015. 69. P. 62-68.Huang H., Xing X., Zhang Z., Qi S., Yang D., Yuen D.A., Sandy E.H., Zhou A., Li X. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in multimedia environment of Heshan coal district, Guangxi: distribution, source diagnosis and health risk assessment. Environ. Geochem. Health. 2016; 38: 1169—1181. DOI: 10.1007/s10653-015-9781-1Huang H., Xing X., Zhang Z., Qi S., Yang D., Yuen D.A., Sandy E.H., Zhou A., Li X. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in multimedia environment of Heshan coal district, Guangxi: distribution, source diagnosis and health risk assessment // Environ. Geochem. Health. 2016. 38. P. 1169-1181.Khaustov A.P., Redina M.M. Transformation of petroleum products as source of natural habitat’s toxic contaminants. Ekologiya i promyshlennost’ Rossii. 2012; 12: 38—44. (In Russ).Хаустов А.П., Редина М.М. Трансформация нефтепродуктов как источник токсичных загрязнений природных сред // Экология и промышленность России. 2012. № 12. С. 38-44.Yakovleva E.V., Gabov D.N., Beznosikov V.A., Kondratenok B.M. Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Soils and Lower-Layer Plants of the Southern Shrub Tundra under Technogenic Conditions. Eurasian Soil Sci. 2014; 47 (6): 562—572. DOI: 10.1134/S1064229314060106Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В. А., Кондратенок Б.М. Полициклические ароматические углеводороды в почвах и растениях нижнего яруса южной кустарниковой тундры в условиях техногенеза // Почвоведение. 2014. № 6. С. 685-696.Atlas pochv Respubliki Komi / Ed. A.I. Taskaev. Syktyvkar: Respublikanskoe izdatel’skoe agentstvo Komi, 2010. 356 s. (in Russian).Атлас почв Республики Коми / отв. ред. А.И. Таскаев. Сыктывкар, 2010. 356 c.Atlas Respubliki Komi po klimatu i gidrologii / Ed. A,I. Taskaev. Moscow: DiK, Drofa, 1997. 116 s. (In Russ).Атлас Республики Коми по климату и гидрологии / отв. ред. А.И. Таскаев. М., 1997. 116 с.Beznosikov V.A., Lodygin E.D. Fraction-group humus composition of cryogenic surface-gley and hydromorphic soils of the Bolshezemelskaya tundra. Vestnik SPbSU. Biology. 2012; 3 (1): 107—120. (In Russ).Безносиков В.А. Лодыгин Е.Д. Фракционно-групповой состав гумуса криогенных поверхностно-глеевых и гидроморфных почв Большеземельской тундры // Вестн. СПбГУ. Сер. 3. Биология. 2012. Вып. 1. С. 107-120.Yakovleva E.V., Gabov D.N., Beznosikov V.A., Kondratenok B.M. Accumulation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Soils and Plants of the Tundra Zone under the Impact of Coal-Mining Industry. Eurasian Soil Science. 2016; 49 (11): 1319—1328. DOI: 10.7868/S0032180X16090148Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М. Накопление полициклических ароматических углеводородов в почвах и растениях тундровой зоны под воздействием угледобывающей промышленности // Почвоведение. 2016. № 11. С. 1402-1412.Skert N., Falomo J., Giorgini L., Acquavita A., Capriglia L., Grahonja R., et al. Biological and artificial matrixes as PAH accumulators: an experimental comparative. Water Air Soil Pollut. 2010; 206(1): 95—103. DOI: 10.1007/s11270-009-0089-6Skert N., Falomo J., Giorgini L., Acquavita A., Capriglia L., Grahonja R., et al. Biological and artificial matrixes as PAH accumulators: an experimental comparative study // Water Air Soil Pollut. 2010. 206(1). P. 95-103.Elin E.S. Fenol’nye soedineniya v biosfere. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2001. 392 s.Елин Е.С. Фенольные соединения в биосфере. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. 392 с.