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)2390810.22363/2313-2310-2019-27-3-184-198Industrial EcologyПромышленная экологияResearch ArticleThe distribution distance of polycyclic aromatic hydrocarbons in the tundra zone under the impact of thermal power plantДальность распространения полициклических ароматических углеводородов в тундровой зоне под воздействием ТЭС7916-3710YakovlevaEvgenia V.ЯковлеваЕвгения Вячеславовна

Candidate of Biological Sciences, researcher of the Department of Soil Science of the Institute of Biology

кандидат биологических наук, научный сотрудник отдела почвоведения Института биологии

kaleeva@ib.komisc.ru2777-7762GabovDmitriy N.ГабовДмитрий Николаевич

Ph.D., senior researcher of the Eco-Analytical Laboratory of the Institute of Biology

кандидат биологических наук, старший научный сотрудник экоаналитической лаборатории Института биологии

gabov@ib.komisc.ruKomi Science Centre of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesКоми научный центр Уральского отделения Российской академии наук15122019273VOL 27, NO3 (2019)ТОМ 27, №3 (2019)18419804062020Copyright ©; 2019, Yakovleva E.V., Gabov D.N.Copyright ©; 2019, Яковлева Е.В., Габов Д.Н.2019Yakovleva E.V., Gabov D.N.Яковлева Е.В., Габов Д.Н.https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0https://journals.rudn.ru/ecology/article/view/23908

Being widely distributed in the tundra zone and highly sensible to temporal or spatial changes in composition of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in ecosystems, Pleurozium schreberi Brid. can serve a pollution indicator of tundra biocenoses with polyarenes. The purpose of the present study is estimating the PAH distribution distance in the tundra zone under the impact of thermal power plant (TPP). The study was conducted in the Bolshezemelskaya tundra area of the Vorkuta region (Komi Republic, Russia). The surface accumulation and total content of PAHs in Pleurozium schreberi and organic horizon of tundra surfacegley soils (Stagnic Cambisols) at the background site and sites removed from the TPP at 0.5; 1; 1.5; 3; 5 and 12 km were studied. The PAH content in Pleurozium schreberi under the impact of TPP changes with distance not linearly. The maximum accumulation was noted at 3 km distance, then the content of PAHs decreased and reached a background level of 12 km from the source. The high molecular weight structures seemed to be transported at distance of no more than 3 km and fell down to the moss surface. The light structures could fly further. This fact responded for concentration of heavy and light structures on particles with different diameter. The moss surface at the background and polluted sites did not contain naphthalene. The total polyarene capacity on the moss surface is relatively the same for the background and polluted sites. At 3 km site, there was a sharp increase in the mass fraction of surface PAH by a factor of 3 due to an increase in the mass fraction of 4-5 - nuclear polyarenes. Being contaminated, the moss activates the bioaccumulation processes of PAHs and so transports polyarenes from its surface to inner organs. The exclusion is a site at a distance of 3 km where the proportion of surface accumulation increased with maximum pollution, i.e., PAH ingress into moss decreased. Determined that the dead part of Pleurozium schreberi or the whole plant is to be used for true identification of polyarenes. The changes in polyarene content in organic soil horizons are the same as in Pleurozium schreberi . By the obtained data, PAHs in tundra can move at large distances. The background-like PAH values are estimated for the site as 12 km from the pollution source for Pleurozium schreberi . The background-like PAH values for organic soil horizons are not estimated. The obtained results agree with the cluster analysis data.

Pleurozium schreberi Brid. широко распространен в тундровой зоне и чувствителен к изменениям в составе полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в экосистемах во временном отношении и с расстоянием, поэтому может использоваться в качестве индикатора загрязнения тундровых биоценозов полиаренами. Целью исследования было оценить дальность распространения ПАУ в условиях тундровой зоны на примере воздействия теплоэлектростанции. Работы проводились в Большеземельской тундре в Воркутинском районе Республики Коми. Исследовано поверхностное накопление и общее содержание ПАУ в Pleurozium schreberi и органогенном горизонте тундровых поверхностно-глеевых почв (Stagnic Cambisols) на фоновом участке и удалении от ТЭС 0,5; 1; 1,5; 3; 5 и 12 км. Содержание ПАУ в Pleurozium schreberi под воздействием ТЭС с расстоянием изменялось нелинейно. Максимум накопления отмечен на расстоянии в 3 км, затем содержание ПАУ снижалось и достигало фонового уровня в 12 км от источника. Высокомолекулярные ПАУ перемещались на расстояние до 3 км, где выпадали на поверхность мхов, легкие распространялись дальше, что обусловлено концентрированием тяжелых и легких структур на частицах разного диаметра. На поверхности мха фонового и загрязненного участка не выявлено присутствие нафталина. Суммарное содержание полиаренов на поверхности мхов примерно одинаково. На участке в 3 км отмечено резкое повышение массовой доли поверхностных ПАУ в 3 раза за счет возрастания массовой доли 4-5-ядерных полиаренов. В условиях загрязнения активизировались процессы биоаккумуляции ПАУ, полиарены с поверхности мха активно транспортировались внутрь. Исключением являлся участок в 3 км от ТЭС, где доля поверхностного накопления возрастала при максимальном загрязнении, то есть поступление ПАУ внутрь мха снижалось. Установлено, что для правильной идентификации пиков поступления полиаренов необходимо использовать отмершую часть Pleurozium schreberi или мох в целом. Изменения в содержании полиаренов в органогенных горизонтах почв идентичны с Pleurozium schreberi. Показано, что ПАУ в условиях тундры способны перемещаться на значительные расстояния. Приближенные к фоновым значения содержания ПАУ в Pleurozium schreberi выявлены лишь на расстоянии в 12 км от ТЭС, для органогенных горизонтов почв значения близкие к фоновым не выявлены.

Pleurozium schreberiStagnic CambisolsPleurozium schreberiStagnic CambisolspolyarenesbioaccumulationspreadtundraполиареныбиоаккумуляцияраспространениетундраThis work was partially supported by the RFBR in frames of the scientific project No. 18-05-60195 (No. TSITiS АААА-А18-118062090029-0) and the state budget theme No. АААА-А17-117122290011-5.Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-05-60195 (№ ЦИТиС АААА-А18-118062090029-0) и госбюджетной темы № АААА-А17-117122290011-5.Demin BN, Graevskii AP, Demeshkin AS, Vlasov SV. Pollution of soil-vegetation complex around Barentsburg Mine by polycyclic aromatic hydrocarbons. Arktika: Ekol. Ekon. 2012;3(7):62–73. (In Russ.)Демин Б.Н., Граевский А.П., Демешкин А.С., Власов С.В. Загрязнение почвеннорастительного комплекса в окрестностях рудника «Баренцбург» полициклическими ароматическими углеводородами // Арктика: экология и экономика. 2012. № 3 (7). С. 62-73.Li W, Chen B, Ding X. Environment and Reproductive Health in China: Challenges and Opportunities. Environmental Health Perspectives. 2012;120(5):A184–A185.Li W., Chen B., Ding X. Environment and Reproductive Health in China: Challenges and Opportunities // Environmental Health Perspectives. 2012. Vol. 120. No. 5. Pp. A184-A185.Hamid N, Syed JH, Junaid M, Zhang G, Malik RN. Elucidating the urban levels, sources and health risks of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Pakistan: implications for changing energy demand. Science of the Total Environment. 2017;619–620:165–175.Hamid N., Syed J.H., Junaid M., Zhang G., Malik R.N. Elucidating the urban levels, sources and health risks of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in Pakistan: implications for changing energy demand // Science of the Total Environment. 2017. Vol. 619-620. Pp. 165--175.Sushkova SN, Minkina TM, Mandzhieva SS, Tyurina IG, Vasil’eva GK, 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.Сушкова С.Н., Минкина Т.М., Манджиева С.С., Тюрина И.Г., Васильева Г.К., Кизилкая Р. Мониторинг содержания бенз(а)пирена в почвах под влиянием многолетнего техногенного загрязнения // Почвоведение. 2017. № 1. C. 1-12.Ribeiro J, Silva TF, Mendonсa Filho JG, Flores D. Fly ash from coal combustion – an environmental source of organic compounds. Applied Geochemistry. 2014;44:103–110.Ribeiro J., Silva T.F., Mendonсa Filho J.G., Flores D. Fly ash from coal combustion - an environmental source of organic compounds // Applied Geochemistry. 2014. No. 44. Pp. 103-110.Doegowska S, Migaszewski ZM. PAH concentration sin the moss species Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G. and Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. From the Kielce area (South-Central Poland). Ecotoxicology and Environmental Safety. 2011;74:1636–1644.Doegowska S., Migaszewski Z.M. PAH concentration sin the moss species Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G. and Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. From the Kielce area (South-Central Poland) // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2011. Vol. 74. Pp. 1636-1644.Migaszewski ZM, Galuszka A, Crock JG, Lamothe PJ, Dolegowska S. Interspecies and interregional comparisons of the chemistry of PAHs and trace elements in mosses Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G. and Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. from Poland and Alaska. Atmospheric Environment. 2009;43:1464–1473.Migaszewski Z.M., Galuszka A., Crock J.G., Lamothe P.J., Dolegowska S. Interspecies and interregional comparisons of the chemistry of PAHs and trace elements in mosses Hylocomium splendens (Hedw.) B.S.G. and Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. from Poland and Alaska // Atmospheric Environment. 2009. Vol. 43. Pp. 1464-1473.Tyurina IG, Sushkova SN, Minkina TM, Nazarenko OG, Mandzhieva SS, Bauer TV, Gimp AV. Benzo(a)pyrene content in natural grassy vegetation in the affected zone of the Novocherkassk power station. Plodorodie. 2015;6:46–48. (In Russ.)Тюрина И.Г., Сушкова С.Н., Минкина Т.М., Назаренко О.Г., Манджиева С.С., Бауэр Т.В. Содержание бенз(а)пирена в естественной травянистой растительности зоны влияния Новочеркасской ГРЭС // Плодородие. 2015. № 6. С. 46-48.Radic S, Meduni G, Kuhari Z, Roje V, Maldini K, Vujcic V, Krivohlavek A. The effect of hazardous pollutants from coal combustion activity: Phytotoxicity assessment of aqueous soil extracts. Chemosphere. 2018;199:191–200.Radic S., Meduni G., Kuhari Z., Roje V., Maldini K., Vujcic V., Krivohlavek A. The effect of hazardous pollutants from coal combustion activity: phytotoxicity assessment of aqueous soil extracts // Chemosphere. 2018. Vol. 199. Pp. 191-200.Khaustov AP, Redina MM. Indicator Ratios of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons for Geoenvironmental Studies of Natural and Technogenic Objects. Water Resources. 2017; 44(7):903–913.Khaustov A.P., Redina M.M. Indicator Ratios of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons for Geoenvironmental Studies of Natural and Technogenic Objects // Water Resources. 2017. Vol. 44. No. 7. Pp. 903-913.Yakovleva EV, Gabov DN, Beznosikov VA. Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in plants of the tundra zone at open coal mine. Vestnik instituta biologii Komi nauchnogo centra UroRAN. 2016;4:24–33. (In Russ.)Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В.А. Накопление полициклических ароматических углеводородов растениями южной тундры при добыче угля открытым способом // Вестник Института биологии. 2016. № 4. С. 24-33.Yakovleva EV, Gabov DN, Beznosikov VA, Kondratenok BM, Dubrovskiy YA. Accumulation of PAHs in Tundra Plants and Soils under the Influence of Coal Mining. Polycyclic Aromatic Compounds. 2017;37(2–3):203–218.Yakovleva E.V., Gabov D.N., Beznosikov V.A., Kondratenok B.M., Dubrovskiy Y.A. Accumulation of PAHs in Tundra Plants and Soils under the Influence of Coal Mining // Polycyclic Aromatic Compounds. 2017. Vol. 37. No. 2-3. Pp. 203-218.Yakovleva EV, Gabov DN, Beznosikov VA. Temporary changes in polyarenes content in soils and plants under the influence of coal mining. RUDN Journal of Ecology and Life Safety. 2017;25(2):271–293.Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В.А. Временные изменения содержания полиаренов в почвах и растениях нижнего яруса южной тундры под воздействием угледобывающей промышленности // Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2017. Т. 25. № 2. C. 271-293.Yakovleva ЕV, Gabov DN, Beznosikov VA, Kondratenok BM. Accumulation of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Soils and Mosses of Southern Tundra at Different Distances from the Thermal Power Plant. Eurasian Soil Science. 2018;51(5):528–535.Яковлева Е.В., Габов Д.Н., Безносиков В.А., Кондратенок Б.М. Накопление полициклических ароматических углеводородов в почвах и мхах южной тундры на разных расстояниях от теплоэлектростанции // Почвоведение. 2018. № 5 С. 563-572.Gorshkov G, Mikhailova TA, Berezhnaya NS, Vereshchagin AL. Accumulation of polycyclic aromatic hydrocarbons in needles of Scots pine in Cis-Baikal region. Lesovedenie. 2008;2:21–26. (In Russ.)Горшков А.Г., Михайлова Т.А., Бережная Н.С., Верещагин А.Л. Накопление полициклических ароматических углеводородов в хвое сосны обыкновенной на территории Прибайкалья // Лесоведение. 2008. № 2. С. 21-26.Li H, Liu G, Cao Y. Content and Distribution of Trace Elements and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Fly Ash from a Coal-Fired CHP Plant. Aerosol and Air Quality Research. 2014;14:1179–1188.Li H., Liu G., Cao Y. Content and Distribution of Trace Elements and Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Fly Ash from a Coal-Fired CHP Plant // Aerosol and Air Quality Research. 2014. No. 14. Pp. 1179-1188.Verma SK, Masto RE, Gautam S, Choudhury DP, Ram LC, Maiti SK, Maity S. Investigations on PAHs and trace elements in coal and its combustion residues from a power plant. Fuel. 2015;162:138–147.Verma S.K., Masto R.E., Gautam S., Choudhury D.P., Ram L.C., Maiti S.K., Maity S. Investigations on PAHs and trace elements in coal and its combustion residues from a power plant // Fuel. 2015. Vol. 162. Pp. 138-147.Rovinsky FY, Teplitskaya TA, Alexeeva TA. Monitoring of polycyclic aromatic hydrocarbons. Leningrad, Hydrometeoizdat Publ.; 1988. (In Russ.)Ровинский Ф.Я., Теплицкая Т.А., Алексеева Т.А. Фоновый мониторинг полициклических ароматических углеводородов. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 224 с.Orlov DS. Gumusovye kisloty pochv i obshhaya teoriya gumifikacii. Moscow, Izd-vo Mosk. un-ta; 1990. (In Russ.)Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв и общая теория гумификации. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1990. 325 с.Wilcke W. Polycyclic aromatic hydracarbons (PAHs) in soil: a review. J. Plant Nutr. Soil Sci. 2000;163:229–248.Wilcke W. Polycyclic aromatic hydracarbons (PAHs) in soil: a review // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2000. Vol. 163. Pp. 229-248.Atanassova I, Brummer GW. Polycyclic aromatic hydrocarbons of anthropogenic and biopedogenic origin in a colluviated hydromorphic soil of Western Europe. Geoderma. 2004;120:27–34.Atanassova I., Brummer G.W. Polycyclic aromatic hydrocarbons of anthropogenic and biopedogenic origin in a colluviated hydromorphic soil of Western Europe // Geoderma. 2004. Vol. 120. Pp. 27-34.