sergeogrИзвестия Российской академии наук. Серия географическаяIzvestiya Rossiiskoi Akademii Nauk. Seriya Geograficheskaya2587-55662658-697510.31857/S258755662102014Xsergeogr-1292Research ArticleПриродопользование и геоэкологияNatural Recourse Use and GeoecologyБриогеохимическое геостатистическое изучение атмосферного загрязнения Северной УкраиныBriogeochemical and Geostatistic Study of North Ukraine Atmospheric PollutionТютюнникЮ. Г.TyutyunnikYu. G.

Киев.

Kiev.

yulian.tyutyunnik@gmail.comШабатураА. В.ShabaturaA. V.

Киев.

Kiev.

БлюмсО. Б.BlumО. B.

Киев.

Kiev.

Даунис-и-ЭстадельяП.Daunis-i-EstadellaP.

Жирона.

Girona.

Институт эволюционной экологии НАН УкраиныУкраинаInstitute for Evolutionary Ecology, National Academy of Sciences of UkraineUkraineКиевский национальный университет имени Тараса ШевченкоУкраинаTaras Shevchenko National University of KyivUkraineНациональный ботанический сад им. Н.Н. Гришко НАН УкраиныУкраинаGryshko National Botanical Garden, National Academy of Sciences of UkraineUkraineУниверситет ЖироныИспанияUniversity of GironaSpain202109062021852248262Copyright © Тютюнник Ю.Г., Шабатура А.В., Блюмс О.Б., Даунис-и-Эстаделья П., 20212021Тютюнник Ю.Г., Шабатура А.В., Блюмс О.Б., Даунис-и-Эстаделья П.Tyutyunnik Y.G., Shabatura A.V., Blum О.B., Daunis-i-Estadella P.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://izvestia.igras.ru/jour/article/view/1292

Методом бриогеохимической индикации с использованием в качестве индикатора мха Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. на территории Северной Украины изучены закономерности поступления в приземную атмосферу, миграции и седиментации в ней K, Ca, S, Mg, Al, P, Fe, Mn, Na, Zn, Ba, Ti, Sr, B, Cu, Pb, Ni, Cr, V, Se, Cd, Co. Для каждого элемента составлены карты уровней содержания в образцах мха. База данных этих содержаний (131 точка пробоотбора) изучена с помощью методов факторного анализа и биплот. Это позволило выявить основные причины поступления в воздух атмосферных поллютантов, их миграции в нем и седиментации на дневную поверхность. Для изучения особенностей пространственного распределения уровней содержания химических элементов во мху P. schreberi был использован метод вариограммного анализа. Установлено, что согласно наиболее общим закономерностям этого распределения изученные химические элементы объединяются в четыре группы: Fe, Mn, Se; Mg, Zn, Cu, Cr, Cd, Co; K, P, Ba, Ti, Sr, Ni, Pb; Ca, S, Al, Na, B, V. Группы отличаются по особенностям размещения пятен-аномалий в пространстве, по размерам аномалий и по их контрастности, а также — анизотропностью и изотропностью конфигурации поля концентрации химических элементов в образцах мха.

By the method of briogeochemical indication using moss Pleurozium schreberi (Brid.) Mitt. as an indicator, on the territory of Northern Ukraine, the features and regularities of the entry into the surface atmosphere, migration and sedimentation in it of K, Ca, S, Mg, Al, P, Fe, Mn, Na, Zn, Ba, Ti, Sr, B, Cu, Pb, Ni, Cr, V, Se, Cd, Co were studied. For each element, maps of its content in moss are compiled. A database of these contents (131 sampling points) was studied using factor analysis and biplot methods. This made it possible, with a satisfactory degree of reliability, to name the main causes of atmospheric pollutants entering the air, their migration in it, and sedimentation on the day surface. To study the features of the spatial distribution of the levels of chemical elements in P. schreberi moss, a variogram analysis method was used. It was established that according to the most general rules of this distribution, the studied chemical elements are combined into four groups: Fe, Mn, Se; Mg, Zn, Cu, Cr, Cd, Co; K, P, Ba, Ti, Sr, Ni, Pb; and Ca, S, Al, Na, B, V. The groups are distinguished by the distribution of anomaly spots in space, the size of the anomalies and their contrast, as well as the anisotropy and isotropy of the configuration of the atmogeochemical field, the distribution of the concentration values along the meridional and latitudinal rhombuses.

бриогеохимическая индикацияприземная атмосфератехногенезфакторный анализбиплотвариограммный анализbriogeochemical indicationsurface atmospheretechnogenesisfactor analysisbiplotvariogram analysisReferencesГеохимия окружающей среды / под ред. Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др. М.: Недра, 1990. 335 с.Cressie N. Statistics for Spatial Data. N.Y.: J. Wiley and Sons, 1991. 900 p.Ермакова Е.В., Фронтасьева М.В., Стейннес Э. Изучение атмосферных выпадений тяжелых металлов и других элементов на территории Тульской области с помощью метода мхов-биомониторов / Препринт. Р14-2002-15. Дубна, 2002. 18 с.Culicov O.A., Frontasyeva M.V., Steinnes E., Okina O.S., Santa Zs., Todoran R. Atmospheric deposition of heavy metals around the lead and copperzinc smelters in Baia Mare, Romania, studied by the moss biomonitoring technique, neutron activation analysis and flame atomic absorption spectrometry. J. Radioanal. Nucl. Chem., 2002, vol. 254, no. 1, pp. 109—115.Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях / Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 440 с.Dimovska B., Sajn R., Stafilov T., Baceva K., Tanaselia C. Determination of atmospheric pollution around the thermoelectric power plant using a moss biomonitoring. Air Qual. Atmos. Health., 2014, vol. 7, no. 4, pp. 541-557.Тютюнник Ю.Г., Андреев М.П., Даунис-и-Эстаделья Дж., Мартин-Фернандес Дж., Блюм О.Б. Биогеохимические исследования атмосферного загрязнения Южных Шетландских островов (Антарктида) // Биосфера. 2014. Т. 6. № 3. С. 167—177.Ermakova E.V., Frontas'eva M.V., Steinnes E. Study of atmospheric precipitation of heavy metals and other elements on the territory of the Tula oblast using the mossbiomonitor method. Ekol. Khimiya, 2004, vol.13, no. 3, pp. 167-180. (In Russ.).Тютюнник Ю.Г., Блюм О.Б., Шабатура А.В. Атмосферное загрязнение мышьяком и тяжелыми металлами Украинских Карпат и предгорных территорий // Геогр. и природ. ресурсы. 2005. № 1. С. 138—146.Fiziko-geograficheskoe raionirovanie Ukrainskoi SSR [Physical and Geographic Zoning of the Ukrainian SSR] Popov V.P., Marinich A.M., Lan'ko A.I. Eds. Kiev: Kiev University Publ., 1968. 684 p.Тютюнник Ю.Г., Горлицький Б.О. Техногенне забруднення міських грунтів України (феноменологічний аналіз) // Доповіді НАН України. 2000. № 6. С. 208—211.Frontasyeva M.V., Perelygin V.P., Vater P., Eds. NATO Sci. Ser. (Ser. IV: Earth and Environmental Series), vol. 5. Dordrecht: Springer, 2001, pp. 179-190. doi 10.1007/978-94-010-0993-5_27Тютюнник Ю.Г., Толосана-Дельгадо Р., Павловски-Глан В., Блюм О.Б. Тяжелые металлы — индикаторы причин атмосферного загрязнения в Украинских Карпатах (геостатистический анализ) // Геоэкология. 2006. № 5. С. 433—439.Frontasyeva M.V., Smirnov L.I., Steinnes E., Lyapunov S.M., Cherchintsev V.D. A heavy metal atmospheric deposition study in the South Ural mountains. J. Radioanal. Nucl. Chem., 2004, vol. 259, no. 1, pp. 19-26.Физико-географическое районирование Украинской ССР / Под ред. В.П. Попова, А.М. Маринича, А.И. Ланько. К.: Изд-во Киев. ун-та, 1968. 684 с.Greenacre M. Biplots in Practice. Bilbao: Fundacibn BBVA, 2010. 240 p.Шабатура А.В., Блюм О.Б., Тютюнник Ю.Г. Региональные атмогеохимические поля в центральной части северной Украины по данным бриогеохимической индикации // Биосфера. 2018. Т. 10. № 1. С. 23—25.Harmens H., Norris D.A., Sharps K. et al. Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010. Environ. Pollut., 2015, vol. 200, pp. 93-104.Cressie N. Statistics for Spatial Data. N.Y.: John Wiley and Sons, 1991. 900 p.Heavy Metals, Nitrogen and POPs in European Mosses: 2015 Survey. Monitoring Manual. International Cooperative Programme on Effects of Air Pollution on Natural Vegetation and Crops. Working Group on Effects Convention on Long-range Transboundary Air Pollution, 2015. 26 p. Available at: https://icpvegetation.ceh.ac.uk/sites/default/files/Moss%20protocol%20manual.pdf (accessed: 10.04.2020).Culicov O.A., Frontasyeva M.V., Steinnes E., Okina O.S., Santa Zs., Todoran R. Atmospheric Deposition of Heavy Metal Around the Lead and Copper-Zinc Smelters in Baia Mare, Romania, Studies by the Moss Biomonitoring Technique, Neutron Activation Analysis and Flame Atomic Absortion Spectrometry. Preprint E-14-2002-102. Dubna, 2002. 12 p.Kabata-Pendias A. Trace Elements in Soils and Plants. Boca Raton: CRC Press, 2010. 4th ed. 548 p.Dimovska B., Sajn R., Stafilov T., Baceva K., Tanaselia C. Determination of atmospheric pollution around the thermoelectric power plant using a moss biomonitoring // Air Qual. Atmos. Health. 2014. № 7. P. 541—557.Lazo P., Steinnes E., Qarri F., Allajbeu Sh., Kane K., Stafilov T., Frontasyeva M.V., Harmens H. Origin and spatial distribution of metals in moss samples in Albania: A hotspot of heavy metal contamination in Europe. Chemosphere, 2018, vol. 190, pp. 337-349.Frontasyeva M.V., Smirnov L.I., Steinnes E., Lyapunov S.M., Cherchintsev V.D. A Heavy Metal Atmospheric Deposition Study in the South Ural Mountains. Preprint D14-2002-69. Dubna, 2002. 14 p. http://www1.jinr.ru/Preprints/2002/069(D14-2002-69)e.pdf (дата обращения 10.04.2020).Martín-Fernández J.A., Daunis-i-Estadella J., Tyutyunnik Yu.G. Esperiencia del estudio geoestadístico de composición química de suelos, de los indicadоres de factores y de las cоndiciones geoquímicas: Report de Recerca IMA 04-01-RR. Girona: Universitat de Girona, 2004. 50 p.Greenacre M. Biplots in Practice. Bilbao: Fundacibn BBVA, 2010. 240 p.Olea R.A. Geostatistics for Engineers and Earth Scientists. Boston: Kluwer Academic Publ., 1999. 303p.Harmens H., Norris D.A., Sharps K., Mills G., Alber R., Alek-siayenak Y., Blum O., Cucu-Man S-M., Dam M., DeTemmerman L., Ene A., Fernandez J.A., Martinez-Abaigar J., Frontasyeva M., Godzik B., Jeran Z., Lazo P., Leblond S., Liiv S., Magntisson S.H., Mankovski B., Pihl Karlsson G., Piispanen J., Poikolainen J., Santamaria J.M., Skudnik M., Spiric Z., Stafilov T., Steinnes E., Stihi C., Suchara I., Thoni L., Todoran R., Yurukova L., Zechmeister H.G. Heavy metal and nitrogen concentrations in mosses are declining across Europe whilst some “hotspots” remain in 2010 // Env. Pollut. 2015. V. 200. P. 93—104.Paz-Ferreiro J., Vazquez E., Vieira S. Geostatistical analysis of a geochemical dataset. Bragantia, 2009, vol. 69, pp. 121-129.Heavy Metals, Nitrogen and POPs in European Mosses: 2015 — Survey Monitoring Manual: International Cooperative Programme on Effects of Air Pollution on Natural Vegetation and Crops. Working Group on Effects Convention on Long-range Transboundary Air Pollution, 2015. 26 p. https://icpvegetation.ceh.ac.uk/sites/default/files/Moss%20protocol%20manual.pdf (дата обращения 10.04.2020).Popov V.P., Marinich A.M., Lan'ko A.I., Eds. Kiev: Kiev. Univ. Publ., 1968. 684 p.Lazo P., Steinnes E., Qarri F., Allajbeu Sh., Kane K., Stafilov T., Frontasyeva M.V., Harmens H. Origin and spatial distribution of metals in moss samples in Albania: A hotspot of heavy metal contamination in Europe // Chemosphere. 2018. V. 190. P. 337—349.Saet Yu.E., Revich B.A., Yanin E.P., et al. Geokhimiya okruzhayushchei sredy [Geochemistry of the Environment]. Moscow: Nedra Publ., 1990. 335 p.Martín-Fernández J.A., Daunis-i-Estadella J., Tyutyunnik Yu.G. Esperiencia del estudio geoestadístico de composición química de suelos, de los indicadores de factores y de las condiciones geoquímicas: Report de Recerca IMA 0401-RR. Girona: Univ. de Girona, 2004. 50 p.Shabatura A.V., Blyum O.B., Tyutyunnik Yu.G. Regional atmogeochemical fields in the Central part of Northern Ukraine according to briogeochemical indication data. Biosfera, 2018, vol. 10, no. 1, pp. 23-25. (In Russ.).Olea R.A. Geostatistics for Engineers and Earth Scientists. Boston: Kluwer Academic Publ., 1999. 303 p.Solomons W., Forstner U. Metals in the Hydrocycle. Berlin, Heidelberg, New-York, Tokio: Springer-Verlag, 1984. 349 p.Paz-Ferreiro J., Vdzquez E., Vieira S. Geostatistical analysis of a geochemical dataset // Bragantia. 2009. V. 69. P. 121—129.Stan O.A., Lucaciu A., Frontasyeva M.V., Steinnes E. New Results from Air Pollution Studies in Romania. In Radionuclides and Heavy Metals in Environment.Solomons W., Forstner U. Metals in the Hydrocycle. Berlin— Heidelberg—N.Y.—Tokio: Springer-Verlag, 1984. 349 p.Tyutyunnik Yu.G., Andreev M.P., Daunis-i-Estadella, J., Martin-Fernandez J., Blyum O.B. Biogeochemical studies of atmospheric pollution of the South Shetland Islands (Antarctica). Biosfera, 2014, vol. 6, no. 3, pp.275-284. (In Russ.).Stain O.A., Licaciu A., Frontasyeva M.V., Steinnes E. New results from air pollution studies in Romania // Radionuclides and Heavy Metals in Environment. NATO Science Series (Ser. IV: Earth and Environmental Series). Dordrecht: Springer, 2001. V. 5. P. 179—190.Tyutyunnik Yu.G., Blyum O.B., Shabatura A.V. Atmospheric pollution with arsenic and heavy metals of the Ukrainian Carpathians and foothill territories. Geogr. Prir. Resur., 2005, no. 1, pp. 138-146. (In Russ.).Tyutyunnik Yu.G., Gorlitskii B.O. Technogenic pollution of urban soils of Ukraine (phenomenological analysis). Dopovidi NAN, 2000, no. 6, pp. 208-211. (In Ukr.).Tyutyunnik Yu.G., Gorlitskii B.O. Technogenic pollution of urban soils of Ukraine (phenomenological analysis). Dopovidi NAN, 2000, no. 6, pp. 208-211. (In Ukr.).Tyutyunnik Yu.G., Tolosana-Del'gado R., Pavlovski-Glan V., Blyum O.B. Heavy metals as the indicators of atmospheric precipitation reasons in the Ukrainian Carpathian mountains (a geostatistical analysis). Geoekol. Inzh. Geol., Gidrogeol., Geokriol., 2006, no. 5, pp. 433-439. (In Russ.).Tyutyunnik Yu.G., Tolosana-Del'gado R., Pavlovski-Glan V., Blyum O.B. Heavy metals as the indicators of atmospheric precipitation reasons in the Ukrainian Carpathian mountains (a geostatistical analysis). Geoekol. Inzh. Geol., Gidrogeol., Geokriol., 2006, no. 5, pp. 433-439. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.