3.6 Кластерный анализ гидрохимических показателей водоёмов г. Тюмени

Пруд Кристальные родники различается по большинству гидрохимических показателей (превышения ПДК) с большинством исследуемых водоёмов. В одну из групп можно отнести пруды Лесной и Южный, с меньшей степенью загрязнения. В другую группу входят пруд Утиный и озёра со средним количеством превышений ПДК и сходной гидрохимической составляющей, особенно пруд Утиный и озеро Оброчное.

Вероятно, разница в результатах гидрохимического состава в исследуемых водоёмах с 2010 по 2012 год уменьшалась, что нашло отражение в результатах кластерного анализа. Из графиков видно, что в 2010 и 2011 году условно водоёмы можно разделить на три группы. Наиболее близкими в 2010 году были озеро Алебашево и пруд Утиный, а в другой группе – озёра Круглое и Оброчное. В 2011 году сходными гидрохимическими параметрами обладали озёра Круглое и Оброчное, а в другую группу входили пруды Утиный и Южный. Данные водоёмы имеют близкий гидрохимический состав по пяти компонентам (азот нитратный, железо общее, кальций, кадмий и медь, нефтепродукты жесткость и pH воды). В период исследования пруд Кристальные родники показал наименьшее сходство по гидрохимическому составу с остальными изучаемыми водоёмами. Он имел больше гидрохимических показателей с превышением ПДК.

3.7 Сравнительный анализ водоёмов г. Тюмени по биохимическим показателям изучаемых растений

Была проанализирована взаимосвязь антропогенного загрязнения исследуемых водоёмов (выхлопы автотранспорта, гидрохимические показатели, содержание тяжелых металлов в депонирующих средах и растениях) и биохимических показателей растений (содержание продуктов ПОЛ, пигментов фотосинтеза, низкомолекулярных и высокомолекулярных антиоксидантов). При анализе полученных данных, согласно программе Statistica 10.0 учитывалась сила связи, при которой дисперсия больше 0,7. Выхлопы автотранспорта, загрязнение водоёмов (гидрохимические показатели) не оказали значимой взаимосвязи с другими изучаемыми показателями.

Из проведенного многомерного факторного анализа видно, что у изучаемых видов растений биохимические реакции на накопление тяжелых металлов разные. Но есть общность в антиоксидантном ответе – роль низкомолекулярных антиоксидантов выше высокомолекулярных. Вероятно, марганец и цинк в малых дозах не обладают токсичной функцией. Концентрация продуктов ПОЛ и антиоксидантов зависит от содержания свинца в стрелолисте и ситнике. Обнаружена высокая зависимость пигментов фотосинтеза, флавоноидов между собой. Исходя из анализа аскорбиновой кислоты, обнаружена сильная связь с первичными продуктами ПОЛ (диеновыми конъюгатами). Сильная зависимость выявлена между концентрациями пигментов фотосинтеза и аскорбиновой кислотой, что подтверждается литературными данными (Hewitt E.J., 1961). Чувствительными видами к загрязнению тяжелыми металлами оказались клевер и подорожник, так как обнаружена высокая положительная связь между содержанием тяжелых металлов и диеновых конъюгатов.

Выводы

1. В воде обследованных водоёмах г. Тюмени выявлено содержание нефтепродуктов, биогенных веществ, тяжелых металлов с превышением ПДК. Все исследованные водоёмы могут быть отнесены к категориям «грязные», «загрязненные» и проранжированы по степени убывания загрязнения в ряду: пр. Кристальные родники, озёра Алебашево, Оброчное, пр. Утиный, оз. Круглое, пр. Лесной, пр. Южный.

2. В почвах береговой зоны обследованных водоёмов содержание тяжелых металлов (цинка, никеля, меди и хрома) выше ПДК. Установлено наибольшее загрязнение тяжелыми металлами почв береговой зоны озера Оброчное. Выявлены высокие концентрации железа, марганца, цинка, свинца, меди, хрома, никеля в донных отложениях исследуемых водоёмов. Установлено более высокое накопление тяжелых металлов в почве береговой зоны, чем в донных отложениях соответствующих водоёмов.

3. В береговых и прибрежно-водных растениях происходит аккумуляция тяжелых металлов (Pb, Cu, Zn, Mn, Cr). Суммарное накопление тяжелых металлов и коэффициент биологического накопления у береговых растений выше, чем у прибрежно-водной растительности. Среди обследованных видов растений интенсивным поглощением тяжелых металлов отличаются Plantago major, Juncus compressus и Typha latifolia.

4. У большинства растений береговых и прибрежно-водных зон исследуемых водоёмов содержание продуктов ПОЛ снижено, что, вероятно, связано с отбором устойчивых генотипов в условиях антропогенного влияния на водные объекты.

5. Под влиянием комплекса антропогенных факторов растения из исследуемых районов повышают концентрацию пигментов фотосинтеза и активизируют работу систем антиоксидантной защиты (аскорбиновой кислоты, пролина, флавоноидов и каталазы) в изучаемых растениях. Более активными системами являются низкомолекулярные вещества в растениях из береговых и прибрежно-водных зон пруда Кристальные родники и озера Алебашево. Системы антиоксидантной защиты сильнее активизируются в растениях береговых зон по сравнению с растениями прибрежно-водных зон исследуемых водоёмов.

6. Многофакторный анализ позволил выявить высокую степень связи накопления Pb в Sagittaria sagittifolia и Juncus compressus с активацией систем АОЗ и с увеличением содержания продуктов ПОЛ. Обнаружена высокая зависимость между содержанием в растениях пигментов фотосинтеза и флавоноидов, а также между концентрациями аскорбиновой кислоты и диеновыми конъюгатами. Роль в антиоксидантном ответе у низкомолекулярных антиоксидантов выше высокомолекулярных.

Работы, опубликованные по теме диссертации

1. Корнилов А.Л. Ответные биохимические реакции растений из прибрежной зоны водоемов г. Тюмени / А.Л. Корнилов, Г.А. Петухова, А.И. Коваленко // Электронный журнал «Современные проблемы науки и образования». – 2012. – № 3. – С. 1-8.

2. Корнилов А.Л. Влияние накопления тяжелых металлов на содержание пигментов фотосинтеза растений из прибрежной зоны водоемов г. Тюмени / А.Л. Корнилов, Г.А. Петухова, А.И. Коваленко // Вестник ТюмГУ – Тюмень: Изд-во ТюмГУ. – 2012. – С. 189-194.

3. Корнилов А.Л. Изменение концентрации пигментов фотосинтеза у растений прибрежной зоны водоемов г. Тюмени / А.Л. Корнилов, Г.А. Петухова, А.И. Коваленко // Окружающая среда и менеджмент природных ресурсов – Тюмень: Изд-во ТюмГУ. – 2011. – С. 173-175.

4. Корнилов А.Л. Влияние загрязнений на пигментные системы растений из прибрежной зоны водоемов г. Тюмени / А.Л. Корнилов, Г.А. Петухова, А.И. Коваленко // Физиологические, биохимические и молекулярно-генетические механизмы адаптаций гидробионтов – Борок: Изд-во Борок. – 2012. – С. 184-188.

5. Корнилов А. Л. Биотестирование загрязненных сред: методы биотестирования и биоиндикации в оценке состояния окружающей среды. Учебно-методический комплекс. Методические рекомендации для студентов / А.Л. Корнилов, Е.С. Петухова // Тюмень: Изд-во ТюмГУ. – 2012. – 40 с.

18