Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.16 – екологія. Дніпропетровський національний університет Міністерства освіти і науки України, Дніпропетровськ, 2004.
Установлено специфічні реакції рослин на забруднення ґрунтів важкими металами. Розроблено та запропоновано систему фітоіндикаційної оцінки забруднення ґрунтів металами (Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Ni) за допомогою показників структурної різноякісності та трансформації рослин-індикаторів. Побудовано екологічні шкали структурної пластичності рослин. Використано метод картосхематичної візуалізації даних. Запропоновано критерії інформативності методу структурної фітоіндикації та програму ґрунтово-металотоксичного фітомоніторингу антропогенно трансформованих екотопів. Здійснено прогноз подальшого забруднення ґрунтів важкими металами та структурних змін у рослинах природної флори регіону.
1. Встановлено певні реакції рослин на забруднення антропогенно трансформованого середовища важкими металами та розроблено метод структурної фітоіндикації для Донбасу.
2. Виділено як перспективні тест-види Cichorium intybus L., Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip., Plantago major L. та Tanacetum vulgare L. для проведення постійного комплексного ґрунтово-металотоксичного моніторингу антропогенно трансформованих екотопів за структурним поліморфізмом рослин.
3. Забруднення коренезаселеного шару техногенних ґрунтів токсичними елементами характеризується високим рівнем вмісту Cu, Zn, Pb, Cd, Hg та Ni (перевищує ГДК у 2,9-16,3 рази), що є достатнім для розробки методів фітоіндикаційної оцінки металопресингу в натурному експерименті.
4. Найбільший діапазон акумулювання у коренезаселеному шарі ґрунтів мають Zn та Pb (до 900-1000 мг/кг), найменший – Cd (до 10 мг/кг) та Hg (до 3 мг/кг), що узгоджується із загальними тенденціями біогеохімічного циклу важких металів у ґрунтах індустріального регіону.
5. Визначено взаємодії металів у групах: антагоністичні – Zn-Cd, Zn-Ni, Cd-Ni; синергічні – Pb-Ni, Cu-Zn, Cu-Ni, Zn-Pb, Pb-Cd, Pb-Ni та змішані – Cu-Pb, Cu-Cd. Щодо забруднення субстрату металами виявлено найчутливіші тест-об'єкти: Cu – Tropleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip., Zn – Tragopogon major Jacq., Pb – Plantago major L. та Reseda lutea L., Cd – Cichorium intybus L. та Ni – Reseda lutea. За транслокаційними коефіцієнтами важких металів у рослинах установлено можливість проведення моніторингових досліджень та визначення рівнів забруднення техногенного середовища.
6. Статистично доведено, що при збільшенні рівня забруднення ґрунтів важкими металами вірогідно зростає ступінь структурного поліморфізму тест-об'єктів. Такі дискретні ознаки Cichorium intybus L., як: індекс скорочення полярного стовщення, ступінь дефектності пилку, варіабельність скульптури поверхні плодів, частота стрівальності тератологічної схізокотилії та ін., – є інформативно-індикаторними за специфічним характером прояву.
7. Запропоновано наступні критерії інформативності методу структурної фітоіндикації: значення коефіцієнтів кореляції та детермінації; наявність груп і блокового збігу сполученості показників структурних змін рослин із компонентами поелементної металогенії у системі їх внутрішніх зв’язків; дані картосхематичної візуалізації; синхронна відповідність динаміки блоків структурних характеристик рослин градієнту токсичного навантаження на ґрунти антропогенно трансформованого регіону.
8. На підставі впровадженої системи структурної фітоіндикаційної оцінки забруднення ґрунтів важкими металами виділено три загальні структурно-трансформаційні блоки: Ni; Cu–Zn–Pb та Cd–Hg.
9. Ступінь ускладненості будови трихом ретортоподібного типу, індекс деформованості навколопучкової паренхіми листка, ступінь дефектності пилку, частоти стрівальності яйцеподібної та сферичної форм сім’янки та варіабельність скульптури плодів Cichorium intybus L. вірогідно корелюють із забрудненням ґрунтів Ni.
10. Інформативними показниками блоку Cu–Zn–Pb є: індекс деформованості термінальної флоеми листкової пластинки, частота стрівальності простих покривних трихом, товщина насіннєвої шкірки та кількість повітряних порожнин на поперечному зрізі у центральній частині плоду (для Cu); ускладненість трихом сферичної форми, ступінь деформованості базових епідермальних клітин листка, частота стрівальності шестигранних полярних стовщень пилку, варіабельність за формою плодів та індекси матрикальної гетерокарпії та гетероспермії у вузькому розумінні (для Zn); частота стрівальності трихом залозистого типу, товщина кутикули листка, ступінь ускладненості будови трихом нитчастого та розгалуженого типів, варіабельність загального стовщення пилкових зерен, індекси матрикальної гетерокарпії та гетероспермії у широкому розумінні, частота стрівальності гостро-клиноподібної форми сім’янки та тератологічної схізокотилії (для Pb) Cichorium intybus L.
11. Встановлено, що індекс аномальності анастомозної сітки листкової пластинки, частота стрівальності пилкових зерен з атиповою будовою лакун, частота стрівальності конічної форми сім’янки та товщина шару ендосперму (для Cd); кількість деформованих продихових комплексів, індекс скорочення полярного стовщення, варіабельність за формою пилкових зерен, товщина шару склеренхіми, частоти стрівальності деформованого або несформованого зародку та тератологічної синкотилії плодів (для Hg) Cichorium intybus L. є інформативними показниками блоку Cd–Hg.
12. Прояв індикаторного поліморфізму є видоспецифічним, що встановлено за будовою листкових пластинок Cichorium intybus L. та Plantago major L., ступенем дефектності пилку Cichorium intybus, Tripleurospermum inodorum (L.) Sch. Bip., Tanacetum vulgare L., Berteroa incana (L.) DC. та Echium vulgare L., індексами структурної пластичності плодів Cichorium intybus, Tripleurospermum inodorum, Tanacetum vulgare таін.; при цьому у різних видів рослин змінюються різні структури (елементи будови пилкових зерен Cichorium intybus, Reseda lutea L., Plantago major).
13. За встановленими тенденціями накопичення металів у ґрунтах Донбасу прогнозовано в наступні роки збільшення вмісту Cu, Zn та Hg, особливо у зонах, що не є центрами промислової діяльності, зменшення вмісту Pb у коренезаселеному шарі ґрунтів та прояв прямо або опосередковано залежних від цих процесів змін структурних трансформацій рослин-індикаторів.
Публікації автора:
Статті у фахових виданнях, затверджених у переліку ВАК України
Розробив методику, зібрав та проаналізував матеріал, зробив висновки, 70%.
Глухов А.З., Сафонов А.И. Подбор перспективных фитоиндикаторов металлопрессинга техногенно трансформированных территорий Донбасса // Зб. наук. праць Луган. нац. аграр. ун-ту. Сер. “Біол. науки”. – 2002. – №15(27). – С. 54-57.
Сформулював мету, провів експеримент, оформив роботу, 70%.
Сафонов А.І., Сюмка А.А., Хижняк Н.А. Взаємодії кадмію, кальцію та цинку в природних та модульованих фітосистемах // Наук. вісник “Сучасна екологія і проблеми сталого розвитку суспільства”. – Львів: Вид-во Укр. держ. лісотехн. ун-ту, 1999. – Вип. 9.11. – С. 103-109.
Провів експеримент та обробку даних, зробив висновки та узагальнення, 60%.
Остапко І.М., Сафонов А.І. Будова сім’янки Cichorium intybus L. в умовах техногенного середовища // Укр. ботан. журн. – 2001. – Т. 58, №2. – С. 195-199.
Сформулював мету, спланував експеримент, провів польові та лабораторні дослідження, зробив висновки, написав роботу, 70%.
Сафонов А.І. Гетерокарпічні тенденції сім’янок деяких представників Asteraceae Dum. під впливом металевого забруднення // Наук. вісник Ужгородського нац. ун-ту. Сер. Біол. – 2001. – №9. – С. 227-229.
Сафонов А.І. Індикаторна пластичність рослин в умовах металонавантаження: палінологічний аспект // Питання біоіндикації та екології. – 2002. – Вип. 7, №1. – С. 47-53.
Сафонов А.І. Індикаторна пластичність рослин в умовах металонавантаження: карпологічний аспект // Питання біоіндикації та екології. – 2002. – Вип. 7, №2-3. – С. 77-82.
Сафонов А.И. Структурный анализ статуса пыльцевых зерен фитоиндикаторов металлопрессинга // Межведомств. сб. науч. работ “Проблемы экологии и охраны природы техногенного региона”. – Донецк: Изд-во Донецк. нац. ун-та, 2002. – Вып. 2. – С. 66-68.
Safonov A.I. Correlation of the structural transformation indexes in plants under metal stress conditions // Вісник Львів. ун-ту. Серія біол. – 2002. – № 29. – C. 193-204.
Патенти
Пат. 53375 А UA, МКИ 7 А01G7/00. Спосіб визначення мутагенного ефекту важких металів: Деклараційний патент на винахід. – О.З. Глухов, Н.А. Хижняк, А.І. Сафонов. – № 2002053834; Заявл. 10.05.02; Опубл. 15.01.03. – Бюл. №1. – 3 с. Провів патентний пошук, розробив методику, зібрав та проаналізував матеріал, зробив висновки, оформив роботу, 80%.
Пат. 64340 А UA, МКИ 7 А01G7/00. Спосіб визначення локального ефекту токсичного впливу важких металів: Деклараційний патент на винахід. – О.З. Глухов, Н.А. Хижняк, А.І. Сафонов. – № 2003054453; Заявл. 19.05.03; Опубл. 16.02.04. – Бюл. №2. – 5 с. Розробив методику, зібрав та проаналізував матеріал, зробив висновки, оформив роботу, 80%.
Пат. 65772 А UA, МКИ 7 А01G7/00. Спосіб визначення забруднення ґрунтів важкими металами: Деклараційний патент на винахід. – О.З. Глухов, Н.А. Хижняк, А.І. Сафонов. – № 2003054433; Заявл. 19.05.03; Опубл. 15.04.04. – Бюл. №4. – 5 с. Розробив методику, зібрав та проаналізував матеріал, зробив висновки, оформив роботу, 80%.
Збірники наукових праць
Сафонов А.І. Специфіка акумуляції важких металів у фітосорбційній колонці Cichorium intybus L. при сумісному зростанні з іншими рослинами // Наук. вісник Уман. держ. пед. ун-ту ім. П. Тичини. Сер. Біологія. – К.: Наук. світ, 2000. – Вип. 3. – С. 92-98.
Сафонов А.И. Особенности локализации некоторых металлов-токсикантов в почвах северных промышленных узлов Донбасса // Сб. науч. тр. “Экологическая и техногенная безопасность”. – Харьков: Изд-во Харьк. ин-та соц. прогресса, 2000. – С. 131-135.
Сафонов А.И. Структурно-функциональная организация листа Cichorium intybus L. при избыточном содержании некоторых тяжелых металлов в почве // Тр. XXXIX Междунар. науч. конф. “Студент и научно-технический прогресс” (Новосибирск, 11-14 апреля 2001 г.). – Новосибирск: Изд-во Новосиб. гос. ун-та, 2001. – С. 15-21.
Сафонов А.И. Специфика локализации некоторых металлов в почвах северных промышленных узлов Донецкой области // Проблемы экологии. – 2003. – №1. – С. 36-47.
Матеріали та тези конференцій
Сафонов А.И. Фитоиндикационные исследования металлопрессинга в Донбассе // Тез. VII молодежной конф. ботаников в Санкт-Петербурге (СПб., 15-19 мая 2000 г.). – СПб.: Буслай, 2000. – С. 155.
Сафонов А.І. Паліноморфи Cichorium intybus L.: полютогенні трансформації та еволюційний аспект // Мат. конф. молодих вчених-ботаніків України “Актуальні проблеми ботаніки та екології” (Чернігів, Седнів, 13-16 вересня 2000 р.). – К.: Центр еколог. освіти та інформації, 2000. – С. 96.
Сафонов А.И. Видометаллоспецифичность и металловидогетерогенность фитотест-индикаторов поллютопрессинга // Тез. міжнар. конф. “Проблеми сучасної екології” (Запоріжжя, 20-22 вересня 2000 р.). – Запоріжжя: Вид-во Запор. держ. ун-ту, 2000. – С. 39.
Glukhov A.Z., Safonov A.I. Metalogenical phytotransformation on Donbass // XI Int. Symp. on Bioindicators “Problems of today in bioindication and biomonitoring” (Syktyvkar, 17-21 Sept., 2001). – Syktyvkar. – 2001. – P. 254-255.
Зібрав матеріал, провів експеримент, оформив роботу, 80%.
Glukhov A.Z., Safonov A.I. Structural plasticity of plants under a weak metallic stress // Int. Symp. “Plant under Environmental Stress” (Moscow, 23-28 Oct., 2001). – Moscow. – 2001. – P. 81-82.
Провів лабораторні та польові дослідження, зробив висновки, 80%.
Сафонов А.И. Гетерогенная металлочувствительность растений // Матеріали Всеукр. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених “Біорізноманіття природних і техногенних біотопів” (Донецьк, 19-22 листопада 2001 р.). – Донецьк: Вид-во Донецьк. нац. ун-ту, 2001 – С. 215-218.
Сафонов А.И. Трансформация пыльцевых зерен Reseda lutea L. как показатель степени металлопрессинга // Сб. тез. науч. конф. “Биология – наука ХХІ века” (Пущино, 20-24 мая 2002 г.). – Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та, 2002. – С. 164.
Safonov A.I. Testing of soil pollution with metals through plants // Int. Conf. “Soil biogeography” (Syktyvkar, 16-20 Sept., 2002). – Syktyvkar. – 2002. – P. 206.
Сафонов А.И.Tripleurospermum perforatum (Merat) M. Laipz – перспективный индикатор промышленного загрязнения среды // Докл. науч. конф. “Экологическая ботаника: наука, образование, прикладные аспекты” (Сыктывкар, 18-21 сентября 2002 г.). – Сыктывкар: Изд-во Сыкт. гос. ун-та, 2002. – С. 212-213.
Хижняк Н.А., Сафонов А.И. Шкалы структурной эколого-ботанической пластичности фитоиндикаторов металлопрессинга // Тез. докл. II Междунар. конф. по анатомии и морфологии растений (Санкт-Петербург, 14-18 октября 2002 г.). – СПб.: Б.и. – 2002. – С. 319-320.
Провів експеримент, аналітичну обробку результатів, написав роботу, 70%.
Safonov A.I. Possibility to create an algorithm of metallic pressure phytoindication // Мат. Міжнар. наук. конф. “Промислова ботаніка: стан та перспективи розвитку” (Донецьк, 17-19 вересня 2003 р.). – Донецьк: ТОВ “Лебідь”, 2003. – С. 78-79.
Сафонов А.І. Карполого-ембріологічна пластичність рослин в умовах посиленого металонавантаження // Мат. конф. молодих вчених-ботаніків України “Актуальні проблеми ботаніки та екології” (Одеса, 26-29 вересня 2003 р.). – Одеса: Вид-во Одеськ. нац. ун-ту, 2003. – С. 148-149.
