Ulyanovsk Medico-biological Journal

BIOLOGICAL SCIENCES

Download article

DOI 10.34014/2227-1848-2024-1-105-114

DYNAMICS OF HEAVY METAL ACCUMULATION IN TROPHIC LEVELS OF FOREST ECOSYSTEMS

B.P. Churakov1, U.P. Zyryanova2, R.A. Zagidullin1, T.A. Paramonova1, N.A. Mitrofanova1, A.V. Mikheeva1

1 Ulyanovsk State University, Ulyanovsk, Russia;

2 Ulyanovsk Branch of Russian Presidential Academy of National Economy and Public Administration, Ulyanovsk, Russia

 

The aim of the study is to examine the accumulation of heavy metals (HMs) in trophic levels (soil, wood, tree leaves and fungi of various evolutionary origin) of forest ecosystems.

Materials and Methods. The authors examined soil, wood, leaves and fungi in forests with different anthropogenic load intensity. The collecting grounds were selected according to forest management materials. In total, 26 grounds were examined. Sampling of soil and fungi of various trophic levels was carried out on different substrates, in different forest conditions and under different levels of technogenic impact. Leaf and wood samples were taken from phytopathogen-affected and healthy trees. Chemical sample analysis was carried out using a Kvant atomic absorption spectrophotometer.

Results. The total heavy metal content in fungi is higher than in wood, but lower than in soil. The total heavy metal content in leaves of Norway maple affected by Rhytisma acerinum is higher compared to the leaves from heathy trees. Iron predominates among the heavy metals found in the fungi under consideration; cadmium content is minimal.

Conclusion. The largest amount of accumulated heavy metals was found in the fruiting bodies of the facultative saprotroph, and the smallest amount was in the bodies of the facultative parasite. The forest type and growing conditions affect the heavy metal content in ecosystems.

Key words: ecological groups of fungi, heavy metals, soil, wood, leaves, facultative saprotrophs, facultative parasites.

 

Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.

Author contributions

Research concept and design: Churakov B.P., Zyryanova U.P.

Literature search, participation in the research study, data processing: Zyryanova U.P., Zagidullin R.A., Paramonova T.A., Mitrofanova N.A., Mikheeva A.V.

Statistical data processing: Churakov B.P., Zyryanova U.P.

Data analysis and interpretation: Churakov B.P., Zyryanova U.P.

Text writing and editing: Churakov B.P., Zyryanova U.P., Paramonova T.A.

 

References

  1. Bryndina E.V. Deystvie vybrosov medeplavil'nogo zavoda na soobshchestva ksilotrofnykh bazidiomitsetov yuzhnoy taygi [The effect of emissions from a copper smelter on xylotrophic basidiomycete communities in southern taiga]. Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal. 2000; 6: 679–684 (in Russian).

  2. Churakov B.P. Predstaviteli mikobioty kak indikatory zagryazneniya pochv tyazhelymi metallami [Mycobiota representatives as indicators of soil contamination with heavy metals]. Uchenye zapiski UlGU. Ser. Ekologiya. 2000; 1 (2): 101–105 (in Russian).

  3. Chauhan D. Potential of Agaricus bisporus for bioremediation of different heavy metals. Journal of Chemical, Biologikal, Physical and Science Security. 2014; 4 (1): 338–341.

  4. Dan N. Heavy metal biosorption by mushrooms. Natural Product Radiance. 2005; 4 (5): 454–459.

  5. Gordeeva I.V. Issledovaniya vliyaniya zagryazneniya substrata tyazhelymi metallami na razmery plodovykh tel gribov v gorodskikh ekosistemakh [Study of substrate heavy metal contamination on the size of fungi fruiting bodies in urban ecosystems]. Biologiya, sistematika i ekologiya gribov v prirodnykh ekosistemakh i agrofitotsenozakh: materialy II Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii, g. Minsk – d. Kamenyuki, 20–23 sentyabrya 2016 g [Biology, systematics and ecology of fungi in natural ecosystems and agrophytocenoses: Proceedings of the 2nd International Scientific Conference, Minsk – Kamenyuki village, September 20–23, 2016]. Minsk: Kolorgrad; 2016: 79–83 (in Russian).

  6. Ivanov A.I. Akkumulyatsiya tyazhelykh metallov i mysh'yaka bazidiomami makromitsetov razlichnykh ekologo-troficheskikh i sistematicheskikh grupp [Accumulation of heavy metals and arsenic by basidiomas of macromycetes of various ecological-trophic and systematic groups]. Povolzhskiy ekologicheskiy zhurnal. 2008; 3: 190–199 (in Russian).

  7. Shirokikh I.G. Nakoplenie tyazhelykh metallov bazidiomitsetami raznykh ekologo-troficheskikh grupp v urboekosisteme [Accumulation of heavy metals by basidiomycetes of different ecological and trophic groups in the urban ecosystem]. Biologiya, sistematika i ekologiya gribov v prirodnykh ekosistemakh i agrofitotsenozakh: materialy II Mezhdunarodnoy nauchnoy konferentsii, g. Minsk – d. Kamenyuki, 20–23 sentyabrya 2016 g [Biology, systematics and ecology of fungi in natural ecosystems and agrophytocenoses: Proceedings of the 2nd International Scientific Conference, Minsk – Kamenyuki village, September 20–23, 2016]. Minsk: Kolorgrad; 2016: 292–296 (in Russian).

  8. Andriaensen K. Copper – adapter Suillus luteus, a symbiotic solution for pines colonizing Cu mine spoils. Applied and Environmental Microbiology. 2005; 71 (11): 7279–7284.

  9. Kalac P. Content of cadmium and mercury in edible mushrooms. Journal of Applied Biomedicine. 2004; 2: 15–20.

  10. Il'in V.D. O biogennom nakoplenii makro- i mikroelementov v profile chernozemov i dernovo-podzolistykh pochv [Biogenic accumulation of macro- and microelements in the profile of black earth and soddy podzolic soils]. Izvestiya SO AN SSSR. Seriya biologicheskikh nauk. 1985; 3: 20–25 (in Russian).

  11. Il'in V.D. Tyazhelye metally v sisteme pochva-rastenie [Heavy metals in the soil-plant system]. Novosibirsk: Nauka; 1991. 115 (in Russian).

  12. Korolev Yu.V. Akkumulyatsiya tyazhelykh metallov lesnymi gribami v Kaliningradskoy oblasti [Accumulation of heavy metals by wild mushrooms in the Kaliningrad region]. Vestnik Baltiyskogo federal'nogo universiteta im. Kanta. 2014; 1: 78–85 (in Russian).

  13. Poddubnyy A.V. Otsenka kachestva sredy po soderzhaniyu tyazhelykh metallov v openke osennem Armillaria mellea [Assessment of environmental quality based on the content of heavy metals in Armillaria mellea]. Mikologiya i fitopatologiya. 1999; 33 (4): 271–274 (in Russian).

Received April 18, 2023; accepted January 28, 2024.

 

Information about the authors

Churakov Boris Petrovich, Doctor of Sciences (Biology), Professor, Chair of Forestry, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-3278-7744

Zyryanova Ul'yana Petrovna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Economics and Public Administration, Ulyanovsk Branch of Russian Presidential Academy of National Economy and Public Administration. 432071, Russia, Ulyanovsk, Koryukin St., 20; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0820-2961

Zagidullin Robert Anvarovich, Postgraduate Student, Chair of Forestry, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4436-9363

Paramonova Tat'yana Anatol'evna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Forestry, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0009-0008-9463-0017

Mitrofanova Natal'ya Aleksandrovna, Candidate of Sciences (Biology), Associate Professor, Chair of Forestry, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0008-8620-443X

Mikheeva Anastasiya Vyacheslavovna, Student, Medical Department, Ulyanovsk State University. 432017, Russia, Ulyanovsk, L. Tolstoy St., 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0009-0008-8604-0463

 

For citation

Churakov B.P., Zyryanova U.P., Zagidullin R.A., Paramonova T.A., Mitrofanova N.A., Mikheeva A.V. Dinamika nakopleniya tyazhelykh metallov v troficheskikh tsepyakh lesnykh ekosistem [Dynamics of heavy metal accumulation in trophic levels of forest ecosystems]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2024; 1: 105–114. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-1-105-114 (in Russian).

Скачать статью

УДК 630*443.3

DOI 10.34014/2227-1848-2024-1-105-114

ДИНАМИКА НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТРОФИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ ЛЕСНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Б.П. Чураков1, У.П. Зырянова2, Р.А. Загидуллин1, Т.А. Парамонова1, Н.А. Митрофанова1, А.В. Михеева1

1 ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет», г. Ульяновск, Россия;

2 Ульяновский филиал ФГБОУ ВО «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации», г. Ульяновск, Россия

 

Цель. Изучение накопления тяжелых металлов (ТМ) в трофических цепях (почва, древесина, листья древесных пород и грибы различных эволюционных групп) лесных экосистем.

Материалы и методы. Материалом для исследования служили почва, древесина, листья и грибы в лесах с различным уровнем антропогенной нагрузки. Отбор участков осуществлялся по материалам лесоустройства. Обследовано 26 участков, на которых производился отбор проб грибов различных эколого-трофических групп, на различных субстратах, в разных лесорастительных условиях и с различным уровнем техногенного воздействия, а также забор проб почвы. Пробы листьев и древесины забирались с пораженных фитопатогенами и здоровых деревьев. Химический анализ проб проводился с использованием атомно-абсорбционного спектрофотометра «Квант».

Результаты. Суммарное содержание ТМ в грибах выше, чем в древесине, но ниже, чем в почве. Суммарное содержание ТМ в листьях клена остролистного, пораженного черной пятнистостью, выше по сравнению со здоровыми листьями. Среди ТМ в исследуемых грибах преобладает железо, кадмия содержится минимальное количество.

Выводы. Наибольшее количество накопленных ТМ было обнаружено в плодовых телах факультативного сапротрофа, а наименьшее – в телах факультативного паразита. Тип леса и лесорастительные условия влияют на содержание ТМ в экосистемах.

Ключевые слова: экологические группы грибов, тяжелые металлы, почва, древесина, листья, факультативные сапротрофы, факультативные паразиты.

 

Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Концепция и дизайн исследования: Чураков Б.П., Зырянова У.П.

Литературный поиск, участие в исследовании, обработка материала: Зырянова У.П., Загидуллин Р.А., Парамонова Т.А., Митрофанова Н.А., Михеева А.В.

Статистическая обработка данных: Чураков Б.П., Зырянова У.П.

Анализ и интерпретация данных: Чураков Б.П., Зырянова У.П.

Написание и редактирование текста: Чураков Б.П., Зырянова У.П., Парамонова Т.А.

 

Литература

  1. Брындина Е.В. Действие выбросов медеплавильного завода на сообщества ксилотрофных базидиомицетов южной тайги. Сибирский экологический журнал. 2000; 6: 679–684.

  2. Чураков Б.П. Представители микобиоты как индикаторы загрязнения почв тяжелыми металлами. Ученые записки УлГУ. Сер. Экология. 2000; 1 (2): 101–105.

  3. Chauhan D. Potential of Agaricus bisporus for bioremediation of different heavy metals. Journal of Chemical, Biologikal, Physical and Science Security. 2014; 4 (1): 338–341.

  4. Dan N. Heavy metal biosorption by mushrooms. Natural Product Radiance. 2005; 4 (5): 454–459.

  5. Гордеева И.В. Исследования влияния загрязнения субстрата тяжелыми металлами на размеры плодовых тел грибов в городских экосистемах. Биология, систематика и экология грибов в природных экосистемах и агрофитоценозах: материалы II Международной научной конференции, г. Минск – д. Каменюки, 20–23 сентября 2016 г. Минск: Колорград; 2016: 79–83.

  6. Иванов А.И. Аккумуляция тяжелых металлов и мышьяка базидиомами макромицетов различных эколого-трофических и систематических групп. Поволжский экологический журнал. 2008; 3: 190–199.

  7. Широких И.Г. Накопление тяжелых металлов базидиомицетами разных эколого-трофических групп в урбоэкосистеме. Биология, систематика и экология грибов в природных экосистемах и агрофитоценозах: материалы II Международной научной конференции, г. Минск – д. Каменюки, 20–23 сентября 2016 г. Минск: Колорград; 2016: 292–296.

  8. Andriaensen K. Copper – adapter Suillus luteus, a symbiotic solution for pines colonizing Cu mine spoils. Applied and Environmental Microbiology. 2005; 71 (11): 7279–7284.

  9. Kalac P. Content of cadmium and mercury in edible mushrooms. Journal of Applied Biomedicine. 2004; 2: 15–20.

  10. Ильин В.Д. О биогенном накоплении макро- и микроэлементов в профиле черноземов и дерново-подзолистых почв. Известия СО АН СССР. Серия биологических наук. 1985; 3: 20–25.

  11. Ильин В.Д. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука; 1991. 115.

  12. Королев Ю.В. Аккумуляция тяжелых металлов лесными грибами в Калининградской области. Вестник Балтийского федерального университета им. Канта. 2014; 1: 78–85.

  13. Поддубный А.В. Оценка качества среды по содержанию тяжелых металлов в опенке осеннем Armillaria mellea. Микология и фитопатология. 1999; 33 (4): 271–274.

Поступила в редакцию 18.04.2023; принята 28.01.2024.

 

Авторский коллектив

Чураков Борис Петрович – доктор биологических наук, профессор кафедры лесного хозяйства, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0000-0003-3278-7744

Зырянова Ульяна Петровна – кандидат биологических наук, доцент кафедры экономики и государственного управления, Ульяновский филиал ФГБОУ ВО «Российская академия народного хозяйства и государственной службы при Президенте Российской Федерации». 432071, Россия, г. Ульяновск, ул. Корюкина, 20; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-0820-2961

Загидуллин Роберт Анварович – аспирант кафедры лесного хозяйства, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0000-0003-4436-9363

Парамонова Татьяна Анатольевна – кандидат биологических наук, доцент кафедры лесного хозяйства, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0009-0008-9463-0017

Митрофанова Наталья Александровна – кандидат биологических наук, доцент кафедры лесного хозяйства, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: https://orcid.org/0009-0008-8620-443X

Михеева Анастасия Вячеславовна – студентка медицинского факультета, ФГБОУ ВО «Ульяновский государственный университет». 432017, Россия, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42; e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it., ORCID ID: http://orcid.org/0009-0008-8604-0463

 

Образец цитирования

Чураков Б.П., Зырянова У.П., Загидуллин Р.А., Парамонова Т.А., Митрофанова Н.А., Михеева А.В. Динамика накопления тяжелых металлов в трофических цепях лесных экосистем. Ульяновский медико-биологический журнал. 2024; 1: 105–114. DOI: 10.34014/2227-1848-2024-1-105-114.