Long-term dynamics of epiphytic lichen communities in the vicinity of Karabash copper smelter

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The long-term (2001, 2010 and 2023) dynamics of the structure of epiphytic lichen communities on birch trunks were analyzed following the reduction of emissions from the Karabash Copper Smelter (Chelyabinsk Region, Russia). A survey conducted in 2023, seven years after emissions nearly ceased, revealed an increase in lichen species diversity in the background and buffer zones, partly due to the emergence of highly pollution-sensitive species. At the same time, the communities of the impact area are in a depressed state, dominated by toxic-tolerant species, whose abundance remained unchanged throughout the study period. The consistent increase in similarity between the buffer and background zones suggests that recovery has begun, though by the time of the study, it was confined to theless polluted areas.

About the authors

I. N. Mikhailova

Institute of Plant and Animal Ecology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: mikhailova@ipae.uran.ru
620144 Yekaterinburg, Russia

O. W. Purvis

The Natural History Museum

Email: mikhailova@ipae.uran.ru
London SW7 5BD, United Kingdom

I. V. Frolov

Institute Botanical Garden, Ural Branch, Russian Academy of Sciences; Komarov Botanical Institute, Russian Academy of Sciences

Email: mikhailova@ipae.uran.ru
620144 Yekaterinburg, Russia; 197022 Saint Petersburg, Russia

References

  1. Gunn J., Keller W., Negusanti J. et al. Ecosystem recovery after emission reductions: Sudbury, Canada // Water, Air, Soil Pollut. 1995. V. 85. № 3. P. 1783–1788.
  2. Черненькова Т.В., Кабиров Р.Р., Басова Е.В. Восстановительные сукцессии северотаежных ельников при снижении аэротехногенной нагрузки // Лесоведение. 2011. № 6. С. 49–66.
  3. Ярмишко В.Т., Горшков В.В., Лянгузова И.В., Баккал И.Ю. Экологический мониторинг лесных экосистем Кольского полуострова в условиях аэротехногенного загрязнения // Региональная экология. 2011. Т. 31. № 1–2. С. 21–29.
  4. Воробейчик Е.Л., Трубина М.Р., Хантемирова Е.В., Бергман И.Е. Многолетняя динамика лесной растительности в период сокращения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2014. № 6. С. 448–458. https://doi.org/10.7868/ S0367059714060158 [Vorobeichik E.L., Trubina M.R., Khantemirova E.V., Bergman I.E. Long-term dynamic of forest vegetation after reduction of copper smelter emissions // Russ. J. Ecol. 2014. V. 45. № 6. P. 498–507. https://doi.org/10.1134/S1067413614060150]
  5. Копцик Г.Н., Копцик С.В., Смирнова И.Е. и др. Реакция лесных экосистем на сокращение атмосферных промышленных выбросов в Кольской Субарктике // Журнал общ. биол. 2016. Т. 77. № 2. С. 145–163.
  6. Воробейчик Е.Л., Кайгородова С.Ю. Многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в верхних горизонтах почв в районе воздействия медеплавильного завода в период снижения его выбросов // Почвоведение. 2017. № 8. С. 1009– 1024. https://doi.org/10.7868/S0032180X17080135 [Vorobeichik E.L., Kaigorodova S. Yu. Long-term dynamics of heavy metals in the upper horizons of soils in the region of a copper smelter impacts during the period of reduced emission // Eurasian Soil Science. 2017. V. 50. № 8. P. 977–990. https://doi.org/10.1134/ S1064229317080130] S1064229317080130]
  7. Михайлова И.Н. Начальные этапы восстановления сообществ эпифитных лишайников после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2017. № 4. С. 277–281. [Mikhailova I.N. Initial stages of recovery of epiphytic lichen communities after reduction of emissions from a copper smelter // Russ. J. Ecol. 2017. V. 48. № 4. P. 277–281. https:// doi.org/10.1134/S1067413617030110]
  8. Трубина М.Р., Михайлова И.Н., Дьяченко А.П. Динамика сообществ криптогамных организмов на мертвой древесине после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2022. № 6. С. 421–429. https://doi.org/10.31857/ S0367059722060166 [Trubina M.R., Mikhailova I.N., Dyachenko A.P. Dynamics of communities of cryptogamic organisms on dead wood after reduction of the emissions from a copper smelter // Russ. J. Ecol. 2022. V. 53. № 6. P. 37–447. https://doi.org/10.1134/ S1067413622060169]
  9. Schram L.J., Wagner C., McMullin R.T., Anand M. Lichen communities along a pollution gradient 40 years after decommissioning of a Cu–Ni smelter // Environ. Sci. Pollut. Res. 2015. V. 22. № 12. P. 9323–9331. https://doi.org/10.1007/s11356-015-4088-4
  10. Комплексная экологическая оценка техногенного воздействия на экосистемы южной тайги / Под ред. Степанова А.М. М.: ЦЭПЛ, 1992. 246 с.
  11. Черненькова Т.В., Кабиров Р.Р., Механикова Е.В. и др. Демутация растительности после остановки медеплавильного комбината // Лесоведение. 2001. № 6. С. 31–37.
  12. Калабин Г.В., Моисеенко Т.И. Экодинамика техногенных провинций горнопромышленных производств: от деградации к восстановлению // Докл. РАН. 2011. Т. 437. № 3. С. 398–403.
  13. Purvis O.W., Chimonides P.J., Jones G.C. et al. Lichen biomonitoring near Karabash Smelter Town, Ural Mountains, Russia, one of the most polluted areas in the world // Proc. R. Soc. Lond. Ser. B: Biol. Sci. 2004. V. 271. № 1536. P. 221–226.
  14. Spiro B., Weiss D. J., Purvis O. W. et al. Lead isotopes in lichen transplants around a Cu smelter in Russia determined by MC-ICP-MS reveal transient records of multiple sources // Environmental Science and Technology. 2004. V. 38. Issue 24. P. 6522–6528. https://doi.org/10.1021/es049277f
  15. Williamson B.J., Purvis O.W., Mikhailova I.N. et al. The lichen transplant methodology in the source apportionment of metal deposition around a copper smelter in the former mining town of Karabash, Russia // Environmental Monitoring and Assessment. 2008. V. 141. P. 227–236. V. 141. P. 227–236. https://doi.org/10.1007/s10661-007-9890-0
  16. Усольцев В.А., Воробейчик Е.Л., Бергман И.Е. Биологическая продуктивность лесов Урала в условиях техногенного загрязнения: исследование системы связей и закономерностей. Екатеринбург: УГЛТУ, 2012. 365 с.
  17. Kozlov M.V., Zvereva E.L., Zverev V.E. Impacts of point polluters on terrestrial biota: Comparative analysis of 18 contaminated areas. Dordrecht: Springer, 2009. 466 c.
  18. Smorkalov I., Vorobeichik E. Does long-term industrial pollution affect the fine and coarse root mass in forests? Preliminary investigation of two copper smelter contaminated areas // Water, Air and Soil Pollution. 2022. V. 233. No. 2. Art. 55. https://doi.org/10.1007/s11270-022-05512-0
  19. Mikryukov V.S., Dulya O.V. Contamination induced transformation of bacterial and fungal communities in spruce – fir and birch forest litter // App. Soil Ecol. 2017. V. 114. P. 111–122. https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.03.003
  20. Herzig R., Urech M. Flechten als Bioindikatoren. Integriertes Biologisches Messsystem der Luftverschmutzung für das Schweizer Mittelland // Bibliotheca Lichenologica. 1991. Bd. 43. S. 1–283. eca Lichenologica. 1991. Bd. 43. S. 1–283.
  21. Михайлова И.Н., Микрюков В.С., Фролов И.В. Состояние сообществ эпифитных лишайников в условиях антропогенных нагрузок: влияние методов учета обилия на информативность показателей // Экология. 2015. № 6. С. 427–433. https://doi. org/10.7868/S0367059715060116 [Mikhailova I.N., Mikryukov V.S., Frolov I.V. State of epiphytic lichen communities under anthropogenic impact: Effect of abundance assessment methods on the informativity of indices // Russ. J. Ecol. 2015. V. 46. № 6. P. 531–536. https://doi.org/10.1134/S1067413615060119]
  22. Nimis P.L., Conti M., Martellos S. 2025. ITALIC 8.0, the information system on Italian lichens. URL: https://italic.units.it/index.php
  23. Михайлова И.Н. Динамика сообществ эпифитных лишайников в начальный период после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2020. № 1. С. 43–45. https://doi. org/10.31857/S0367059720010072 [Mikhailova I.N. Dynamics of epiphytic lichen communities in the initial period after reduction of emissions from a copper smelter // Russ. J. Ecol. 2020. V. 51. № 1. P. 38–45. https://doi.org/10.1134/S10 67413620010075]
  24. Rose F. Lichenological indicators of age and environmental continuity in woodlands // Lichenology: progress and problems. 1976. Т. 8. С. 279–307.
  25. Fritz O., Brunet J., Caldiz M. Interacting effects of tree characteristics on the occurrence of rare epiphytes in a Swedish boreal forest // Bryologist. 2009. V. 112. P. 488–505. https://doi.org/10.1639/0007-2745-112.3.488 https://doi.org/10.1639/0007-2745-112.3.488
  26. Brunialti G., Frati L., Aleffi M. et al. Lichens and bryophytes as indicators of old‐growth features in Mediterranean forests // Plant Biosystems – An International Journal Dealing with All Aspects of Plant Biology. 2010. V. 144. № 1. P. 221–233. https://doi.org/10.1080/11263500903560959
  27. Михайлова И.Н. Эпифитные лихеносинузии лесов Среднего Урала в условиях аэротехногенного загрязнения: Автореф. дис. … канд. биол. наук. Екатеринбург, 1996. 24 с.
  28. Johansson P., Rydin H., Thor G. Tree age relationships with epiphytic lichen diversity and lichen life history traits on ash in southern Sweden // Écoscience. 2007. V. 14. № 1. P. 81–91. https://doi.org/10.2980/1195–6860(2007)14[81:TAR- WEL]2.0.CO;2
  29. Lie M.H., Arup U., Grytnes J.A. Ohlson M. The importance of host tree age, size and growth rate as determinants of epiphytic lichen diversity in boreal spruce forests // Biodiversity Conservation. 2009. V. 18. P. 3579–3596. https://doi.org/10.1007/s10531-009-9661-z
  30. Ranius T., Johansson P., Berg N., Niklasson M. The influence of tree age and microhabitat quality on the occurrence of crustose lichens associated with old oaks // Journal of Vegetation Science. 2008. V. 19. P. 653–662. https://doi.org/10.3170/2008–8–18433
  31. Lawrey J.D. Biotic interactions in lichen community Development: a review // Lichenologist. 1991. V. 23. № 3. P. 205–214.
  32. Михайлова И.Н. Динамика границ распространения эпифитных макролишайников после снижения выбросов медеплавильного завода // Экология. 2022. № 5. С. 321–333. https://doi.org/10.31857/ S0367059722050080 [Mikhailova I.N. Dynamics of distribution boundaries of epiphytic macrolichens after reduction of emissions from a copper smelter // Russ. J. Ecol. 2022. V. 53. № 5. P. 335–346. https://doi.org/10.1134/S1067413622050083]. https://doi.org/10.1134/S1067413622050083].
  33. Beckett P.J. Lichens: sensitive indicators of improving air quality // Restoration and recovery of an industrial region / Ed. Gunn J.M. New York: Springer, 1995. P. 81–92.
  34. Mikhailova I., Mikryukov V. Lichen recovery in a formerly polluted area: the importance of bark properties for soredia survival // The Lichenologist. 2024. V. 56. № 4. P. 175–182. https://doi.org/10.1017/S0024282924000173
  35. Трубина М.Р., Нестеркова Д.В. Роль гетерогенности среды в распространении видов сосудистых растений в период высоких и низких выбросов медеплавильного завода // Сибирский экологич. журн. 2024. № 1. С. 170–185. https://doi.org/10.15372/SEJ20240114
  36. Василенко В.Н., Назаров Н.М., Фридман Ш.О. Мониторинг загрязнения снежного покрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 180 с.
  37. Williamson B.J., Mikhailova I., Purvis O.W., Udachin V. SEM-EDX analysis in the source apportionment of particulate matter on Hypogymnia physodes lichen transplants around the Cu smelter and former mining town of Karabash, South Urals, Russia // Science of the Total Environment. 2004. V. 322. Issues 1–3. P. 139–154.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).