Химическое загрязнение среды: микроэлементный состав тканей и пищевых рационов мелких млекопитающих различных трофических уровней

УДК 504.054:615.9+599.323.43

В. С. Безель*, К. П. Куценогий**, С. В. Мухачева*,
Т. И. Савченко**, О. В. Чанкина**

*Институт экологии растений и животных УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия,
E-mail: bezel@ipae.uran.ru
**Институт химической кинетики и горения СО РАН, г. Новосибирск, Россия,
E-mail: koutsen@ns.kinetics.nsc.ru

Ключевые слова: мультиэлементный анализ, химическое загрязнение среды, мелкие млекопитающие

ENVIRONMENTal CHEMICAL POLLUTION:
MICROELEMENT STRUCTURE OF tissues AND DIETS
OF small MAMMALs at VARIOUS TROPHIC LEVELS

V. S. Bezel*, K. P. Kutsenogij**, S. V. Mukhacheva*,
Т. I. Savchenko**, O. V. Chankina**

*Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of RAS, Ekaterinburg, Russia,
E-mail: bezel@ipae.uran.ru
**Institute of Chemical Kinetics and Combustion, Novosibirsk of SB RAS , Russia,
E-mail: koutsen@ns.kinetics.nsc.ru

Key words: multiple element analysis, chemical pollution, small mammals

Распределенные химических элементов в объектах окружающей среды – важнейшее природное явление, отражающее интенсивность глобальных и региональных биогеохимических циклов. Известно, что природные системы и живые организмы более чем на 99 % образованы из 15–20 основных химических элементов. Остальные, определяемые В. И. Вернадским (1954) как рассеянные элементы, несмотря на малые концентрации, обладают высокой геохимической активностью, а масштабы их обмена в природных средах огромны.

Следует говорить о нескольких уровнях биогеохимических циклов. По выражению В. М. Гольдшмидта (1938), растения, подобно геохимическому насосу, «перекачивают» макро- и микроэлементы из почвы в биологический круговорот. При этом на различных трофических уровнях имеет место своеобразный «геохимический отбор» (по В. В. Добровольскому, 1983), определяемый неодинаковой биологической доступностью форм химических соединений, избирательностью процессов поглощения химических элементов и их соединений на каждом уровне.

Известно, что концентрации химических элементов в организмах растительноядных и плотоядных наземных животных не совпадают с их уровнями в почвах и растительности. Особенности химического состава растений и животных дают своего рода биогеохимический портрет отдельных природных и техногенных экосистем, отражающий их биогеохимическое своеобразие (Лебедева, 1999).

Рассмотрено содержание 17 химических элементов (K, Ca, Fe, Cr, Mn, Zn, Ti, Pb, Cu, Br, Rb, Sr, Ni, Y, As, V, Co) в кормовых объектах и печени мелких млекопитающих разной пищевой специализации, совместно обитающих на химически загрязненных и ненарушенных территориях. В качестве объектов исследования использованы животные двух видов: преимущественно растительноядная рыжая полевка (Clethrionomys glareolus Schreber, 1780) и насекомоядная средняя бурозубка (Sorex caecutiens Laxmann, 1788). Отловы давилками проводили в июле 2004 г. в непосредственной близости (1–2 км) от крупного медеплавильного комбината (Средний Урал) и на фоновой территории (в 30 км). Концентрации элементов в образцах определяли методом рентгенофлуоресцентного анализа в Институте химической кинетики и горения СО РАН.

Отмеченный выше «геохимический отбор» микроэлементов мелкими млекопитающими различных трофических уровней может быть оценен при сравнении их концентраций в рационах и тканях. Многокомпонентный состав и объем пищевых рационов животных трудно поддается учету, поэтому для анализа спектра элементов, поступающих в организмы с кормом, мы рассматривали их концентрации в содержимом желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) зверьков.

Установлено, что у обоих видов уровни большинства элементов изменяются в интервале от 10 до 1000 мкг/г сухого веса (табл. 1).

Таблица 1. Диапазон концентраций химических элементов
в кормовых объектах мелких млекопитающих на фоновой территории, Средний Урал, 2004 г.

Концентрация элемента,
мкг/г сухого веса

Изученный вид

Рыжая полевка

Средняя бурозубка

0,1–1,0

V, Co,   As

Co

1,0–10

Y

V, As, Y

10–100

Pb, Cu, Ti, Ni, Br, Rb, Sr

Pb, Cu, Ni, Br, Rb, Sr

100–1000

Zn, Cr, Mn, Fe

Zn, Cr, Mn, Ti

1000–10000

Ca

Ca, Fe

> 10000

K

K

 

В градиенте химического загрязнения среды обитания концентрации Fe, Cr, Cu, Br, As в рационе полевок достоверно возрастают (p < 0,05–0,01). Аналогичные изменения концентраций в кормовых объектах насекомоядных зарегистрированы для Cr, Zn, Cu, Sr (p < 0,01).

Следует заметить, что на фоновых участках в рационах рыжих полевок концентрации практически всех элементов были ниже, чем в рационах бурозубок. Максимальные различия отмечены для Ti, Fe, V, Co, Pb, As, Zn, Cr, Br, Cu, Ca, Mn. Лишь концентрации Ni, K и Rb в кормовых объектах бурозубок были ниже уровней, обнаруженных в корме полевок. Характерно, что на химически загрязненных участках закономерность обратная: содержание элементов в рационе растительноядных лесных полевок достоверно выше, чем у насекомоядных бурозубок (p < 0,05).

Полученные данные свидетельствуют о том, что у плотоядных животных, населяющих загрязненные участки, на уровне рациона имеет место ограниченное по сравнению с питанием полевок включение большинства элементов в биогенные циклы. Такая барьерная функция рациона бурозубок, вероятно, связана в первую очередь с изменениями кормового спектра. Так, например, в импактной зоне полностью отсутствует такой компонент питания как дождевые черви.

Барьерная функция проявляется также в процессах всасывания химических элементов через стенку ЖКТ. В качестве депонирующего органа, отражающего общее накопление металлов в организмах мелких млекопитающих, рассмотрены уровни элементов в печени зверьков (табл. 2). При отмеченном у фитофагов возрастании на загрязненных территориях содержания в рационе Pb, Fe, Cr, Br, As, Co в 4–8 раз, концентрации этих элементов в печени зверьков на загрязненных участках возросли только в 1,5–2,0 раза.

Таблица 2. Концентрация элементов в печени мелких млекопитающих (мкг/г сухого веса), обитающих на фоновых (А) и химически загрязненных (Б) территориях,
Средний Урал, 2004 г.

Изученный элемент

Рыжая полевка

Средняя бурозубка

А

Б

А

Б

Свинец

2,55±0,19

4,64±0,27

3,14±0,59

20,83±4,14

Мышьяк

0,22±0,02

2,26±0,49

1,98±0,49

0,75±0,33

Никель

0,64±0,07

0,63±0,14

0,37±0,14

0,49±0,12

Кобальт

0,19±0,02

0,43±0,07

0,36±0,07

0,42±0,05

Хром

7,25±0,69

10,80±1,46

10,98±1,46

27,85±9,56

Железо

497,50±69,72

1296,50±271,38

1052,90±271,38

1379,20±243,99

Медь

12,70±0,73

13,51±0,50

14,69±0,50

18,08±1,13

Цинк

102,93±2,25

99,81±2,30

81,83±2,30

85,46±1,55

 

У плотоядных подобная дискриминация в накоплении химических элементов менее выражена. Изменение пищевого спектра, вызванное интенсивным загрязнением, имеет следствием обеднение рациона бурозубок микроэлементами по сравнению с фоновыми значениями (Ti, Br, Rb, V, Y, As), лишь содержание свинца возросло в 2,6 раза, меди – в 2,8. Это определяет отсутствие значительных различий в концентрациях химических элементов в печени зверьков на фоновой и загрязненной территориях. Исключение составляет свинец, концентрация которого у бурозубок возросла в 6,6 раза.

Таким образом, наличие в системе трофических уровней (растения–продуценты, животные фитофаги и плотоядные) нескольких этапов, ограничивающих включение в биогенный обмен избыточных количеств микроэлементов, следует рассматривать в качестве адаптационной системы биоценотического уровня, стабилизирующей биогенный обмен химических элементов в биоценозе.


Zoocenosis — 2005
 Біорізноманіття та роль зооценозу в природних і антропогенних екосистемах: Матеріали ІІІ Міжнародної наукової конференції. – Д.: Вид-во ДНУ, 2005. – С. 457-460.

Розповісти колегам:

Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники