Роль мелких млекопитающих в формировании биогенных циклов химических элементов в наземных экосистемах

УДК 599.323.43 + 504.054:615.9

С. В. Мухачева, В. С. Безель

Институт экологии растений и животных УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия,
E-mail: msv@ipae.uran.ru, bezel@ipae.uran.ru

Ключевые слова:Clethrionomys glareolus, численность, тяжелые металлы, трансфер

Role of small mammals in forming biogenous cycles
of chemical elements in terrestrial ecosystems

S. V. Mukhacheva, V. S. Bezel’

Institute of Plant and Animal Ecology of the Ural Branch of RAS, Ekaterinburg, Russia,
E-mail: msv@ipae.uran.ru, bezel@ipae.uran.ru

Key words: Clethrionomys glareolus, number, heavy metals, transfer

Мелкие млекопитающие в силу их интенсивного метаболизма потребляют большое количество пищи. Потоки химических элементов через популяции этих животных являются основной формой их участия в круговороте веществ, реализуемой через накопление химических элементов в биомассе зверьков («животный опад»), а также благодаря транзиту элементов в составе корма через их желудочно-кишечный тракт. Химическое загрязнение среды не только увеличивает содержание токсических элементов в природных объектах, но и, в силу антропогенной трансформации природных биогеоценозов и изменения качества местообитаний, влияет на интенсивность и состав биогенных циклов. В результате изменяется исходное фоновое распределение химических элементов, отражающее деформацию биогенных потоков, контролируемых животными.

Рассмотрено участие населения рыжей полевки (Clethrionomys glareolus Shreber, 1780) – доминантного в изучаемых сообществах мелких млекопитающих вида – в формировании транзитных потоков химических элементов в условиях подзоны южной тайги. В окрестностях мощного источника выбросов тяжелых металлов (медеплавильный комбинат на Среднем Урале) выделены различные по степени химического загрязнения зоны: импактная (расстояние 1–2 км), буферная (3–5 км) и фоновая для регионального уровня (свыше 20 км). Для оценки транзитных потоков некоторых элементов (Zn, Cu, Pb, Cd) через популяции рыжих полевок были определены концентрации поллютантов в содержимом желудочно-кишечного тракта и объем (в пересчете на сухой вес) суточного потребления корма (табл. 1).

Таблица 1. Средние концентрации металлов в желудочно-кишечном тракте
рыжих полевок (Clethrionomys glareolus) в разных зонах токсической нагрузки
(медеплавильный комбинат на Среднем Урале) и объем потребляемого корма

Металл

Зоны химического загрязнения

фоновая (20 км)

буферная (4 км)

импактная (2 км)

импактная (1 км)

Свинец, мкг/г сухого веса

M±m

n

10,36±0,74*

275

36,73±2,93*

170

51,46±5,44*

94

81,86±10,47*

44

Кадмий, мкг/г сухого веса

M±m

n

1,69±0,13*

288

3,79±0,26*

182

6,30±0,43*

97

5,03±0,44*

46

Цинк, мкг/г сухого веса

M±m

n

100,41±3,43*

281

197,39±17,80*

176

223,80±13,33*

96

252,91±17,30*

45

Медь, мкг/г сухого веса

M±m

n

20,87±0,94*

288

134,20±11,30*

180

194,54±17,08

96

307,98±33,80*

45

Потребление корма, г/сут.

3,27

3,20

3,13

3,13

Примечание: * – достоверность различия между зонами р < 0,001.

Кроме отмеченного увеличения концентраций металлов в рационах, химическая деградация природной среды ведет к снижению численности животных. В естественных условиях подзоны южной тайги обилие некоторых видов мелких млекопитающих может изменяться в десятки раз, соответственно влияя на интенсивность контролируемого ими биогенного обмена химических элементов.

Численность зверьков в бесснежный период оценивали в течение 9 лет на основании данных регулярных отловов (май, июль, сентябрь). Отработано около 40 тыс. ловушко–суток, отловлено более 1400 особей рыжей полевки. В таблице 2 приведены данные по абсолютной численности зверьков (особей на га), рассчитанные по методике А. Д. Бернштейн с соавторами (1995), и транзитные потоки металлов, ежесуточно проходящие через популяции рыжей полевки в течение вегетационного сезона в трех зонах токсической нагрузки.

Таблица 2. Численность населения рыжей полевки (Clethrionomys glareolus)
в градиенте загрязнения среды (медеплавильный комбинат на Среднем Урале)
на разных фазах популяционного цикла и транзитные потоки металлов, 1990–1998 гг.

Показатель

Зона токсической нагрузки

фоновая

буферная

импактная

Абсолютная численность, особей/га

Депрессия (1990,   1993, 1996)

4,40±0,97

3,80±0,57

3,10±0,57

Рост (1991, 1994,   1997)

11,80±3,48

6,00±0,73

4,90±0,88

Пик (1992, 1995,   1998)

22,70±5,95

7,90±1,72

6,90±1,95

Транзитный поток меди, мг/га в сутки

Депрессия (1990,   1993, 1996)

0,30±0,07

1,70±0,26

2,49±0,46

Рост (1991, 1994,   1997)

0,81±0,24

2,66±0,32

3,95±0,71

Пик (1992, 1995,   1998)

1,55±0,41

3,53±0,76

5,55±1,52

Транзитный поток цинка, мг/га в сутки

Депрессия (1990,   1993, 1996)

1,44±0,33

2,42±0,36

2,37±0,44

Рост (1991, 1994,   1997)

3,93±1,15

3,78±0,46

3,75±0,67

Пик (1992, 1995,   1998)

7,54±1,98

5,01±1,09

5,28±1,49

Транзитный поток свинца, мг/га в сутки

Депрессия (1990,   1993, 1996)

0,14±0,03

0,46±0,07

0,62±0,11

Рост (1991, 1994,   1997)

0,38±0,11

0,73±0,09

0,98±0,18

Пик (1992, 1995,   1998)

0,74±0,19

0,96±0,21

1,38±0,39

Транзитный поток кадмия, мг/га в сутки

Депрессия (1990,   1993, 1996)

0,02±0,005

0,05±0,01

0,07±0,01

Рост (1991, 1994,   1997)

0,07±0,02

0,07±0,01

0,11±0,02

Пик (1992, 1995,   1998)

0,13±0,03

0,10±0,02

0,15±0,04

 

В градиенте химического загрязнения отмечено закономерное увеличение общего транзита элементов через животное население на всех фазах популяционного цикла.

Средние (за годы наблюдений) оценки обилия полевок показали, что в зависимости от фазы динамики численности этот показатель может меняться на фоновой территории более чем в 5 раз, а на загрязненных участках лишь в 2,2 раза. Ограниченное колебание численности зверьков на химически деградированном участке, отмеченное и другими авторами (Лукьянова, Лукьянов, 1998), неизбежно отражается на вариабельности общего потока элементов через популяции мелких млекопитающих. Если на фоновой территории, например, поток цинка через желудочно-кишечный тракт полевок может изменяться с 7,54 мг/га за сутки в период пика численности до 1,44 мг/га при депрессии, то на импактных участках поток этого элемента в соответствующие годы изменяется лишь с 5,55 до 2,49 мг/га.

В градиенте загрязнения интегральный поток химических элементов через желудочно-кишечный тракт животных определяется, с одной стороны, возрастающей концентрацией поллютантов в объектах внешней среды, с другой – динамикой численности зверьков. Например, увеличение концентрации меди в рационе зверьков на импактном участке почти в 15 раз по сравнению с фоновым сопровождается при депрессии лишь 8-кратным увеличением потока этого элемента на тех же участках. На фазе роста численности и ее максимума это увеличение общего транзита меди через желудочно-кишечный тракт зверьков в градиенте загрязнения составляет лишь 4,5 и 3,7 раза соответственно. Аналогичное по сравнению с возрастающей концентрацией металлов в рационе ограничение их транзита имеет место и для других элементов.

Таким образом, вызванная химическим загрязнением среды деформация биогенных потоков, контролируемых мелкими млекопитающими, обусловлена не только повышенным поступлением металлов с пищевыми рационами, но и в значительной степени деградацией среды, приводящей к ухудшению качества местообитаний для данного вида и связанному с этим существенному снижению численности населения.

Если транзитные потоки химических элементов через желудочно-кишечный тракт животных–фитофагов рассматривать в качестве одного из факторов стабильности наземных биогеоценозов, то возрастание этих потоков при химическом загрязнении природных систем выступает как фактор их дестабилизирующий. При таком подходе роль популяций мелких млекопитающих сводится к ограничению включения в биогенные циклы избыточных количеств химических элементов, часто выступающих в качестве токсикантов. Подобная барьерная функция таких популяций фитофагов при токсическом загрязнении среды защищает животных высших трофических уровней.


Zoocenosis — 2005
 Біорізноманіття та роль зооценозу в природних і антропогенних екосистемах: Матеріали ІІІ Міжнародної наукової конференції. – Д.: Вид-во ДНУ, 2005. – С. 488-490.

Розповісти колегам:

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