Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Микроэлементный состав биоты заповедных экосистем Западного Тянь-Шаня как показатель воздействия антропологического загрязнения (на примере животных Чаткальского биосферного заповедника)

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Микроэлементный состав биоты заповедных экосистем Западного Тянь-Шаня как показатель воздействия антропологического загрязнения (на примере животных Чаткальского биосферного заповедника)"

РосиЯская Академия наух Институт проблем экологии и эволюции инени А.Н. Севарцова

На правам рукописи УДК 550.4 + 591.5

Блакберн Андрей Альфредович

ИИКРОЭЛЕНЕНТНЫЙ СОСТАВ БИОТЫ ЗАПОВЕДНЫХ ЭКОСИ ЗАПАДНОГО

ТЯНЬ-ШАНЯ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ВОЗДЙЕСТВИЯ АИТРОПС « ЗАГРЯЗНЕНИЯ

(НА ПРИМЕРЕ ЖИВОТНЫХ ЧАТКАЛЬСКОГО БИОСФЕ' .ПП^ДНИКА)

Специальность 03. Об. 16 - » ^логия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1996

Работа выполнена'в Лаборатории биоиндикации Института проблем экологии и эволюции ни. А.Н. Северцова РАН

Научный руководитель - д.б.н. А.Д. Покаржевсхий

Официальны« оппоненты: доктор биологических наук В.Н. Орлов

кандигат биологических наук O.A. Леонтьева

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт охраны природы и заповедного дела

Защита состоится "¿•З" апреля 1996 года в "_" часов на заседании специализированного совета ----------- Института проблей

экологии и эволюции по адресу 117071, г.Москва, Ленинский пр. 33, Институт проблей экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПЭЭ РАН.

22

Автореферат разослан " " марта 1996 г.

Ученый секретарь спецмалмэироданного совета кандидат биологических наух

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тени исследований. Микроэлементы/! состав живых организмов используется как в качестве индикатора при биогеохимн-ческнх поисках рудных месторождений, так и при биоиндикации загрязнений окружающей среды. Если в первом случае важно правильно выбрать виды-аккумуляторы интересующего элемента, то во втором главной проблемой оказывается поиск эталонных участков для мониторинга загрязнений в исследуено.ч регионе. Наиболее очевидным является использование в качества эталонных территория заповедников, охраняемых от всех видов антропогенного влияния.' Исключение представляет только атмосферный перенос загрязнителей, против которого бессильна любая охрана. Поэтому оценка уровня загрязнения является необходимый этапом любого мониторинга. Существенен такте и выбор модельных объектов для оценки загрязнения, по которым можно судить не только ой уровне или динамике загрязнения, но и об опасности, которая грозит человеку, живущему а региона, для которого выбран эталонный участок. Позвоночные животные как раз и удовлетворяют этим требованиям. Среди них мелкие млекопитающие, чей участок обитания ограничен заповедной территорией могут служить модельным объектом такого рода исследований. До настоящего времени такие исследования в заповедниках Средней Азии, да и других заповедниках на территории СССР практически на проводились, хотя другие компоненты заповедных экосистем: атмосферные осадки, природные воды, почвы и растения рассматривались как мониторинговые объекты в программе Госкоигидромета СССР (Иэраэль, 1984). Добавление к этому списку животных, в частности позвоночных, которые усваивают только подвижные формы элементов и ие загрязняются пассивно, как растения, также определяет актуальность настоящего исследования.

Цель и задачи исследований. Основная цель исследования заключалась в оценке влияния антропогенных и природных геохимических факторов на кихроэленентиый состав животных, растений и почв Чат» кальского биосферного заповеднике (БЭ), расположенного а одном в» самых проиияланно развитых районов Средней Азии, и в рассмотрении (на основе этих данных) педходоэ к обоснованию пригодности его участков хах эталонных территорий для данного региона.

В соответствии с основной целью исследований были поставлены следующие задачи:

1. Определить концентрации микроэлементов в тканях м органах

фоновых видов животных н растений заповедника

2. Рассмотреть особенности микроэлеиентного состава позвоночных животных заповедника в зависимости от систематического положения и занимаемого трофического уровня.

3. Оценить на примере модельных эидоа_- лесной кыши и крас-ношапочного вьюрка - индивидуальную, пространственную и сезонную изменчивость микроэлемеитного состава животных заповедника.

4.Оценить миграцию микрозлекантов по модельной трофической цепи экосистем заповедника.

5. Определить годовой поток некоторых тяжелых металлов на водосборном участке заповедника и степень их накопления биотой участка и оценить "антропогенную составляющую" этого процесса.

6. Оценить на основе полученных данных состояние экосистем Чаткальского БЭ как эталонной территории для регионального бионо-ниторинга.

Научная новизна исследований. Впервые для биосферного заповедника на территории Средней Азии определен микроэлементный состав ряда представителей его флоры и фауны, в том числе микроэлементов (5е, Rb, Сг, 5с, Са, Th, Mo), ранее не определявшихся. Впервые рассмотрена миграция ряда микроэлементов в модельной трофической цепи в природной экосистеме. Проведено сравнительное исследование депонирующих свойств ряда тканей и органов, в том числе ранее не изученных (семенники грызунов) в двух новых видах животных - лесной мыши (Apodemus sylvaticus L.) и красношапочного вьюрка (Serinus pusillus Pall.), изучена пространственная (между участками) и сезонная изменчивость микроэлементного состава органов животных на примере лесной кыши. Предложен оригинальный метод расчета годового поступления тяжелых металлов на водосборный участок заповедника и оценки антропогенной составляющей аккумуляции микроэлементов бнотой заповедника.

Практическое значение исследований. Полученные результаты по микроэлементному содержанию в организме позвоночных животных заповедника могут быть использованы в системе экологического мониторинга антропогенных загрязнений экосистем заповедников, а также в исследованиях по биогеохимическому районировании. Предложенный еегод расчета поступления на водосборную территорию загрязняющих веществ может быть использован для выделения антропогенной составляющей поступления загрязнителей в природные экосистемы. Результаты исследования используются для чтения курса "Биоиндикации н мониторинг состояния окружающей среды" на географическом фа-

«

культете Московского государственного университета.

Апробация работы. Результаты исследования обсуждались на . первой Международной симпозиуме "Зооиидикация и экотокснкология животных в условиях техногенного ландшафта" (Украина, Днепропетровск, 1993); Международной научно-практической конференции "Экологические основы оптимизации режима охраны использования природ-но-заповедного фонда" (Украина, Рахов, 1993); на объединенном коллоквиуме Лаборатории биоиндикации. Лаборатории проблем домес-тификации животных и Группы проблск популяционной экологии животных ИПЭЭ РАН (Россия, Москва, 1950).

Публикации. По теме диссертации опубликовано ' 6 работ, 2 статьи находятся в печати.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на страницах машинописного текста и содержит таблиц и рисун-

ков. Список литературы включает работ, из них ?Р. на иност-

ранных языках.

Автор благодарит член-корреспондента РАЛ Д.А.Криволуцкого и д.б.н. А.Д.Покаржевского за руководство и помощь в обработке материалов диссертации. Особую благодарность автор приносит сотрудникам Чаткальского биосферного заповедника: директору заповедника Т.Д. Дехканову. ныие покойному заместителя директора О.В.Савичу, • н доценту Сельскохозяйственной Академии (г.Ташкент) А.П.Лесняку за оказанную помощь в работе по сбору материалов диссертации, сотрудникам Лаборатории нейтроино-активяционного анализа ИЯФ АН Узбекистана, возглавляемой член-корроспонлентоя АН Узбекистана А.А.Кистой, сотрудникам Лавораторин физико-химических методов анализа Госкомгидромета Узбекистана за помощь в пробоподготовке и определении микрозленентного состава растемий и сиаотнык.

ГЛАВА 1. МИКРОЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСТАВ ЖИВОТНЫХ В СИСТЕМЕ ОЦЕНОК ВЛИЯНИЯ НА ПРИРОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ АНТРОПОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЯЕ-ЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ (Литературный обэор).

Практика использования заповедных территорий как фоновых в биосферном и региональном экологмческоп мониторинга антропогенных загрязнений существует уже более 20 лет н биосферныэ заповедники Средней Азии (Сары-Челекский, Репетекский, Чаткальский) входили о систену комплексного глобального экологического мониторинга состояния окружающей среды СССР. В основе этой системы лежало определение уровней загрязняющих веществ в основных природных среда*

»

-б- воздухе, осадках, поверхностных водах, почвах и растительности фоновых территорий. В тоже время такой важный компонент экосистем как животное население этих территорий исследовался гораздо в меньшей степени. В Среднеазиатском регионе дикие животные как биоиндикаторы антропогенного загрязнения среды, в частности тяжелыми металлами, до последнего времени практически не рассматривались . Нет до сих пор и обобщающей сводки по никроэленентноиу составу и концентрации тяжелых металлов в животных именно фоновых территорий. С другой стороны, имеется огромное количество работ, посвященных исследованиям загрязнения тяжелыми металлами маргинальных территорий с использованием в качестве биоиндикаторов животных различных групп. В этих работах используются контрольные участки, a priori считающиеся чистыми, часто только по степени их удаленности от источников техногенной эмиссии, как правило, без учета геохимического фона. Однако, как показывают результаты экологического мониторинга, фоновые территории даже в пределах одного региона весьма неоднородны по уровням загрязнения природных сред. Поэтому использовании заповедных территорий в качестве фоновых для экологического мониторинга загрязнений должны предшествовать исследования микроэлементного состава видов-биоиндикаторов, в частности животных, включая элементы, не являющиеся агентами антропогенного загрязнения. Последние могут быть элементами сравнения при оценке аккумуляции "природных" и "антропогенных" микроэлементов биологическими системами.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И НЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ. ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ.

Краткая характеристика района исследований. Чаткальский биосферный заповедник (БЗ) состоит из двух участков - Башкыэылсайс-кого и Майдантальского. Башкызылсайский участок расположен на вго-западиом макросклоне Чаткальского хребта (с высотами от 1080 до 3875 к над ур.н.) и открыт с запада воздействии воздушных масс со стороны крупных городов региона - Ташкента, Чирчика, Алмалыка, Ангрена. Расстояние от участка до городов от 45 до 60 км. Майдан-таЛьсхий участок заповедника находится на северном макросклоне Чаткальсхого хребта, удален в северо-восточном направлении от Башкызылсайского участка на 40 км и, соответственно, дополнительно на такое расстояние от указанных городов. Окруженный по всему периметру высокими (до 4000 к над ур.н.) хребтами, он представля-

ет собой естественную воронку с розой ветров, формирующейся, главный образом, внутри этой воронки.

Для исследований были выбраны типичные экосистемы Чаткаль-ского БЗ - среднегорные древесно-кустарниковые редколесья (смешанные 4рчовиики) с пидами-эдификаторами Juniperus seravschanica Кот., Crataegus turkestanica, Lonicera altraanii Rgl., Prunus divaricate, Rosa sp., с разнотравьем, представленным Elitrigia trichophora, . liordeun bulbosusv, Poa pratensis ( Башкызылсайский участок) н пойменный берсзово-ивовый лес (Betula pendula Roth, et Salix tianschanica Kgl. ( (Яайдантальский участок). Пробные площадки были заложены на постоянных учетных линиях численностн нитевидных грызунов длиной 1 ки н шириной 10 п. Первая пробная площадка (Б1) находилась на склоне северо-западной экспозиции левобережья реки Башкыэылсай (главной реки Башкыэлсайского участка) на высоте от 1400 до 1500 и над ур.и. Вторая пробная площадка (Б2) также находилась на этой участке заповедника на рсребте правобережного неэосклона на высоте до 1800 м над ур.м. и удалена от Б1 к северу примерно на 7 км. Третья пробная площадка (Мдт) располагалась в Майдантальском участке заповедника в пойменном бере-зоео-ивовом лесу на высоте 1600 и над ур.м. и была удалена от первых двух на расстояние по прямой линии около 50 км.

В качестве объектов исследований были выбраны фоновые виды растений и животных названных экосистем. Основным модельным видом на всех трех пробных площадкам была лесная мышь - основной доминирующий (до 90% от численности гсех мышевидных грызунов на этих площадках) вид в лесных экосистемах срэднегорья заповедника (50 особей для анализа). Помимо нее на этих пробных площадках добывались единично и особи других видов грызунов: арчовая по/:авка (Hicrotus juldaschi Severtzov.), серый хомячок (Cricetulu3 migra-torius Pall.), лесная соня (Dryomya nitedula Pall.). Все грызуны были отловлены давилками Геро во время сезонных (весна и осень) учетов численности в 1990-1991 гг. Близ Б1 грызунов отлавливали зимой 1991 г. в пойменном лесу. Данные по этим животным были объединены при анализе с данными по грызунам, отловленный» на Б1. Из птиц все виды, кроме красношапочного вьюрка, были добыты случайно, давилками на учетных линиях: синица-московка (Parus ater L.), пестрый дрозд (Oreocincla dauma L.), варакушка (Luscinia svocicn L.). Красношапочный вьюрок, обитающий только на Майдантальском участке, добывался там специально во время весенних учетов численности животных (12 особей для анализа). Ир<?смыкдюуиеся, лобы-

тые на пробных площадках, были представлены следующими видами: однин видом ящериц - пустынным гологлазом (Ablepharus desert! Str.) (6 особей для анализа), четырьмя видами змей - водяным ужом (Natrix teseelata Laur.), лалласовым щитомордником (Agkietrodon halys Pall.) , разноцветным полозом (Coluber ravergierí ), степной гадвкой {Vípera ursíni Bonap.) Из крупных млекопитающих была проанализирована одна ссобь дикой свиньи (Sus scrofa L.). Из беспозвоночных- животных брались на анализ фоновые виды и группы насекомых: прямокрылые (н/сем. Acridoldea и н/сем. Tettlgonoidea), богомолы .(Mantis religioza L.) и жуки p. Letrus.

Пробы почв, растительности и животных брались на каждой пробной площадке посезонио (в конце весны и в середине осени 1990 г. и зиной и весной 1991 г.) в трехкратной повторности (почвы и растений). Пробы почв брались из ее верхнего горизонта (до глубины 25 см) в трех различных точках каждой пробной площадки. Пробы растений отбирались из их надземной вегетативной массы и были представлены в основном арчой зеравшансхой, алычой, березой и типичными видами травянистой растительности, условно называемой разнотравьем. Пробы насекомых состояли из нескольких экземпляров одного вида, из которых приготовляли гомогенную навеску необходимой для анализа массы. Пробы пустынного гологлаза были представлены целыми тушками (1 особь - 1 проба). Пробы остальных позвоночных животных отбирались по органам и тканям. Одна проба приготовлялась из одного органа или ткани каждой особи. У грызунов анализировали костко-мывечную ткань (бедро с прикрепленными к ней мышцами), печень, почки, сердце и семенники; у дикой свиньи ны-шечную ткань (область бедра), печень, жировую ткань и щетину; у птиц - мышечную ткань (из области грудины), печень, сердце (жировую ткань тольхо у варакушки); у зией - костно-иышечну» ткань (ребра и прилегающие к ним мышцы), печень, сердце ( жировую ткань только у разноцветного полоза). Все отобранные образцы высушивали до постоянного веса при «оннетной температуре и хранили до передачи в аналитическую лабораторию. Общее число проб для анализе -391 (1S проб почвы, 46 проб 13 видов растений и 330 проб 19 гидов емпотних (S видов насекомых, 4 вида грызунов. 4 вида птиц, 4 вида эиай и по одному виду ящериц и крупных нлекопитающих).

Использованный для химического анализа метод нейтронио-актм-вацмонного анализа позволяет определить в одной пробе сразу несколько элементов. D их число входили; Са, Ni, Sc, Kb, Fe, Zn, Co, Ta, Sb, Ag, Au, Sn. Mo, Se, Hg. Ce, Tb, Eu, Th, Cr, Hf, Ba, Sr,

Са, и. В связи с тон, что ряд перечисленных элементов определяли не во всех пробах, нами были выбраны Se, Hg, То, Zn, Со, Sb, ПЪ, Cr, Se, Св, ива некоторых пробах еще Th и Мо. Общее число про-боизмерений 5589. Основной ' статистический материал представлен пробоиэйеренияни в органах и тканяй лесных нишей и красношапочных вьюрков. Эти виды были использованы для оценки индивидуальной иэ-иенчивости никроэленентного состава и корреляционных отношений между парами, элскентогз. Сезонные и пространственные различия рассматривались на лссны* мышах. Анализ проводился специалистами лаборатории нейтронно-активационного анализа Института ядерной физики АН Узбекистана (г.Ташкент).

Для статистической обработки результатов использовали пакеты программ STATGRAPHICS 5.0, HTSYS 1.80, Excel 5.0, позволяющие обработать данныа методами описательной статистики, дисперсионного н кластерного анализа.

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ НАКОПЛЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ Й ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ СРЕДНЕГСРНЫХ ЭКОСИСТЕМ ЧЛТКАЛЬСКОГО БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА.

. Содержание иикроэлокенпоо в организма позвоночных животных. Сравнение михроэлементного состава позвоночных животных заповедника проводилось по группам: нлакопитаящиа, птицы и пресмыкающиеся. Данные по нихроэленентнону составу млекопитающих показали, что содержание Se, Fa, Со, Rb в костно-иышочной ткани минимально по сравнению с их содержанием п остальных органами. Концентрации Ifg, Sb, Cr, Se, Cs в косгио-мыизчкой ткани примерно одинаковы или несколько превышает таковые в печени, но они ниже, чей концентрации этих элементов в почках и сердца. Содержания Zn в сердцо ненызе, чем d остальных органах и тканях. Максимально оно п печени.

У птиц иаблэдается о (je больгмй разрыв коиду концентрация»!:! указанных эланяктоп а кыэочмой ткани, гдо они кинкмолыш, и таковыми в других органах. Только Se н En имеют ннинмолышз концентрации в печоки птиц. ИаНбольане концентрации элементов встречается п перьях и сердца птиц. У прео^икаезмхея нанпоньвее комцентр»-цнн Оольпинстпа рассматриваемых алзкеитоэ наОлпдаотся а кировоП и хостнэ-иызечиой тканях, нанбольсяо - a печени и сердце, и только Со и Сг имоот ианбольина концентрации о хосгио-пигачноЯ ткани.

Нэпбнчи»ость никрсэАопонтноео сосязва нойемьких tiuffoa позео-

ночных животних. Индивидуальная изменчивость никроэлементного содержания в организме позвоночных животных была рассмотрена на примере лесной мыши и красношапочного вьюрка. Сравнительный анализ данных по двум видам подтверждает известную закономерность, что у биологических объектов вариабельность- элементного состава неизбежно увеличивается с уменьшением абсолютного содержания элемента в системе (Покаржевский, 1985; Кист, 1987). Наименьшую вариабельность во всех тканях и органах у обоих видов имеют гп и Ре, затем в сторону увеличения этого показателя идут Со, Бе и Шэ. Наибольшую вариабельность имеют Нд, Сг, Бс и Се для лесных мышей, Ид, Сг и Се для красношапочных вьюрков. У последних вариабельность микроэлементного состава в их органах и тканях более вырав-нена, чем у лесных мьшей, особенно по Бе, Нд, Шз и Бс. По среднему содержанию практически всех микроэлементов в аналогичных тканях и органах красношапочные вьюрки значительно превосходят лесных мышей, обитающих на том же участке (Мдт). Среднее содержание Бе, ЛЬ в органах и тканях вьюрка в полтора раза, а других изученных элементов в несколько раз выше, чем в органах и тканях лесной мыши. Учитывая сходный трофический уровень, занимаемый обоими видами, и приуроченность их к одной территории с единым геохимическим фоном, столь существенную разницу в концентрациях микроэлементов в их телах следует объяснять, по всей вероятности, видовыми особенностями аккумуляции.

Корреляционные отношения между микроэлементами в тканях и органах лесних мышей'и красношапочных вьюрков. В костно-мышечной ткани лесных мышей корреляция между концентрациями всех рассмотренных микроэлементов невысока. Лишь между содержанием ЛЬ и Се коэффициент корреляции достигает 0,59 (р<0.01). Для остальных микроэлементов этот показатель не достигает и 0,5. В печени лесных мышей заметно коррелирует содержание Еп и ИЬ (г= 0,81), НЬ и Са (г» 0,62), и Те и гп (г= 0,54). В почках существенную положительную корреляцию показали пары вленентов гп и Со {г» 0,75) и ВЬ и гп (г<-0,50). В сердце лесных кивей корреляционные отношения между микроэлементами весьма незначительны и только для пары Сг и Зс оно насколько вишо, чем у остальных (г» 0,54). Иная картина корреляционных отношений между >шхроэленентаки наблюдается в семенниках лесных кышзй. Более 20 иорреляционных связей между эле-кантамн ииеот коэффициенты корреляции выше 0,6 (р<0.01). Это от-яачсно для пар злоньмтов Нд и Сг, Бс, Се; Нд и со, нд и 2п; Со и Зс; Со и Со; сг, зс и Се. Для асаа тканей к оргаиоь ласныа какой •

значимые корреляционные отношения (г более 0,5) положительны.

В тканях и органах красношапочных вьюрков корреляционные отношения между парами микроэлементов гораздо более тесные, чек у лесных мывей. Так, в мышечноВ ткани птиц наблюдается 11 корреляционных отношений между микроэлементами, коэффициент корреляции для которых выше 0,6. В печени таких отношений уже 17, в сердце птиц их всего 3, но а перьях больше всего - 22. Как и у лесных мышей, значимые корреляционные отношения для пар элементов в органах и тканях вьюрков (г > 0,6) положительны.

Таким образом, для обоих видов животных отмечена общая тенденция увеличения уровня корреляционных отношений с ростом абсолютного содержания микроэлементов в их тканях. Исключением из этого ряда является сердце, для которого при относительно высоком содержании микроэлементов практически ие найдены значимые корреляционные отношения между ними.

Корреляционный анализ микроэлеиентного состава между тканями и органами показал очень тесные корреляционные отношения для пор элементов между всеми тканями и органами у обоих видов. У лесной мыши эти корреляционные отношения были выше 0,7, а у красношапоч-ных вьюрков выше 0,99.

. Сезонная и пространственная изкончивосяь иикроэлеиенганого . состава лвсних мышей. Сезонные различия обнаружены для следующих элементов: Бе, Нд, Ре, 2п, Со, ИЪ, Сг. Почти во всех тканях и органах лесных мышей их осенние концентраций достоверно выше, чек весенние. Бе показал такую тенденцию только в почках мышей. Наиболее выражены сезонные различия у гп, КЬ и Ре йо все без исключения тканях и органах. Концентрации мнкроэлеиэнтоз о лесных км-шах зимой также значительно ниже осенних и равны примерно весенний их концентрациям, но для ИЬ во всех тканях, 2п и Ге и печени они достоверно выше, чем весной (рис.1).

Различия между животными, отловленными на разных площадках на так четко сыраяаки, но отяччвкы для больвкмегое микроэлементов. Со и ВЬ икают достоверно больпиэ концентрации во асе» ткамлг. и органах эдзотмых иэ пройноП площадки Мдт по сраснэика о тонового» у особ«Я, отлорлонны» яа плсладкая ПпахиэылсаЛсхого участка. По другим элементах наблюдается обратная картина. ИаПапигельскап пепуляцчя кыяей имеет достоверно кеньпяа монцгнтреццк Нд а иост-ио-кнаоччой ткани м печани, 2п в «остно-мыоечмоЯ ткани, Со и Гл во всех тканях , чей мыон с Б2, и достоверно иемьвне по 2п н Со п костно-иигочкоЯ тканн, чея животные с 52 я В1 (рис.Э)

eco еню

»00 coa too

Ов.оо. СЗо.ео. Оз,В1. CQe.ai.

lív'..-?

E

¡S3j

а___

PlíC.l CpuaiiHfj концентрации микроэлементов в печени лесных мыиап.

■собранных в разные периоды. Б.90 - весна 1990. 0.90 - осень 1990. Э.91 - зима 1991. Б.91 - весна 1991

0.2 OIS 0.1 OOS

Obi Dea Пм

'sV.Í

но

РИС.2 i.'|.f,!]||llL- KOHIIf-liTpAIIHH мнярс ЭЛОМйНТОБ R ПеЧйНИ ЛеСНЫХ HUllit-H .

•.обр.шних Hd рьяных плоша/исах заповедника ;

Для оценки пространственных и сезонных различий был проведен двухфакторный дисперсионный анализ содержания Бе, Нд, Ре, 2п, Со, БЬ, I ЙЬ в костно-кишечной ткани, печени и почках лесных мышей. В качестве факторов, предположительно влияющих на микроэлементный состав в объектах, выбраны местообитание (пробные площадки Б1 и Е2 ) - фактор А, и время сбора - весна, осень 1990 г., весна 1991 г.- фактор В. Дисперсионный анализ показал значимое влияние времени сбора на содержание микроэлементов в печени и почках (везде фактор В был значительно больше соответствующего критерия Фишера

- Ркр, причем в печени превосходил Гкр на три порядка). Фактор А

- участки, был значим для изменчивости концентраций элементов в печени и костно-мышечной ткани.

ГЛАВА 4. МИГРАЦИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В ТРОФИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ И

ЭКОСИСТЕМАХ ЧАТКАЛЬСКОГО БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА

Накопление и ниграция пикроэлементов в трофических цепях экосистеи байкальского £3. Результаты нейтронно-активационного анализа изученных почв, растений и животных послужили основой для оценки накопления и миграции исследуемых элементов в модельных трофических цепях экосистем заповедника. Критерием оценки являлся коэффициент накопления (концентрирования) элементов в звеньях трофической цепи, представляющий собой отношение концентрации элемента в последующем трофическом уровне к таковой в предыдущем уроьне. В качестве консуиентов 1-го порядка в модельных цепях рассматривались насекомые - прямокрылые и жуки, позвоночные -грызуны и воробьинообраэные птицы. В качестве хищников рассматривались богомолы и змеи (усредненко по всем видам), а также пустынный гологлаз в звене насекомые-гологлазы.

В первом звене трофической цепи - почва-растения не происходило накопления какого-либо из рассматриваемых микроэлементов (КН по всем элементан ниже 1). Во второй звано - растения-растительноядные животные хартина накопления микроэлементов очень разноречивая и больше зависит от принадлежности животных к определенной группе, чем от элемента. В звоне кертва-хищнихи гораздо больше микроэлементов показали КН болыпа 1 (рис.3).

Для оценки изменчивости КН в рассматриваемой модельной трофической цепи были расчитаны их коэффициенты вариации для каждого уровня трофической цепи. Наиненьвая вариабельность КН по всем никрозленеитак отмечена для звена почва-растения, что говорит о

Fe Zn Co Sb Rb Cr Sc 0.1 1.14 0.15 0.285 0.73 0.33 O.OOS

Se0.6S Sb 1.25 Hg 17.03 Rb 1.23

Fe 0.79 Cr 11.45

Zn 0.7S Sc 0.63 Co 1.52

Se 1.7Э Sb 1.S3

Hg 0.72 Rb 1.11

Fe 0.75 Cr 2.74

Zn 1.15 Sc 0.71.

Co 0.8 CS 0.S4

CM

Se a. 55 Co Hg 0.17 Sb Fe O.S5 Rb Zn 9.8 Cr 0

n 1.68 Co 1.84 Sb 0.7 Rb 3.33 Cs 2.26

Fe 0.41 Zn 2.4 Co 0.99 Sb 0.24 Rb 0.38 Cr 0.51 Cs 0.47

Rb Cr Sc Cs 0.35 0.11 0.022 0.032

ft;c.3 Коэффициенты накопления микроэлементов в звеньях модельной трофической

достаточно стабильном характере миграции изученных элементов в этом звене. Напротив, в последующих звеньях почти по всей микроэлементам наблюдалась очень высокая изменчивость КН. Тек не менее коэффициенты вариации КН практически для всех микроэлементов в печени (звенья: грызуны-знеи, птицы-змеи) значительно ниже таковых для костно-мышечной ткани, что также говорит о более стабильном характере концентрирования микроэлементов 8 печени, являющимся депо целого ряда микроэлементов у позвоночных животных.

Поступление и накопление тяжелих пвталлоз о экосиспзнах байкальского БЗ и оценка степени их захвата биотой. Для оценки общего годового поступления ТН (РЬ, 2п, Нд, С<1, Си и Н1) на водосборную территорию Башкызвлсайский участка, накопления их биотой и в почве участка, а также антропогенной доли накопления в биоте металлов (Ме) был предложен метод количественного расчета баланса веществ в системе. В качестве исходного условия было принято, что металлы попадают на водосборную территорию заповедника только с атмосферными осадками и накапливаются в части биомассы, равной ее годовому приращению, т.е. в ее годовой продукции. На основании имеющихся литературных и собственных данных по годовому (на 1990 г.) количеству осадков, стоку поверхностных вод, биомассе и ее годовой продукции, концентраций Ме в природных средах, нами была предложена следующая схема количественного расчета поступления и накопления Ме на территории участка н степень их захвата биотой:

Исходные данные: Площадь участка (11103 га); Л - количество атмосферных осадков = 85*106 и3/год; Б - биомасса =753937,34 тонны; П - продукция = 299748,19 т/год; О - сток поверхностных вод » 46*106 к3/год.

Обозначениях Са - концентрации Не в осадках; Сс - в почве; С6 - в биомассе; Са - в стоке.

Схвна расчета: 1. Годовое поступление Ме с атмосферными осадками (Пв) и его потери за год со стоком на водосборной участка равны: Па » А*Са ; П0 - 0*С0

2. Разница между Па и П0 рассматривается как количество Ив, иакопнвпоося в почве (Не) и биокессе (%) ав год;

Не ♦ «а » П4 - П0; к„ - с9*П

3. По форкуле: - (Сяе*КАвя)/1Щ1е*Сгв) (Ензрсиа и др., 1906) определяется коэффициенты обогащения Не (К„6) исследуемого компоненте (почвы н биоты), где Сце - концентрация денного металла в исследуемой среде ( Сс или С»), С,„ - концентрация опорного элементе - цазня (Се) в почве или биоте, К/ц,, - клерк металла в

Соотношение запа.сов ж стогса. элементов в модельной зге осистеме

в °/о от годового поступления

20%

14%

54%

Рисунок. 4.

79%

Хп

44%

41%

нд

запасы

Шв почве Ш вбиоте прир. ист. В вбиотеантр.ист. ы сток

29%

3

Сс!

Си

N1

земной коре, Клэл - кларк опорного элемента. Если К0б для почвы ниже 1. то почва не обогащена Ме. Если К0б для живого вещества не вышв' 10, живое вещество не обогащено данным элементом.

4. Антропогенный вклад в накоплении Ме биотой (3) равен:

3 = Нв - (10*Нб/Коб }

Наибольшая антропогенная доля в накоплении ТМ биотой участка получена для С<1, Хп и РЬ, меньшая для Нд. Антропогенный вклад в накоплении биотой.Си и N1 незначителен или отсутствует (Рис.4).

ГЛАВА 5.' СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПРИРОДНЫХ СРЕД ЧАТКАЛЬСКОГО БИОСФЕРНОГО ЗАПОВЕДНИКА. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ: ЧАТКАЛЬСКИЙ БЭ КАК ЭТАЛОННАЯ ПРИРОДНАЯ ТЕРРИТОРИЯ СРЕДНЕАЗИАТСКОГО РЕГИОНА.

Данные литературных источников по загрязнению ТМ соответствующих природных сред фоновых и промышленных районов Средней Азии и фоновых территорий мира показывают неблагополучное состояние,атмосферы над Чаткальским БЗ. Среднегодовые уровни содержания ТМ (РЬ, Сй и 2п) в его атмосфере в несколько раз превышают таковые для Сары-Челекского БЗ, Репетекского БЗ, Ледника Абрамова (данные Ташкентской РЛФХМА, 1990) и приближаются к максимальным значениям для фоновых территорий мира (США и Западная Европа). Уровни содержания в атмосфере заповедника Си, Н1 и Нд не превышают соответствующих значений для других заповедников региона. Однако, по содержанию ТМ в атмосферных осадках, поверхностных водах, почвах и растительности Чагкальский БЗ укладывается в диапазон фоновых значений, отмеченных для территории СССР и не превышает, как правило, соответствующие значения для фоновых территорий мира. Таким образом, нет прямой связи между загрязнением ТМ атмосферного воздуха и загрязнением остальных природных сред Чат-кальского БЗ. По убывания загрязненности ТМ природные среды заповедника можно расположить а ряд: атмосферный воздух - атмосфарныа осадки - поверхностные воды/почвы - растения/кивотниз.

Очевидно, что экосистемы заповедника испытывают определенное влияние техногенного загрязнения, которое сказывается в более высоки» концентрациях РЬ, Си, N1, Со в почве и растительности и Нд, 2п, Со в лесных кывах Башкызылсайсхого участка - менее удаленного и менее защищенного от воздействия крупных источников техногенного загрязнения, по сравнению с таковыми в тех ке объектах отдаленного, Найдантальского участка. Однако, локальный геохимический

фон (значительно более высокие содержания Se в почве, растительности и лесных мышах, и Rb в растениях и лесных мышах Майданталь-ского участка по сравнение с этими же объектами Башкыэылсайского участка) и перекрывание пространственных различий сезонной динамикой концентраций большинства из рассмотренных микроэлементов, превосходят влияние антропогенного загрязнения на микроэлементный состав биотических компонентов экосистем заповедника. Таким образом, оба участка Чаткальского БЗ по уровням содержания рассматриваемых ТМ и других микроэлементов в природных средах (в атмосферных осадках, поверхностных водах, почвах, растительности и животных) можно считать фоновыми природными территориями данного субрегиона.

ВЫВОДЫ.

1. Модельные объекты животных и растений являются показателями как природных биогеохимических различий заповедных территорий, так и их загрязнения. На Башкыэылсайском участке Чаткальского БЭ, расположенном в пределах досягаемости промышленного загрязнения, растения имеют большие концентрации загрязнителей - Fe, Cu, Zn, Pb, а животные - Zn, Hg, Fe, Со, Cr, чем на более отдаленном, Майдангальском участке. С другой стороны, концентрации Se и Rb, не являющимися элементами антропогенного загрязнения, в растениях и животных Майдангальского участка существенно выше, чем в растениях и животных Башкыэылсайского участка.

2. Уровни содержания микроэлементов в животных возрастают в следующем ряду: млекопитающие - пресмыкающиеся - птицы, а в органах и тканях: жировая ткань - костно-мьшечная ткань - печень почки/сердце - семенники (у грызунов) - перья (у птиц).

3. Количество значимых корреляционных отношений между содер-»аниеи микроэлементов в тканях и органах позвоночных животных увеличивается с ростом их абсолютного содержания а этих тканях и органах.

4. Содержание Se, Hg, Fe, Sn, Со, Rb, Cr в организме лесных пизай о Чаткальском БЭ осенью высо, чем весной н различия обусловлены, по-аидимому, естественным« причинами, а не загрязненная.

5. Сезонная динамика концентраций исследованных элементов о лфсной ныви выраяена гораздо сильнее, чен различия в концентрациях микроэлементов у животных, отловленных на разных участка»,

й. !1а наблюдается определенной тенденции в аккумуляции иако-

го-либо из рассматриваемых микроэлементов по иере их миграции по трофический цепям.

I7. Предложенный метод количественного расчета баланса поступления, выхода и накопления элементов на водосборной территории позволил определить природную и антропогенную составляющие поступления ТК на Башкызылсайский участок заповедника и их накопления биотой. Наибольшая антропогенная составляющая в накоплении ТМ Сиотой участка получена для C<J, Zn и Pb; меньше она для Нд. Антропогенный вклад в накоплении биотой Си и Ni незначителен или отсутствует.

8. Отсутствует четкая связь между загрязнением атмосферы и загрязнением остальных природных сред Чаткальского БЗ. Загрязненность природных сред заповедника снижается в ряду: атмосфера осадки - поверхностные воды/почвы - растения/животные.

9. Влияние антропогенного загрязнения на микроэлементный состав биотических компонентов заповедника на обоих его участках незначительно и "перекрывается" влиянием локальных геохимических особенностей исследуемых участков, сезонных флуктуации в накоплении организмами микроэлементов. Таким образом, оба участка Чаткальского БЗ можно считать фоновыми территориями для мониторинга загрязнений данного субрегиона.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Блакберн А.А. Содержание и миграция загрязняющих веществ и элементов в трофических цепях экосистем Чаткальского биосферного заповедника // Биоиндикаторы и биомониторинг. Тез. докл. Неж-дунар. синп. Загорск, 1991. С. 174-175.

2. Блакберн А.А. Динамика численности популяций мышевидных грызунов лесных экосистем Чаткальского биосферного заповедника // Узбекский биологический журнал, 1S93. И6. С. 62-as,

3. Блакберн А.А. Прииенеииа методов числовой таксономии в эоомнднкацин на примере ахкумуляции тяжелых металлов (ТМ) в тканях и органах лесных мышей в Чаткальскои биосферною заповеднике (БЗ) // Вестник Днепропетровского университета. Биология к экология. Вып.1. Днепропетровск, 1993. С.140.

4. Blackburn A.A. The use oi cluster analysie for blolndica-tor estimation of pollution levelu // Blogeoson. Syep.or. Ecooyc-tem Behaviour: Evaluation of Inteçrated Honitorlng in Seall Catc-

hmenta. Czech Geological Survey. Prague, 1993. P. 26-27.

5. Блакбарн A.A. Актуальн1сть пор1вняльних еколог!чних дос-л1джекь у природних эапов1дниках // Еколог1чн1 основи оптим!зацН режиму охороии 1 використання природно-запов!дного фонду. Тез. доп. М1жнародно1 науксво-практично1 конференцН. Карпатсьхий 61-осферний запов!дник. PaxiB, 1993. С. 236-238.

6. Лынов Ю.С., Бабах Г.К., Блакберн A.A., Дустов Ж.П., Зайчик О.В., Кадыров Н., Комарова Л.В., Погребняк А.Д., Савич О.В., Чинов B.D. // Летопись природы Чаткальского заповедника. Чаткал. биосфер, гос. заповед. - Паркент, 1993. 132 с. Деп. в Г<РНТИРУз 06.04.93. N 1812 - Уэ 93.