Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Накопление в организме лесных птиц стойких хлорорганических соединений как интегральный экологический показатель их нагрузки на лесные экосистемы

ВАК РФ 03.00.16, Экология

Автореферат диссертации по теме "Накопление в организме лесных птиц стойких хлорорганических соединений как интегральный экологический показатель их нагрузки на лесные экосистемы"

ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА РОССИИ ПО ГИДРОМКЕОРОЛОГДО И МОНИТОРИНГУ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕЗЫ' [Р^СГИ^РОМЕТ) Институт глобального климата Федеральной службы России по хзйвом!

эколог-ту/ / / I орсйогии у\/1 (/ V мошггориягу окружающей среда кИ^си&здар/акд

на правах рукописи

БУЙВОЛОВ Юрий Анатольевич

НАКОПЛЕНИЕ В ОРГАНИЗМЕ ЛЕСНЫХ ПТИЦ СТОЙКИХ ХЛОРОРГАШЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ КАК ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПОКАЗАТЕЛЬ ИХ НАГРУЗКИ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕШ

03.00.16 - Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Институте глобального климата и экологии Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды и Российской академии наук.

Научные руководители: доктор химических наук, профессор Ф.Я.Ровинский доктор физико-математических наук С.М.Семенов

Официальные оппоненты: профессор,

доктор биологических наук В. А. Абакумов

профессор кафедры дарвинизма и экологии МГЕУ В. М. Галушн

^ Ведущая организация: Всеросийский научно-исследовательский "институтаохраны природы Минприроды РФ (ВНИИприродаГ

Защита состоится апреля 1995 г. в 14 часов на заседании Специализированного совета К 03.36.01 в Институте глобального климата-и экологии по адресу: -167253, -Москва, -ул. Глебовская-д-206.

С диссертацие** можно ознакомится е библиотека Института глобального климата и экологии.

Ваш отзыв в 2-х экземплярах, заверенный печатью, просим направлять по адресу: 107258, Москва, ул. Глебовская, д.20б, Спецсовет ИГКЭ,

Автореферат разослан февраля 1995 г. Приглзшаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Специализированного совета.

Ученый секретарь

Специализированного совета

кандидат геолого-минералогичес;;их

наук , т.г.Орлова

Актуальность теми. Пока сохраняются источники токсичных хлорорганических соединений (ХОС), острота проблемы, связанная с санитарно-гигиеническими и экотоксикологическими последствиями их воздействий не уменьшится. В действующей системе интегрированного мониторинга состояния 'природной среды ХОС являются одним из приоритетных объектов наблюдения. При реализации межгосударственных и национальных проектов по задате окружающей среды важнейшей задачей является идентификация и оценка эффектов загрязнения. Соответственно, возникает необходимость в методах интегральной оценки нагрузки ХОС на экосистемы по экоток-сикологическим показателям. Данная работа посвяшена исследованию этого актуального направления.

В связи с нарастающим в обществе движением за гуманное отношение к высшим .тавотным, актуально так же и то, Что метод не ориентирован на определенные виды птиц, в следствии чего природным материалом для исследования должны служить птицы, погиб- 1 шие случайно, при специализированном отлове, например санитар-но-эпидимиологическом, а также охотничьем промысле.

Цель работы. Обосновать эффективность мониторинга и оценки воздействия ХОС на лесные экосистемы по накоплению ХОС в организме лесных птиц и предложить соответствующее методическое обеспечение.

Задачи исследования. Для выполнение поставленной цели необходимо решение следующих- задач: - • . ..

1. Разработать единую методику отбора, предварительной подготовки, химическому анализу проб, а тачке последующей обработки и интерпретации данных по загрязнению птиц хлорорганичес-кими пестицидами (ХОП) и полихлорированными бифешяами (ПХБ).

2. Получить данные об уровпях загрязнения ХОП и ПХБ выбранных лесных оседлых нехищных птиц в лесах на Европейской территории (Центрально-Лесной биосферный заповедник) и Азиатской территории (окрестности г. Ноябрьск, Западная Сибирь) России.

3. На основе проведенной обработки полученных данных выявить основные факторы и закономерности, определявшие накопление липофильных ХОС в птицах.

4. Разработать методический подход к прогнозу ожидаемых концентраций на другие виды по ¡концентрациям в отдельных обследованных видах и применить его к полученным данным.

5. Разработать метод оценки воздействия ХОС на лесные экосистемы по показателям их накопления^ организме лесшх птиц и

о __ - <.

продемонстрировать эффективность этого метода на примере конкретного исследования.

Научная новизна работы. Впервые получены данные измерений современных уровней содержания ХОП и ПХБ в основных оседлых видах птиц в лесной зоне России. Впервые обнаружена и доказана доминирующая роль интенсивности метаболизма как,, ведущего фактора накопления ХОС в птицах. Предложен новый методический подход к мониторингу и оценке воздействия ХОС на лесные экосистемы, который позволил провести оценку воздействия по данным наблюдений.

Дредаеши защит является.

1. Обобщение и анализ данных измерений содержания ХОС в организме птиц и их токсикологическая оценка.

2. Описание и анализ процесса поступления и накопления ХОС е организма птиц и подученные количественные зависимости.

3. Методическое обеспечение мониторинга воздействия ХОС на лесные экосистемы по показатели накопления ХОС в организме лесных птиц.

Практическое зазшгвие. Полученные количественные закономерности и разработанное методическое обеспечение для мониторинга воздействий ХОС на-лесные-экосистемы-эффективно дополнит существующий комплекс наблюдений за содержанием ХОС в геофизических средах. Показатель накопления ХОС в организме птиц является важной комплексной характеристикой, представляющей собой осредненные в пространстве и во времени показатели воздействия ХОС.

Методика выполнения измерений массовок доли хлороргачи-ческих пестицидов и полихлорированных бифенилов в тканях киеот-ных методом газо-жидкостной хроматографии подготовлены в качестве руководящего документа к аттестации и внедрению для использования на сети мониторинга, разработана методика анализа экстрактов методом газозой хроматографии высокого разрешения на отечественном оборудовании.

Материалы диссертации представлены в научный отдел Центрально- Лесного биосферного заповедника и вошли в летопись природы ЦЛБЗ.

Пубдцгзщц. По теме диссертации опубликовано в открытой печати 6 работ, кг них 3 в соавторстве.

)

апробация работа. Основные результаты диссертационной работы представлены: на 10-й Всесоюзной орнитологической конференции (Витебск,1991), Всесоюзной конференции по теории и практике газовой хроматографии (Нижний Новгород, 1990), на семинаре научного отдела Централь но-Лесного биосферного заповедника, на семинаре орнитологической секции Московского общества испытателей природы. Работа обсуждена на расширенном научном семинаре отдела мониторинга и оценки глобального загрязнения природной среды и динамики парниковых газов института Глобального климата и экологии. а

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и приложений. Она изложена на'^ страницах, содержит И рисунков и 20 таблиц. Список литературы содержит 95 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. "Накопление стойких липофнпышх ксенобиотиков в организме птиц." представляет собой аналитический обзор по проблеме глобального загрязнения животных ХОП и ПХБ. Особое внимание уделяется экотоксикалогическим вопросам загрязнения птиц. Обзор опубликованных, научных материалов по „загрязнению птиц ХОС, изложенный в настоящей работе, позволяет сделать ряд существенных обобщений, положенных в основу исследования:

1. Производство и выброс в окружающую среду большого количества устойчивых к воздействию концентрированной серной кислоты липофильных соединений с растворимостью в воде менее 7 мг/л и ярко выраженным токсическим воздействием будет иметь саше пагубные последствия для животных. Степень рассеивания в пространстве не имеег принципиального' значения.

2. Птицы, в силу физиологических, экологических и других биологических особенностей организации являются одним из самых уязвимых к воздействию ХОС компонентом животного мира.

3. Нормирование нагрузки ХОС на птиц следует проводить по концентрации в пересчете на экстрагируемые жиры. Воздействующий уровень при этом не зависит от анализируемой матрицы (яйца, мозг или мышцы) М1ри проведении оценки удобно оперировать тремя уровнями эффективных-доз воздействия. Нижняя граница зффектив-

ного воздействия является максимальная концентрация вещества, ниже которой не обнаружено проявление какого-то ни было соматического эффекта. Для ДЦТ(с метаболитами) она составляет 50 мг/кг в пересчете на липиды или 150 мг/кг по сумме пестицидов и ПКБ. Средний уровень воздействия характеризуется ярко выраженным эффектом, ■ оказывающим выраженное влияние, .на популяционную динамику большинства видов и составляет 200 мг/кг в липидах по сумме ДЦТ с метаболитами. Верхний уровень определяется летальным иди близким к летальному воздействием на значительную част*, особей и составляет для большинства видов 100 мг/кг в мозге, что соответствует 500-700 мг/кг в липидах.

4. В качестве показателя, характеризующего уровень накопления ХОС в птице и адекватно отражающего загрязнение ее местообитания, следует использовать концентрацию загрязняющего вещества в тушке или Е пересчете на средневзвешенную.

5. Концентрация в тушках птиц отракает средний уровень поступления ХОС за период от нескольких дней до 1-2х месяцев (период релаксации) по большинству токсичных ХОС.

Глава 2." Катода ксслэдованги"

2.1 Проащшапзевно-временная организация процесса, пробо-отбора. В 1988-90 гг на базе Центрально-Лесного биосферного заповедника (Тверская область) проведено обследование состояния загрязнения Х0П и ПХБ орнитофауны и изучены закономерности аккумуляции ХОС в птицах на фоновом уровне. Для сравнения данных по одной территории выбраны оседлые виды птиц, различающиеся по размерам и относящиеся к разным трофическим уровням - растительноядные (глухарь (Tetrao urogallus, L.), рябчик (Теtrastes bonassia, L.), чид (Spinus spinus,L.)) и насекомоядные - буро-головая гаичка (Parus uvntanus, Bald.) и желтоголовый королёк (Regulus re gil lus, L.~). Пробы добыты в разных участках буферной зоны заповедника методом отстрела. Отстрел проводился в осенний период (конец октября- ноябрь) и весной (начало апреля). Весной пробы отбирались до начала кладки яиц,' а осенью - спустя 4-5 месяцев после откладки яиц. Глухари и рябчики отбирались только самцы в сроки весенней и осенней охоты. Всего отобрано для анализа по 5 глухарей и рябчиков весной 1989 г. и по 4 глухаря и рябчика осенью 1988 г..

В феврале 1989 г. отобрано 5 проб синиц (Parus cinctus Bodd., Parus imntanus. Bald. ) и 2 пробы белой куропатки (Lagopus lapopus L. ) (мышцы) в окрестностях г. Ноябрьск, Тюменской области (Западная Сибирь).

2.2 Методика пробоподготовки.и объем выборки.

у воробьиных анализировались тушки без перьев, цевок и ¡слива. По одному рябчику из весеннего и осеннего отбора обработано как воробьиные, по тушке. Концентрация XDC в глухарях и - остальных рябчиках рассчитывалась как средневзвешенная'. Для этого определялось соотношение основных тканей и органов в птице методом расчленения и взвешивания. Производился отбор следующих тканей и органов: мышцы грудины, мышцы конечностей, желудочно-кишечный тракт.(включая печень), основные внутренние органы (сердце, легкое, почки ), мозг, шкура.

Всего проанализировано 102 пробы от 62 оссбей, в среднем характеристика загрязнения каждого вида за период проведена по результатам анализов 4-6 особей. Статистические расчета подтвердили необходимую достаточность объема выборки для характеристики с погрешностью в 50%, при р=0,05.

2.3 Методика выполнения измерений массовых долей ХОС в тканях животных. Методика выполнения измерений (МНИ) массовой доли ХОП и IDS в" тканях животных методом г аз'о-жид костной хрома-' тогрзфии предназначена для использования на сети по программе фонового мониторинга загрязнения животных. Данная методика подготовлена в виде руководящего документа (РД) на МВИ и представлена в отчете ло теме V.2.12 плана НИР-ОКР Госгидромета " Создать, усовершенствовать и внедрить методы определения загрязняющих веществ и аппаратуры в системе фонового мониторинга состояния природной среды" за 1991 год. Руководящий документ представлен в приложении диссертации. Метод анализа основан на одновременной двухкратной холодной экстракции ХОП и ПХБ органическими растворителями в ультразвуковой бане или встряхивателе с последующим высаливанием в 4% водном растворе хлорида натрия и очисткой пробы от соэкстрагированной жировой матрицу методом колоночной хроматографии на дезактивированной 4.Z воды окиси алюминия. Для устранения взаимного мешающего влияния ХОП и ПХВ, совместно присутствующих в пробах, применяется прямофазная высокоэффективная жидкостная •хроматография з полупрепаративном

варианте использования. Б качестве элюента используется п-гек-сан, разделение проводится на колонке с силикагелем типа смо-сорб-600. Выполнение измерений массовых долей ХОП и ПХБ в гек-сановых фракциях осуществляется методом газожидкостной хроматографии на набивных колонках и с использованием детектора типа электронного захвата на хроматографе "Цвет 560".

Перед колоночной очисткой гексановых экстрактов обязательно должно проводится определение содержания экстрагируемых жиров. Для этого из полученного гексанового экстракта отбирается аликвота (10-30 % объема экстракта). Аликвота наносится на предварительно' взвешенный бумажный фильтр, который повторно взвешивается после испарения растворителя (до постоянного веса). По разнице весов определяется содержание яира в аллквоте, которое затем пересчитывается на X жира во всей пробе. Отобранная для определения жира аликвота в последствии учитывается при расчете содержания анализируемых компонентов в пробах птиц.

С начала 90-х.годов газовая хроматография высокого разрешения стала доступным и относительно дешевым методом для проведения рутинных .анализов и в России. Созданы отечественные хро-матографические комплексы, пригодные для выполнения серийных анализов ХОП и ПХБ на капиллярных колонках с _электронно-зах?ат7 ным детектированием. Это потребовало разработки нового варианта хроматографического окончания методики методом газовой- хроматографии высокого разрешения, реализованного на отечественном приборном комплексе "Автохром" и программно-аппаратном комплексе компьютерной обработки хроматографической информации "Пслихром".

Глава 3. "Содержание глораргаилчаских соединений в организме лесных птиц, механизмы накопления и эффекты воздействия" посвящена описанию полученного экспериментального материала, на основе которого проведено изучение процесса накопления. ХОС в тканях птиц к выявлены основные факторы, определяющие этот процесс.

3.1 Содержание хлорорганических соединений в организме лесных птиц в Центрально-Лесной биосферном заповеднике. В 94 7. проб воробьиных птиц обнаружены остатки ГХЦГ с максимальной-концентрацией 0,1 ыг/кг по суше а- и г- изомеров в самке жел-. тоголоеого королька весной 1689 г.. JOST и его М2табаги?ы, в ос-

новном в виде пп'ДЦЭ, обнаружены во всех пробах воробьиных при максимальной концентрации в самках желтоголового королька -0,74- мг/кг. Для, тетеревиных птиц характерно почти полное отсутствие ХОС в концентрациях, существенно превышаицих порог обнаружения. Максимальные концентрации в тканях с наибольшим содержанием жира, печени и мозге. Из 18 проанализированных особей ( по 9 глухарей и рябчиков) остаточные количества пестицидов обнаружены у половины особей. Большая часть пестицидов содержалась в мышцах и желудочно-кишечном тракте (с печенью),, составляющие вместе около 60 % от веса птицы или 73 X мягких тканей. Как правило, если в пробе присутствуют изомеры ГХЦГ, то обнаруживаются и остаточные количества ДЦТ. В пересчете на средневзвешенную, концентрации ГХЦГ и ДЦТ (по сумме с метаболитами) в рябчиках и глухарях достоверно не различаются и составляют в 4 среднем 0,0010 в рябчиках и 0,0015 в глухарях по ЭДТ и ЕГХЦГ.

Полихлорированные бифенилы в тканях птиц обнаружены в 59Z проб воробьиных и лишь в трёх пробах тканей тетеревиных - печени, мозге и желудочно-кишечном тракте глухаря (К). Максимальная концентрация 1,6 мг/кг в пробе желтоголового королька.

Более 90Х ПХБ представлены пента и гексахлорбифенилами, тетрахлорбифеншгы составляют до 12, а гептахлорбифенилы и более хлорированные компоненты ПХБ составляют до 8 % общего галичест- - -ва. Средняя концентрация ПХБ в желтоголовых корольках 0,54; гаичках 0,12; чижах 0,05 мг/кг. Во всех рябчиках концентрации ниже предела обнаружения (НПО), лишь в 1ЕЛ проанализированных тканей глухарей обнаружены концентрации, незначительно превышающие НПО (максимально 0,03 мкг/кг в печени).

Представленные в таблице 1 осредненные результаты анализов показывают, что значения концентраций ХОС в тушках ' убывают в ряду желтоголовые корольки-гаички-чижи-тетеревиные, т. е. совпадают с уважением веса птиц. Максимальные концентрации в тушках самок желтоголовых корольков, вес которых минимален и составляет 5 г. Концентрации в рябчиках и глухарях достоверно не различаются.

3.2 Пути проникновения и период пребывания ХОС в организме плиц. Для решения поставленной задачи проведена оценка баланса ХОС в организме птиц на примере ДЦТ. Уровни загрязнения среды, химические, и физиологические . свойства соединения являются ти-

личными для всей группы хлорорганических полютантов. ДОГ в ор-

Таблица 1.

Концентрации ХОС в тушках воробьиных птиц на территории ЦЛБЗ за 1988-89 г. (мг/кг сырого веса)

ВИД Сезон No X Е ГХЦГ £ ИТ £ ПХБ

п жира

желтоголовый весна 5 6.3-10 0.023 0.178 0.413 королёк Ь.1 (±0.005) (±0.031) (±0.081)

самцы осень 4 2.5-6.6 0.012 0.034 0.105

4.5 (±0.004) (±0.011) (±0.017)

желтоголовый весна 3 2.8-7.7 0.039 0.331 0.958

королёк 5.0 (±0.017) (±0.127) (±0.214)

самки осень 2 5.6 0.015 0.042 0.430

(±0.005) (±0.270)

буроголовая весна 11 3.6-6.6 0.004 0.033 0.152

гаичка 5.3 (±0.001) (±0.009) (±0.022)

самцы и

самки осень 6 2.5-4.2 0.004 0.039 0.040

3.6 (±0.003) (±0.012) (±0.019

6.7-11.1 0.008 0.016 - 0.044

• чик весна 4 8.7 (±0.002) (±0.005) (±0.012)

рябчик весна 18. 6 0.001 • 0.001 <0.005

осень

глухарь весна 18 2 0.0015 0.0015 <0.010

осень

Примечание к таблице 1: В скобках даны значения ±СК0, в графе Ьшра над чертой диапазон величин, под чертой среднее.

ганизи птиц могут - поступать либо перорально с пищей и водой, либо в процессе дыхания из воздуха. Среднесуточный лоток пестицида с пищей оценивался по поступлению в кишечник птицы через произведение его концентрации в пищевых объектах и среднесуточного их потребления.

Потребление пищи птицами рассчитывалось по энергопотреблению. Для характеристики энергопотребления птицы в период, исключающий миграции, линьку и размножение, использован показатель энергии существования (ЕШ). Суточный энергетический бюджет (ПЕВ) в эти периоды равен энергии существования и включает ба-зальный метаболизм, энергию терморегуляции и активности.

- Зависимость энергии существования от температуры среды в первом приближении линейная, а энергия существования при стандартной температуре среды изменяется в зависимости от веса тела " экспоненциально.

Основные формулы и показатели для расчета энергии жизнедеятельности в разные периоды и для разных видов взяты из работ Дольника (1382), Гаврилова (1980), Потапова (1982).

В общем виде, формула для расчета энергии существования при определенной температуре среды выглядит следующим образом: '

ЕМК = ЕМ - М (1)

где': ЕМ (энергия существования при Т = О °С ' ' ' •

Ь- теплопроводность птиц).

Т - температура среды за границей термонейтральности, °С.

Среднесуточная пищевая потребность птиц рассчитывалась по формуле (2):

ПП = ЗЕВ/КК-Кут (2)

где ПП - среднесуточная пищевая потребнйсть птиц, в г.

Кут - коэффициент утилизации пищи, 0,3 для тетеревиных и 0,8 для насекомоядных птиц (Дольник 1982,Потапов 1985).

БЕВ - суточный бюджет энергии, в период когда нет линьки, миграций и размножения равен энергии жизнедеятельности (ВШ), в кдж/особь в сутки.

КК - калорийность кормов (Дольник 1982,0лыпванг 1980).

Средние концентрации ДДТ в основных растительных пищевых объектов приводятся по данным наблюдений на СК<Ш и составляют: в хвое 6 мкг/кг, ь .растительных кормах рябчика около 10 мкг/кг. Дгннгх по концентрациям пестицида в насекомых ПЛЕО нот, однако

г

известно, что в наземных экосистемах коэффициент накопления для насекомых относительно растительности колеблется в пределах от около 1 до 3, у хищных насекомых до 5- В среднем,-для большинства наземных насекомых коэффициент накопления равен 2,5, соответственно, средняя концентрация ДДТ в пищевых объектах насекомоядных птиц составляет 25 мкг/кг сухого веса.

ПО нашим данным, максимальное содержание в>тканях и поступление пестицидов в организм птиц наблюдается е зимне-весенний период. Летом и осенью величины ниже. Представленные данные характеризуют баланс ДЦТ в организме птиц ЦЛБЗ в наиболее критичный период (табл. 2).

Таблица 2.

Баланс ДЦТ в птицах в зимний период.

ввд потребление г сух.веса в сутки поток мкг в сутки запас ДДТ в птицах (мкг ) период обновления запаса (сутки)

глухарь 260 1.56 6.30 4

рябчик 54 0.54 1.36 >3

буроголовая 3.8 0.09 0.36 4

гаичка

желтоголовый 2.7 0.069 0.98 14

королек

При регистрируемых на СКСМ уровнях концентраций ХОП в воздухе суточное поступление пестицидов в организм птиц с дыханием при 100% абсорбции не может превышать 1 нг для ГХЦГ и для ДДТ у корольков и 20 нг у тетеревиных. Величины составляют весьма незначительную долю от потека ХОП с пищей (менее 0,5%). Большую часть влаги птицы получают с пищей, непосредственно поступление ХОП с водой при питье весьма низкая величина (не более 1 % пищевого потока), которой можно пренебречь.

Расчеты проведены также для ГХЦГ, для ПХБ (4-5 атомов хлора на молекулу) закономерности накопления проявляются как и для ДДТ, в следствии весьма близких биоаккумудяцзганных свойств этих соединений.

Таким образом, '98-99Х ДДТ и других аналогичных ХОС ( ГХЦГ, ПХБ) в организм птиц поступают с пищей. Факт определяющей зависимости питание - концентрация позволяет связывать содержание ХОС з теле птиц не только с концентрациями полютантов в различных пищевых объектах, но и с интенсивностью обмена веществ.

Отношение среднесуточного потока воздействия к содержанию ХОС в птице определяется как среднее время пребывания вещества в организме животного (СВП) и характеризует временной отрезок, за который концентрация в тушках птиц отражает средний уровень поступления ХОС (период релаксации).

Таким образом, по нашим данным, реальное среднее время пребывания. ДДТ в организме птиц составляет (с учетом возможных погрешностей) 15-30 дней. Для ГХЦГ период не превышает 15 суток. Концентрации ПХБ, по литературным данным (см.гл.1), отра- 4 жалт уровень загрязнения с инерционностью не более 2 месяцев. Следовательно, для взрослых особей возраст не может играть определяющей роли, в то время как вполне логично ожидать проявление сезонных различий в концентрациях ХОС в теле животных.

3.3 Регрессионная модель процесса накопления ХОС. Взаимосвязь концентрации полютантов и массы птицы можно объяснить увеличением интенсивность метаболизма с уменьшением размеров тела. Первопричиной этого является увеличение удельной' площади по- ' верхности с уменьшением объема тела, что вызывает увеличение

теплопотерь через поверхность тела на единицу объема (массы)__.

тела. Зависимость характеризуется экспоненциальным ростом теплопотерь на единицу массы тела при снижении массы животного.

- Для исследования взаимосвязи концентраций ХОС с потреблением энергии птвдей удобно использовать удельный показатель метаболизма, то есть энергию жизнедеятельности (см. п.3.2), приведенную на 1 г веса птицы- Этот показатель можно определить ка1< интенсивность метаболизма (энергетического обмена), выражается в кдж/г в сутки. Рассчитанные средние показатели по выборке представлены в таблице 3. Все значения приводятся в кдж/пти-цу в сутки. Для описания общей зависимости между интенсивностью метаболизма и концентрацией ХОС в теле птиц использовались полученные - данные по всем проанализированным особям.

Регрессионный анализ полученного материала позволил выявить форму зависимости, математически ее описать и оценить дос-•

товерносхь полученных параметров. Сравнение регрессий' разного Еида показало, что наиболее полно зависимость описывается регрессией показательного вида, где величины концентраций прологарифмированы перед вычислением регрессии (табл. 4 формула(З)).

Таблица 3.

Масса тела (т), энергия существования (Емй) и интенсивность метаболизма (Е) для разных видов птиц ЦЛЕЗ за 1988 г. (в г.кдж/птицу сутки и кдж/г сутки).

вид период масса тела Энергия существования (ЕМИ) Иктенс. мет.(Е)

желтоголовый теплый 5.5 ■ 31.5 5.7

королек холодный 5.5 49.7 9.0

буроголовая теплый 10.9 52.2 со

гаичка холодный 10.8 63.8 6.5

чиж холодный 12.9 77.4 6.0

рябчик' ' теплый 360 " 322 ' ' 0.90

холодный 340 338 0.99

глухарь теплый 4200 1399 0.33

холодный 4200 1442 0.34

Обнаруженная взаимосвязь накопления ХОС с интенсивностью метаболизма определяется увеличением кумуляционного эффекта с увеличением удельного поступления ХОС е организм птиц. Экспоненциальная модель является наиболее простой и в то же время достаточно реально отражающей кинетику накопления и' деструкции пестицидов в природной среде и в организме животных. Разные вещества накапливаются в организме птиц с различной эффективностью. Очевидно; коэффициент корреляции и параметр наклона регрессии-связаны с биоаккумуляционными свойствами вещестЕ. Например, для ГХЦГ получены минимальные показатели, при этом ГХПГ характеризуется меньшей устойчивостью в окружающей среде и

руемые в птицах значения в 4-5 раз ниже ( с учетом максимальных погрешностей) критических значений дозы воздействия (см.гл. 1). Это позволяет сделать вывод об отсутствии у обследованных птиц соматических нарушений, вызываемых воздействием критических доз ХОС и проявляющихся в нарушениях поведенческих реакций,, утонь-шении скорлупы яиц и др. в период проведения исследования.

Однако, учитывая неопределенность воздействия латентных доз, и синергический эффект с тяжелыми металлами и другими по-лютантами, нельзя с уверенностью отрицать, пусть незначительное, воздействия. ДДТ, ГХЦГ и большинство индивидуальных компонентов ЛХБ обладают мутагенными и канцерогенным!! свойствами, проявление которых не связано с пороговой концентрацией. Однако воздействия такого рода лежат в области неопределенности и не могут быть обнаружены стандартными экологическими методами.

Глава 4. Использозаюте лесных птиц как объекта мониторинга и оценки воздействия ХСС на лесные экосистемы.

4. ^ Обоснование использования птиц, как объекта мониторинга загрязнения природной среды. Преимущество использования птиц как объекта мониторинга загрязнения ХОС наземных экосистем, накопление ХОС з организме, которых достоверно отражает реальную экологическую нагрузку загрязняющих веществ на всех животных экосистемы, сводится к следующим отличительным особенностям экологии и физиологии птиц: 1) Птицы являются основной группой наземных животных, отличающихся трехмерным способом использования пространства. Это особенно важно для'лесных экосистем с их развитой ярусностью. 2) Активность перемещений по трофической территории значительно выше, чем у других групп животных. 3) Большинство оседлых видов птиц держатся в течении всего года на ограниченной территории от нескольких гектар до 100-500 км2. Для проведения характеристики и оценки загрязнения на уровне ландшафтов и выше указанные размеры"пространственного осреднения являются оптимальными. Миграции птиц не является серьезным препятствием для получения характеристики загрязнения исследуемой территории, так как в определенные сроют (например гнездование) птицы держатся на ограниченной территории в течении периода, превышающего период релаксации ХОС в организме птиц. 4) Концентрации ХОС в организме птиц, ' особенно мелких видов во-

робьикых, выше, чем в других, компонентах лесных экосистем. Это связано, с высоким уровнем обмена веществ у этих видов и с затрудненностью разложения стойких ХОС в организме птиц.

4.2 Нормирование уровня загрязнения экосистем ХОС по показателю их содержания в организме птиц.. В условиях множественных путей воздействия и переноса загрязнителей, что имеет место при глобальном загрязнении природной среды, учет всех возможных путей распространения и трансформации' загрязняющих веществ для выработки допустимых экологических норм для всех звеньев экосистем нерентабелен и, подчас, невозможен. Предлагается следующий методологический подход к экологическому нормирован™ и оценки воз* действия хлорорганический соединений на естественные наземные экосистемы ( на примере лесных экосистем). В уникальных природных территориях (например в биосферных заповедниках) исключается выпадение (гибель или резкое сокращение численности) любого биологического вида. Допустимая нагрузка, таким образом, может определяться "критическим звеном" вс&й экосистемы, которым может оказаться какой-либо отдельный вид (Израэль 1977, 1984).

Птицы являются наиболее уязвимым к воздействию ХОС компонентом экосистем, накопление загрязняющих веществ в организме которых характеризуется наибольшими коэффициентами. Следовательно," нормирование нагрузки можно производить по уровню воздействия на птиц. Допустимые концентрации ХОС должны нормироваться по концентрации ХОС в пересчете на содержание липвдов, так как именно эта величина отражает реальный уровень воздействия загрязнения на организм животного и не зависит от отобранной ткани и физиологического состояния животного. Концентрация в экстрагируемых жирах отражает реальную нагрузку на организм и определяет концентрации в тканях, крови и яйцах птиц.

В соответствии с выявленной зависимостью, наиболее уязвимым из птиц ЦЛБЗ является желтоголовый королек, как самый мелкий вид. Критический период является 2-ая половина зимы и ранняя весна. Именно в этот период при высоких энергозатратах долготы наблюдаться максимальные концентрации ХОС. Кроме того, птицы в конце зимы ослаблены, содержание жира е тканях снижается. В суровую зиму, при сохранении в течении длительного периода температуры ниже 15°С, уровень метаболизма у желтоголового королька может достигать 11,5 кдж/г сутки. Такому уровню обмена, по нал:ей

регрессии соответствует концентрация ДДТ 0,64±0,38 мг/кг., по сумме ПХ5 2,6±1,6 мг/кг. Соответственно, в жире птиц концентрация будет достигать (при 57. жира) 12,8 (максимально 20) и ч52 (максимально 84) мг/кг тара.

Основываясь на., предположении, что полученная зависимость может сохраняться и для хищных видов, намеренное истребление которых для проведение экологических исследований недопустимо, можно вывести математическое выражение, описывающее накопление ХОС з организмах орнитофагов. В формуле зависимости,С=а-ЬЕ для птиц-орнитофагов показатель загрязненности пищевых объектов -параметр "а" принимает вид: a=k-b~E2 . а зависимость концентрации от уровня энергетичесгаго обмена принимает вид (4):

С=(к-а-ЬГЕж)-Ь2ЛЕх, (4) -

где: к - коэффициент трансформации (редукции);

bi- наклон регрессии для жертв; Ьг наклон регрессии для хищника; ЕК- уровень энергетического обмена жертв; Ех~ уровень обмена хищника.

При b\=bz формула принимает вид :

C=ft-a-fT( Еж-ьЕу) (5)

В первом приближении, К трансформации близок к 1, т.к. более высокий коэффициент утилизации пищи и высокая калорийность пшеЕых объектов частично компенсируются высоким коэффициентом абсорбции ХОС в кишечнике хищных птиц за счет особенностей кишечника и высокой жирностью тканей жертв.

В формуле (5) наглядно показаны причины аккумуляции ХОС в животных по трофической цепи за счет суммирования трансформируе-. мой животными энергии, и, соответственно, увеличения потока по-лютантов, содержащихся в потребляемых пищевых объектах. Наибольшие концентрации следует ожидать у мелких сов, в частности воробьиного сыча (Glaucidium passerinum L.), особенно в зимнее время. Зимой -основным кормом сычей служат мелкие лесные воробьиные. Уровень метаболизма жертв при средней температуре воздуха в -5 °С и весе тела 9 г составляет 7,4кдж/г сутки. Уровень метаболизма воробьиного сыча при той же температуре - 3,8. Используя формулу зависимости (5) получаем ожидаемые концентрации для ОШ 0,62±0,37 мг/кг, по £ ПХБ 2,5±1,5 мг/кг .

Таким образом, доза воздействия ХОС на птиц ЦЛБЗ ниже эф-

фективной.- Летом, при более низком уровне метаболизма птиц, концентрации ХОС во всех наземных птицах значительно ниже. Перелетные виды к конце лета, по видимому, не отличаются по концентрации ХОС от оседлых. Соответственно, даже при больших потерях жира в период перелета, соматический эффект ХОС не проявляться, тек более исключены летальные исходы.

4.3 Сравнительная оценка содержания ХОС в организме пшиц, измеренных в ЦЛБЗ и Западной Сибири. Заключительный раздел главы посвящен сравнению нагрузки на наземные экосистемы ЦЛЕЗ и Западной Сибири по разнице в загрязнении птиц. Среднее значение концентраций в синицах из Западной Сибири ГХЦГ - 0,019 мг/кг, по ДЦТ 0,028 мг/кг,.ПХВ ниже предела обнаружения. Так как серо-головые гаички несколько больше, а температуры в Сибири в период отбора были значительно ниже, для правомерного сравнения необходимо провести нормирование данных по интенсивности метаболизма. Параметр "а" в формуле зависимости отражает степень загрязнения территории. Нормирование по интенсивности метаболизма заключается в вычислении значения параметра загрязнения при использовании полученного по птицам ЦЛБЗ значения степени биоаккумуляции ("Ь"), характеризующего кумулятивные свойства определенного вещества или группы веществ. Вычисленное среднее значение параметра загрязнения для птиц Западной ' Сибири составляет для ГХЦГ 1,7 (±0,05) и 0,18 (±0,10) для ДЦТ, Для птиц ЦЛЕЗ, соответственно, 0,90 и 0,66 (см. табл.4).

Таким образом, загрязнение птиц Западной Сибири в 2-2,5 раза выше по . ГХЦГ и в 2-3 рада ниже по ДЦТ относительно п*иц ЦЛБЗ. Это согласуется с известными данными по различию в загрязненности ХШ приземны^ слоев атмосферного воздуха над фоновыми районами Европейской и Азиатский территории СНГ £63. ПХБ в птицах из Западной Сибири не обнаружено, используя значения концентрации ПХБ для пересчета равным 0,5 предела обнаружения, можно сделать вывод, что интегральная нагрузка ПХБ на экосистемы обследованного пункта в Западной Сибири примерно в 20 раз ниже, чем в ЦЛБЗ.'

С целью минимизации ущерба дикой природе, дальнейшее - продолжение исследования должно быть ориентировано на реализацию -программы мониторинга, основанной на сборе ненасиженных яиц из искуствекно созданы* гнездовий.

ВЫВОДИ.

1. Уровни загрязнения оседлых лесных птиц в Центрально-Лесном биосферном заповеднике (ЦЛБЗ) оцениваются в пределах: от 0,001' до 0,05 мг/кг сырой массы для ГХЦГ; от 0,01 до 0,6 мг/кг сырой массы для ДЦТ; для ПХБ от <0,01 до 2 мг/кг в зависимости от вида, размера и пола особи и сезона пробоотбора. Загрязнение птиц Западной Сибири (окрестности г. Ноябрьск) в 2-3 раза выше по ГХЦГ и в 2 раза ниже по ДЦТ. Содержание ПХБ в птицах Западной Сибири значительно ниже, чем в ЦЛБЗ.

2. При существующих уровнях загрязнения природных сред в обследованных районах выраженного воздействия токсичных ХОС на лесных птиц нет. Во всех видах птиц обследованных лесных экосистем расчетные концентрации ХОС в птицах при неблагоприятных условиях не достигают критического уровня воздействия. Это позволяет сделать заключение, что интегральная экологическая нагрузка ХОС на лесные экосистемы'ЦЛБЗ, в сопредельных регионах и в Западной Сибири ниже уровня аффективного воздействия.

3. Основным путем поступления ХОС в организм птиц является трофический; то есть 98-99% всех ХОС поступают в организм птиц перорально с пищей. Период релаксации/ определяемый через среднее время пребывания ХОС в организме птиц, составляет от нескольких дней до 1-2 месяцев, в зависимости от вида птшш, химической устойчивости и липофильности загрязняющего вещества.

4. Различия концентраций ХОС между видами птиц лесных экосистем, обитающих на одной территории, определяются интенсивностью энергетического обмена этих видов. Чем больше потребление энергии на единицу ,веса особи, тем выше концентрации ХОС в теле животного. Таким образом, различия в характере питания, определяющее положение в трофической цепи, у разных видов опосредовано учитываются через показатель интенсивности метаболизма.

5. В силу ряда физиологических и экологических особенностей своей организации, птицу наиболее подвержены воздействию ХОС из всех классов наземных животных. Поэтому, согласно кон^ цепции оценки состояния природных экосистем по состоянию наиболее уязвимого компонента (концепция "критического звена"), воздействие загрязнения ХОС на экосистему может быть определено по его воздействию на пткц. Основанием для этого являются так же

следующие индикационные особенности птиц: а).Концентрации ХОС в птицах адекватно отражают интегральную нагрузку загрязняющих веществ на экосистему в целом, б) Высокие уровни накопления. ХОС в организме птиц повышают качество результатов химического определения. в) Размеры активно используемой птицами индивидуальной территории оптимальны для проведения оценки загрязнения экосистем на ландшафтном уровне.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Афанасьев М.И., Буйволов Ю.А., Вулых Н.К. Применение газовой и жидкостной хроматографии в фоновом мониторинге загрязнения природной среды полихлорбифенилами. Тезисы докладов на Всесоюзной конференции по теории и практике газовой хроматографии. г.Нижний Новгород, 1990 г.

2. Буйзолов Ю.А. Содержание хлорорганических соединений в синицах окрестностей г.Ноябрьск (Тюменская обл.) . Материалы 10 Всесоюзной орнитологической конференции, ч.2, Кн. 2.Минск: 1991: с.81.

3. Буйволов Ю.А. Фоновое загрязнение птиц Центрально-Лесного биосферного заповедника хлороорганическими соединениями (1988-89). Материалы' 10 Всесоюзной орнитологической-конференции, ч.2, Кн. 2.Минск: 1991. с. 82.

4. Афанасьев М.И., Буйволов Ю.А., Вулых Н.К., Загрузина А.Н. Фоновое содержание хлорорганических пестицидов и полихло-рированных бифенилов в природных средах (по мировым данным). Сообщение 6. Мониторинг фонового загрязнение природных сред м, Гидрометиздат,1991, с. 57-80.

5. Буйволов Ю.А. Загрязнение птиц Центрально-Лесного биосферного заповедника хлорорганическими ксенобиотиками. В кн. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. Обзорная информация. ВИНИТИ, N 5, 1993, С.83-93.

6. F.Ya. Rovinsky, М. I.Afanasjev, Yu.A. Buivolov, N.K.Vu-lykh and A.N.Zagruina Background pollution by organochlorine pesticide and Ьепго(а)ругепе over the territories of the East European countries (1982- 89).- Journal of Ecological Cnemist-ry. "Alga" St.Petersburg, 1

Подписано к печати О ¿ 199-3 г. Отпечатано на ротапркнтв в Формат бумаги 30x42/4 Производственной комбинате Объем 3 И-'Л-Литературного фозда Зак. ? ¿О Тир. loo