Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Птицы и млекопитающие Карелии как индикаторы антропогенных загрязнений

ВАК РФ 03.00.08, Зоология

Автореферат диссертации по теме "Птицы и млекопитающие Карелии как индикаторы антропогенных загрязнений"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РГ Б ОД РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ■

Петрозаводский государственный университет

- 2 ОПТ 1995

На правах рукописи

МЕДВЕДЕВ Николай Владимирович

ПТИЦЫ И МЛЕКОПИТАЮЩИЕ КАРЕЛИИ КАК ИНДИКАТОРЫ АНТРОПОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ

Специальность 03.00.08 - зоология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Петрозаводск 1995

Работа выполнена в Институте леса Карельского научного центра Российской Академии наук.

Научный руководитель - член-кор. РАН. доктор биологических наук, профессор Э.В.Ивантер

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

И.Л.Туманов

кандидат биологических наук А. В. Коросов

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

Защита состоится "_" октября 1995- года в "_" часов

на заседании специализированного совета К 063. 95. 02 Петрозаводского государственного университета по адресу: 185640', г. Петрозаводск, пр. Ленина 33, Петрозаводский государственный университет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Петрозаводского государственного университета.

Автореферат разослан "Ж" сентября 1995 г.

Ученый секретарь ' специализированного совета^^^. кандидат биологическихжаук

зенбаев

ОБЩАЯ' ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одна из острых проблем современности - загрязнение природной среды токсичными веществами (тяжелыми металлами, хлор- и фосфорорганическими соединениями и др.). Их основные источники - промышленные.отходы, а также пестициды, применяемые'в сельском хозяйстве. Многие из этих соединений очень устойчивы или же могут превращаться в устойчивые токсичные формы. Накопление их в организме приводит к отравлению, возникновению тяжелых заболеваний и, т. о. представляет опасность для человека. В полной мере испытывая на себе пагубное воздействие антропогенного загрязнения биосферы, птицы и млекопитающие в то же время являются индака-• торами наличия этого загрязнения, а также - мониторами состояния природной среды. Животные-биоиндикаторы позволяют судить о степени опасности тех или иных веществ для живой природы и для человека и дают возможность контролировать действие любых синтезируемых человеком соединений.-

Цель и задачи исследований. Целью данной работы явилась попытка оценить степень антропогенной нагрузки на природную среду региона с помощью птиц и млекопитающих Карелии как индикаторов загрязнений.' А также - выявить степень опасности конкретных поллютантов для фауны республики и разработать рекомендации по налаживанию системы контроля качества природной среды с помощью животных-биоиндикаторов.

Научная новизна. Исследованы различные виды птиц и млекопитающих Карелии в качестве видов-биоиндикаторов состояния природной среды региона и выбраны те из них. которые в наибольшей* степени отвечают критериям, предъявляемым к животным в биоиндикационных исследованиях. Из проанализированных органов и тканей животных выявлены наиболее подходящие в качестве чувствительных и надежных индикаторов загрязнения природной среды. Установлены основные факторы, влияющие на степень загрязненности животных различными токсикантами, характер распределения поллютантов в организме. Выяснены основные пути поступления тех или иных загрязнителей природной среды в организм животных и механизмы избавления последних от ксенобиотиков. Проведено сравнение степени загрязненности

карельской.фауны различными токсикантами с таковым в аналогичных видах животных из других регионов и дана оценка возможности негативного влияния поллютантов на исследованных животных и на популяции в целом. Даны рекомендации по ограничению употребления человеком в пищу некоторых органов у тех или иных видов животных, в связи с высоким содержанием в них тяжелых металлов. На основании проведенных исследований оценена не только степень загрязненности карельской фауны различными токсикантами, но и состояние природной среды региона в целом, наземных (лесных) и водных экосистем Карелии.

Практическая ценность. Выполняемая работа являлась частью темы N 09 "Оценка экологической ситуации в Карелии". Исследования проводились лабораторией охраны природы Института леса Карельского НИ РАН. Выводы диссертации могут служить основой при создании системы мониторинга состояния природной среды региона в целом или отдельных его экосистем а помощью животных-биоиндикаторов. Результаты работы можно использовать в качестве гигиенических рекомендаций по безопасному употреблению в- пищу мяса охотничье-промысловых животных.

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на республиканской конференции молодых ученых "Актуальные проблемы биологии и рациональное природопользование" (Петрозаводск, ■1990); первом Международном симпозиуме "Зооиндикация и эко-токсикология животных в условиях техногенного ландшафта" •(Украина,.Днепропетровск, 1993); первом Международном симпозиуме "Экологические проблемы Ладожского озера" (Санкт-Петербург, 1993); Международной конференции "Тюлени Балти-ки-94" (Швеция,. Ньючепинг, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, 2 статьи находятся-в печати.'

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 151 странице машинописного текста, состоит из введения, шести глав, заключения, иллюстрирована 13 рисунками и 33 таблицами. В списке литературы указаны 200 источников, в том числе 51 на русском и .149 на иностранных языках.

ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ ЭКОТОКСИКОЛОГИЙ ПТИЦ И МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Концепция видов-индикауоров антропогенных загрязнений. В полной мере испытывая на себе пагубное воздействие антропогенного загрязнения биосферы, птицы и млекопитающие в то же время являются индикаторами наличия' этого загрязнения, а также - мониторами состояния природной среды. Д. А. Криволуц-кий и др. (1983) считают, что только биоиндикаторы позволяют судить о степени опасности тех или иных веществ для живой природы и для человека и дают возможность контролировать действие любых синтезируемых человеком соединений. Преимущества "живых индикаторов" заключаются в следующем:

1 - Суммируют все, без исключения, биологически важные данные об окружающей среде, отражают ее состояние в целом, включая загрязнение и все.антропогенные изменения.

2 - Показывают скорость происходящих в окружающей среде изменений, 'тенденции ее. развития.

3 - Указывают пути yi места скопления в экосистемах различного рода загрязнений, возможные пути попадания этих агентов в пищу человека.

Авторы полагают (там же), что, анализируя состояние популяций животных-индикаторов, можно:

■ 1 - -Дать санитарную характеристику состояния среды по отношению к факторам промышленного загрязнения.

2 - Оценить степень риска от внедрения новых антропогенных факторов в биосферу.

3 - Составить кратко- и долгосрочный прогнозы изменения экологической обстановки.

В настоящее время разработана система критериев для выбора животных-биоиндикаторов (Криволуцкий и др.1983; Ellenberg et al.,1985), а также даны определения видов-индикати-ров и видов-мониторов антропогенного загрязнения природной среды. Согласно им, биоиндикатор - это организм или сообщество. легко соотносимые с определенными факторами природной среды, отражающие их состояние или служащие количественным показателем их изменений. Биомониторы - организмы, в которые включаются или накапливаются поллютанты и которые от-

ражают тенденции изменений концентраций последних во времени и пространстве.

Наиболее распространенные и опасные токсиканты природной среды, их влияние на живую природу. В настоящее время под токсикантами природной среды понимают такие вредные вещества. которые распространяются в биосфере далеко за пределы своего первоначального местонахождения и в связи с этим оказывают более или менее скрытое воздействие на животных или растения, а в ряде случаев и на человека. Это могут быть природные ядовитые вещества, например те, что рассеиваются по Земле в результате выделения газов вулканами (в частности, при извержениях), однако подлинные токсиканты - это, как правило, те ядовитые вещества, которые сам человек неосмотрительно включает в круговорот природы.

Из огромного разнообразия токсичных веществ, поступавщих в биосферу в результате человеческой деятельности, Д. А. Кри-волуцкий (1990) выделяет так называемую * '-'грязную дюжину" э'котокрикантов. Это тяжелые металлы и их соединения, пестициды, полихлорбифенилы. радионуклиды, нефть и ее производные. поверхностно активные вещества.

Степень изученности птиц и млекопитающих как возможных индикаторов антропогенных загрязнений. В зависимости от видов, выбранных в качестве индикаторов, их распространения! чрофического уровня, других биологических особенностей, определенные в них концентрации токсикантов могут отражать загрязнения различного характера, как-то глобальное, региональное или местное., а также временные тенденции этих загрязнений.

Животные, обитающие в отдаленных, не подверженных непосредственному загрязнению районах отражают общее загрязнение биосферы и его временные тенденции. '

Большое- внимани& было уделено, птицам и млекопитающим как индикаторам регионального и местного (локального) загрязнения. Результаты анализов на содержание ПХБ. ДДЕ и диелдрина. в яйцах, мышцах и печеш некоторых видов средиземноморских птиц показали сравнительно низкие уровни токсикантов (осо-

бенно, по сравнению, с Балтийским морем и Великими озерами g Северной Америке), что позволило сделать вывод о незначительном загрязнении средиземноморского региона хлорорганк-ческими соединениями (Bourne & Bogan. 1980). Кук с соавторами (Cooke et al.,1980) установили, что содержание хлороргг-нических соединений во внутренних органах хищных птиц Великобритании в значительной мере соответствовало уровню загрязнения территорий, с которых брались выборки. Определение хлорорганических соединений и тяжелых металлов в тканях тюленей Балтики (Pertilla et al.,1986). Белого моря (Жуленко и др.,1981), Каспия (Крылов, 1990) и Байкала (Бобовникова и др. ,1986; Грошева. 1988;' Корнакова и др., 1988) выявило степень антропогенного влияния на экосистемы, этих водоемов.

Наземные млекопитающие также отражают географические различия в .степени загрязненности отдельных территорий. Уровни токсикантов в косулях и зайцах-русаках Европы (Kryns-kl et al.-.1982; Lutz, 1985; ' Pfeiffer et al.. 1987; Rlmtas & Wolf.. 1987; Kock et а1.Л989), в почках коров Дании (Andersen & Hansen, 1982). в" лосях Норвегии (Froslle et al.. 1984) й Канады (CFète et al. , 1987), a также в белохвостых оленях США' (Woolf et al. ,.1983) совпадают с таковыми в почве, мхах й лишайниках и с выпадениями их-из атмосферы.

Птицы и млекопитающие - это не только биоиндикаторы наличия или отсутствия того или иного вида загрязнения, но также - биомониторы временных тенденций в антропогенном загрязнении биосферы. Анализ остатков хлорорганических пестицидов и тяжелых металлов в яйцах и во взрослых птицах выявил устойчивую тенденцию к снижению концентраций ксенобиотиков в течение 70х годов, т.е. после введения запрета на производство и использование хлорорганических и ртутьсодержащих пестицидов в Северной Америке (Bins te Prouty, 1979; Blus et al. , 1979a. b; Custer et al. ,1983 a; Nisbet & Reynolds, 1984 ) и в Европе (Kolvusaarl et al., 1980; Flmreite et al., 198Q; Barret et al..1985; Bergstrom & Norheim. 1986; Fasola et al.. 1987 ).. В то время наблюдалось уменьшение уровня загрязнения яиц серебристых чаек озера Эри ХОП с полупериодом в 1.7 года (Weseloh et al.. 1990). В 80-е годы продолжалось снижение концентраций остатков ДДТ и других ХОП. но скорость

этого процесса несколько уменьшилась (Hernandez et al.,1986; Gonzalez et al..1984; Venant et al.. 1984; Newton, 1990). Одновременно, с этим отмечалось увеличение толщины скорлупы у откладываемых яиц и успеха размножения (Oehme. 1987; Opdam et al.,1987; Chapdelalne et al., 1987) и. как следствие этого, восстановление популяций ястреба-перепелятника в Англии (Shrubb. 1985), хищных птиц и грача в Швеции (Malberg, 1973; Odsjo & Sondell, 1977; Wallin, 1984). Снижение уровней хло-рорганических соединений в тканях млекопитающих (заяц-русак, косуля, лисица) также последовало после введения запрета на использование пестицидов и отражало снижение концентраций этих поллютантов в биосфере (Kreil & Bregl. 1981; Brunn et al. , 1988).

Однако,, не смотря на общую тенденцию к снижению уровней хлорорганических соединений и некоторых тяжелых металлов в биосфере, в отдельных сильно загрязненных районах концентрации поллютантов были еще достаточно высоки и продолжали оказывать свое негативное влияние на фауну даже в конце 80-х годов rrillit et al.,1989; King et al., 1991).

Оценка роли поллютантов'в экосистемах, 'характер и степень их влияния на живую природу возможна только с учетом путей поступления токсикантов в организм животных. Один из важнейших таких путей - поступление с'пйщей, вот почему пищевые цепи являются основным механизмом передачи ксенобиотиков от одного трофического уровня - другому, и связанного с 9тим биологического концентрирования вредных веществ, -при котором конечные звенья пищевой цепи получают их в количествах. способных оказывать токсичное действие.

. По мере поступления в пищевые цепи, токсиканты аккумулируются в их конечных звеньях оказывая свое негативное воздействие на клеточном, гистологическом, организменном и по-пуляционном уровнях. Прежде всего это проявляется в нарушении репродукции животных. Для птиц - это снижение успеха гнездования, вследствие утоншения скорлупы откладываемых яиц (критическим считается утоншение на 14-20%), гибель эмбрионов. повышенная гибель птенцов во время и в первые дни после вапупления. высокий процент уродств у новорожденных.

Часто токсиканты, есла и не приводят к прямей гибели жи-

вотных, серьезно нарушают защитные функции иммуной системы, вследствие чего организм становится восприимчив к различным заболеваниям. Принявшая широкий размах эпизоотия вируса чумы хищных среди тюленей сильно загрязненных Балтийского и Северного морей - наглядное тому подтверждение (Brown, 1988).

Человек, употребляя в пищу мясо диких животных из областей. . значительно загрязненных токсикантами, сам может подвергаться опасности серьезного, отравления. Поэтому во многих странах был введен запрет или ограничения на использование дичи.

Таким образом, как птицы, так и млекопитающие являются^ подходящими биоиндикаторами анторопогенных загрязнений природной среды. В целях биоиндикации можно успешно использо-'вать различные органы и ткани животных: яйца и оперение птиц,■ шерсть зверей, пробы от внутренних органов, жировую, мышечную, костную ткани, рога:

Глава. 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ, РАЙОНЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ЛандшаФтно-климатическая характеристика региона исследований. В разделе дается краткая характеристика ландшафтов и климата, районов исследований.

Кратк'ая характеристика птиц и млекопитающих Карелии. В разделе приводятся данные- по общему числу видов птиц и млекопитающих. а также по числу видов животных, являющихся объектами охоты. Перечислены основные группы животных.

Материалы и методы. В основу написания диссертации был положен мáтepиaл, полученный от 7 видов млекопитающих: лось ( Alces alces L. ), лесной северный олень ( Ranglfer tarandus fenníca L.). кабан ( Sus scrofa L. ), бурый медведь ( Ursus arctos L.). белка обыкновенная ( Sciurus vulgaris L.), кольчатая нерпа Ладожского озера ( Phoca hispida ladogensls ) и Белого моря ( Ph.. hispida hispida Schreb. ), морской . заяц (Erlgnathus barbatus Erxl.), а также - от 8 видов птиц: тетерев ( Lyrurus tetrix, L.), глухарь ( Tetrao urogallus L.), рябчик ( Tetrastes bonasla L. ). чайка сизая ( Larus canus

- w -

L.), чайка серебристая ( L. argentatus Pontopp.), чайка озерная ( L. rldibundus L.). 1фачка речная ( Sterna hlrundo L.) и ворона серая (Corvus comix L.).

Для анализа отбщэались пробы внутренних органов животных: печени, почек, легких, сердца; пробы мышечной и костной тканей, пробы зубов, рогов, шерсти зверей и полетного оперения птиц. Общее число проб, включая пробы яиц из кладок, равняется 1200.

Сбор материала проводился в период с 1989 по 1993 годы. Пробы от лосей, медведей и кабанов были получены через вете--ринарную лабораторию рынка Петрозаводска во время вет.осве-детельствования добытых охотниками животных. Пробы полетного оперения тетеревиных птиц были получены с помощь« районных охотоведов Государственной охотничьей инспекции, после раздачи им листовок-инструкций для охотников. Для получения. проб'шерсти, костной ткани, зубов и рогов лесного северного оленя была использована коллекция черепов этого животного лаборатории зоологии. Института биологии Карельского научного центра РАН. Пробы внутренних органов, мышечной ткани и шерсти тюленей Ладожского озера и Белого моря были добыты от зверей, -погибших в рыболовных сетях летом (Ладожское озеро), либо в мережах в зимний период (Белое море). Пробы отбирались на рыбзаводе города Сортавала и в 'Базе гос.лова - рыбы города Беломорска. При отборе проб регистрировались пол, вес и возраст животных, а также, по возможности, вес внутренних органов (печень, почки и т.д:). У тюленей, за исключением морского зайца, возраст был определен путем подсчета годовых колец на поперечном шлифе клыка по методу Г. А. Клевезаль (1988). Данные о поле, возрасте и весе лосей, кабанов и. медведей были получены из регистрационного журнала ветеринарной лаборатории. Возраст белок и .тетеревиных птиц был определен добывшими их охотниками согласно, двум категориям - сеголеток, взрослое животное. Для всех добытых животных были известны дата и место добычи.

Большинство яиц сизой чайки, все яйца серебристой и сзернсй чаек были собраны с 27 апреля по 4 мая 1990 года из колоний на острове Святич. расположенном в устье реки Шуи, Яйца вороны были собраны на правом берегу реки. Шуя недалекс

от ее устья- 20 апреля 1990 года. Пять яиц сизой чайки были добыты в мае 1989 года на одном из островов озера Кончезеро, в 25 километрах к-северу от Петрозаводска. Большинство яиц речной крачки были собраны 30 мая 1989 года из колоний на Валаамском архипелаге Ладожского озера.

В собранном материале было выполнено 4800 определений таких элементов как ртуть, кадмий, 'свинец, медь, никель, цинк, сера, селен, а также - ДДЕ и линдан.

■Определение содержания микроэлементов проводилось методом атомно-абсорбционного спектрохимического анализа на спектрофотометре Perkln-Elmer 603. Ртуть определялась методом "холодного пара" на специальном анализаторе ртути "Юлия-2". Определение серы было выполнено колориметрическим методом на спектрофотометре Speccrd М-40. Хлорорганические пестициды были определены методом газовой хроматографии на хроматографе Gasochrora 1109. .

Полученный в результате химических анализов массив данных был обработан статистически на персональном компьютере IBM с использованием.пакета STATGRAPHICS. В связи'с тем, что распределение значений в большинстве случаев отличалось от нормального, помимо■ параметрических методов использовались также и непараметрические (Лакин, 1980: Поллард, 1982;. Иван-, тер, Коросов..1992). Для всех видов статистического анализа был-принят 95% уровень значимости.

ГЛАВА 3. ОХОТНИЧЬЕ-ПРОМЫСЛОВЫЕ МЛЕКОПИТАЮЩИЕ КАК ИНДИКАТОРЫ НАГРУЗКИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И СЕРЫ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ РЕГИОНА

Содержание тяжелых металлов в тканях и органах охот-ничье-промысловых млекопитающих. Одним из основных критериев при выборе животных-индикаторов антропогенных загрязнений является возможность сбора массового материала для его последующего анализа (Криволуцкий, 1983). Из крупных охот-ничье-промысловых зверей Карелии - это, прежде всего, лось и северный олень. Существующая в республике система обязательной ветеринарной проверки отстрелянных охотниками животных в вет.лабораториях позволила собрать достаточно репрезентатив-

ный материал.от добытых лосей, а также бурых медведей и кабанов. Материал по северному оленю был собран в 1990 году из коллекции лаборатории зоологии Института биологии Карельского НЦ РАН. Одновременно с этим был осуществлен сбор проб мягких тканей- белки обыкновенной непосредственно от добывших зверьков охотников.• Для анализа на наличие тяжелых металлов были использованы пробы следующих тканей: печени, почек, сердца, легких и мышечной ткани.

У всех исследованных видов животных максимальные концентрации Сс1 были обнаружены в почках • - известных органах-накопителях этого элемента . В то же время кадмий в значительных концентрациях был представлен в печени и легких, а мышечная ткань содержала минимальные уровни этого металла. Характерное для Сс1 накопление токсиканта с возрастом лучше всего прослеживалось в печени лосей' и почках медведей . Не было'обнаружена каких-либо статистически значимых различий между концентрациями кадмия, у животных разного пола во всех исследованных тканях. ' Не было найдено корреляций между концентрациями ей в различныхтгеанях у одних и тех "же животных за исключением отрицательной связи (г=-0.85, р<0.05) между уровнями этого токсиканта в. печени и мышцах кабана..

Самые высокие концентрации РЬ были найдены в легких: у •исследованных видов зверей, печень содержала средние, а мышцы и почки - минимальные уровни токсиканта'. Ни возрастных, ни половых отличий в загрязнении животных свинцом найдено не было. ' В то же время, были найдены-положительные корреляции между уровнями этого элемента в печени и почках (г=0.57, р<0.05} и в печени и легких (г=0.66. р<0.05) "медведя,' в печени и сердечной мышце (г=0.39. р<0.05) лося, в печени и сердце ( г=0.80, р<0,05), печени и мышечной ткани ( г=0.71, р<0.05) кабана. т

Как у лося, так и у медведя распределение меди в организме совпадало, т.е. печень'содержала максимальные концентрации Си, легкие и почки - средние, а мышцы - минимальные уровни этого металла . В самых высоких концентрациях никель был найден в легких, в то же время во всех остальных органах уровни этого элемента не- отличались друг от друга.. Так же как и никель, цинк, имел максимальные концентрации в легких у

исследованных животных, а его минимальные уровни были найдены в почках .

За исключением печени лося, Сс1 и РЬ положительно коррелировали в печени белки, медведя и кабана. Тот же характер связи был обнаружен в мышечной ткани северного оленя, мышцах и сердце лося. Статистически незначимая положительная связь между Сб й РЬ прослеживалась в легких лося и кабана..

Кадмий- отрицательно коррелировал с медью е легких лося (г=-1.0, р<0. 001) и медведя ( г=-0.82, рЮ. 10). а также - в печени медведя ( г=-0.76, р=0.06). Свинец положительно коррелировал с никелем в печени лося ( г=0.74. р=0.07), но.отрицательно - в почках медведя ( г=-0.87. р<0. 05).

Органы и ткани травоядных животных (лось, северный' олень) содержали значительна более высокие концентрации токсикантов. чем всеядные (кабан).

Мышечная.ткань' северного олэня содержала более высокие концентрации С<1 и РЬ, чем мышцы лося. Фрозлие (ГгозИе. 1984), обнаруживший такую же тенденцию при определении тяжелых металлов в печени лосей, северных и благородных, оленей Норвегии, объясняет это особенностями, питания копытных. Лишайники- основная пища северного оленя, являются известными накопителя}«! тяжелых металлов.

Не было найдено .значимых различий между концентрациями Сс1 и РЬ во внутренних органах лося и бурого медведя. По видимому, это объясняется тем,; что в южной Карелии медведь, пи-тается._ в основном,, растительной пищей ( Данилов. Туманов, 1976). Последнее и обуславливает схожие уровни Сс1 и РЬ в печени, почках и мышечной ткани лося и медведя.

Ткани белки содержали значительно более низкие -концентрации Са, чем ткани лося, медведя и оленя. .Это,- прежде всего объясняется возрастом исследованных животных, так как выборка по белке была представлена зверьками, первого и второго года жизни. В то же время: печень и почки- белок имели значимо более высокие концентрации РЬ. Грибы - известные накопители этого металла, являются одним из основных-кормовых объектов белки в Карелии (Ивантер.1975.1986).

Присутствие Сй в максимальных концентрациях в печени ■ и почках исследованных животных является доказательством тоге.

что поступление с пищей - основной путь проникновения С<3 в организм млекопитающих, в то же время, значительные уровни металла в легких позволяют предположить, что вторым важным^ путем проникновения Сс1 в организм является поступление его с атмосферным воздухом при-дыхании. Для кабана - это, возможно, основной путь.

Свинец, содержащийся в максимальных концентрациях в легких , наоборот, прежде всего поступает в организм при дыхании, а проникновение .его с пищей играет второстепенную роль. Обнаружение положительной коррелйдаи между уровнями РЬ в легких и печени медведя ( г=0.66. . р<0.05 ) и уровнями РЬ в легких и во всех других исследованных тканях кабана (корреляция статистически незначимая в виду малого размера выборки), является дополнительным доказательством основного пути поступления РЬ в организм посредством дыхания.

Положительная корреляция между Сй и РЬ в. тканях исследованных млекопитающих является доказательством существования одного источника происхождения и поступления токсикантов" в природную среду. В данном случае - атмосферные выпадения.

При сравнении степени загрязненности тяжелыми металлами одних и тех же видов млекопитающих из различных регионов с животными из Карелии, использовались данные о содержании тяжелых металлов, прежде всего, Сй, в лосях из соседних стран: Финляндии, Швеции, Норвегии, а также Канады и США. Уровни С<3 в печени карельских лосей несколько превосходят таковые у лосей Финляндии и. Скандинавии. Однако, авторы не указывавт средний возраст исследованных животных,.т. е. один из определяющих уровни са-"в организме факторов. Второй причиной, обусловившей более высокие уровни Сй в печени лосей Карелии, может служить рн почвы. Ионы Сй особенно подвижны в кислых почвах, каковыми и являются почвы.Карелии - (Почвы Карелии, 1981).

Концентрации са в шерсти и мышечной ткани лесного северного оленя практически не различались ( 0.63 и 0.58 ррт. соответственно). В то же время, РЬ в шерсти представлен в значимо больших концентрациях, чем в мышцах ( 5.40 и 2Л4 ррт, соответственно; 1=3.47. р<0.001).

Значимая положительная корреляция, найденная между боль-

шинством определяемых в шерсти элементов , монет служить доказательством как одного пути поступления токсикантов в организм оленя, так и эффективности "механизма очищения" животного, путем "сброса" поллютантов в шерсть. ".

Уровни кадмия, свинца и серы в костях лесного северного оленя. Кости содержали саше высокие концентрации С<1 и РЬ. Минимальные уровни металлов были обнаружены в рогах, а в зубах - средние концентрации токсикантов. Статистически значимой разницы между уровнями серы в рогах л костях оленей найдено не было. Концентрации токсикантов в тканях северного оленя не зависили ни от пола, ки от зозраста. исследованных животных.

Тесная положительная корреляция между Сс1 и РЬ' была найдена во всех трех исследованных тканях . В то же время, сера не коррелировала-ни с кадмием, ни со свинцом. Как для СсЦ . так и для РЬ была найдена положительная корреляция между концентрациями токсикантов в зубах и костях черепа одних и тех же животных (г=0.42 для са и г=0.41 для РЬ. р<0.001).

* Кости оленей,. добытых- в Карелии содержали более высокие концентрации тяжелых металлов, чем таковые от оленей,- отстрелянных в Архангельской области ( р<0.01). но не- было найдена' значимых различий: между концентрациями серы.

Однофакторный дисперсионный анализ показал, что концентрации токсикантов в костях оленей, отстрелянных в различных районах Северной Карелии значимо отличались друг.от друга .

Если сравнить концентрации РЬ в.различных тканях северного оленя ( мышечная, костная, шерсть ). то из полученных результатов видно, что основная часть содержащегося в организме свинца депонируется в скелете, а концентрации РЬ в костной ткани в 8 раз превосходят таковые в шерсти и в 20 раз - в мышечной ткани.

Глава 4. МОРСКИЕ МЛЕКОПИТАЮЩИЕ КАК ИНДИКАТОРЫ АНТРОПОГЕННОГО ВЛИЯНИЯ

Морские млекопитающие удовлетворяют большей части критериев для выбора вида.как биоиндикатора ( Криволуцкий, 1983). Но. если китообразные'из-за особенностей биологии, в частности - это ежегодные миграции на большие расстояния, в основном отражают глобальное загрязнение вод Мирового океана и его временные тенденции, то ластоногие чаще используются как индикаторы регионального загрязнения.

Уровни ртути во всех исследованных тканях нерпы Ладожского озера значительно превосходили таковые в аналогичных тканях у нерпы Белого моря. Как у ладожской нерпы, так и у нерпы Белого моря, ртуть в максимальных концентрациях была представлена в печени и в волосяном покрове, а в минимальных - в мышечной ткани . Для нерпы Ладожского озера были найдены половые и возрастные отличия в степени загрязненности животных ртутью . Концентрации Ня в волосяном покрове ладожской нерпы и в печени нерпы Белого моря также • увеличивались . с возрастом животных'( г=0.52 и г=0.60 при р<0.05, соответственно ).Что касается корреляций между концентрациями Ни в различных тканях у одних и тех же животных, то лишь для ладожской нерпы была найдена тесная положительная связь между уровнями" токсиканта в печени и в почках тюленей ( г=0.84, р<0.01 ). . .

Концентрации кадмия в печени и почках нерпы Ладожского озера были выше ( р<0.01 ) чем в "аналогичных тканях нерпы Белого моря . В максимальных концентрациях Сй был представлен в волосяном покрове и почках тюленей, мышечная ткань содержала его наименьшие уровни . Для С(3, как и для Ня была найдена аккумуляция с возрастом ( г=0.64, р=0.006 ) в печени ладожской нерпы, но половых различий в характере накопления токсиканта обнаружено не было. Для ладожской нерпы была найдена положительная связь между уровнями С<а в печени и шерсти ( г=0.53, р<0.05 )' одних и тех же животных, а у нерпы Белого моря -. между концентрациями поллютанта в почках и в шерсти (Г=0.69, р<0. 05 ).

Уровни свинца ■ в печени и почках нерп из обоих водоемов

были схожи, в то же время мышечная ткань и шерсть ладожской нерпы содержали более высокие концентрации РЬ. чем те же ткани нерпы Белого моря . Шерсть тюленей содержала максимальные уровни свинца, а в остальных тканях этот элемент был распределен равномерно . Не было найдено возрастных и половых отличий в характере накопления металла, за исключением корреляции с возрастом ( г=0.59, р=0.05 ) в печени нерпы Белого моря. Для ладожской нерпы была найдена отрицательная связь ( г=-0.73, р<0.01 ) между концентрациями РЬ в печени и волосяном покрове одних и тех же животных.

Во всех исследованных тканях ладожской нерпы, за исключением печени, концентрации никеля были достоверно выше, чем в тканях нерпы Белого моря . Как и в случае со. свинцом, в максимальных концентрациях N1 содержался в шерсти тюленей, а в остальных тканях он был распределен равномерно . Возрастных и' половых отличий в характере накопления N1 найдено небыло, за исключением отрицательной связи между концентрациями N1 в почках нерпы Белого моря и возрастом тюленей (г=-0.59. р=0.04 ). Для ладожской нерпы была найдена положительная корреляция ( г=0.59, р<0.05 ) между концентрациями N1 в почках и мышечной ткани одних и тех же животных.

В шерсти ладожской нерпы 2п был представлен в статистически значимо-больших концентрациях, чем у нерпы Белого моря. Волосяной покров животных содержал максимальные, а печки - минимальные уровни цинка . Возрастных и половых отличий в характере накопления 2п найдено не было. Так же не было обнаружено корреляций между концентрациям! металла в различных тканях.

Селен в печени ладожской нерпы был представлен в более высоких концентрациях, чем в печени нерпы Белого моря . Корреляционный анализ показал достоверную зависимость'между уровнями селена в печени тюленей обоих водоемов и возрастом животных ( г=0.92 - нерпа Ладожского озера и г= 0.58 - нерпа Белого моря, р<0.01 ), а также, между концентрациями селена и ртути ( г=0.62 - нерпа Ладожского озера и г= 0.88 - нерпа Белого моря, р<0.05 ).

Глава 5. ТЕТЕРЕВИНЫЕ ПТИЦЫ КАРЕЛИИ КАК ИНДИКАТОРЫ ВОЗМОЖНЫХ ГРАДИЕНТОВ НАГРУЗКИ ТЯЖЕЛЫХ ЬЕТАЛЛОВ НА ЛЕСНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Возможности использования оперения тетеревиных птиц для индикации антропогенных загрязнений. Одним из важнейших путей освобождения организма от токсикантов является накопление их в периодически сменяемых тканях (например, оперение птиц). Линька - основной путь экскреции тяжелых металлов животными ( Honda et al. .1985; Pedersen 8= Myklebust, 1991) Вот почему оперение птиц может являться высокочувствительным индикатором антропогенных загрязнений и. кроме того, обеспечивать прижизненное взятие проб, а также - возможность активного использования материалов музейных коллекций для выявления временных тенденций в загрязнении биосферы.

Тетеревиные птицы удовлетворяют основным критериям, предъявляемым к видам-индикаторам (Криволуцкий. 1983). Кроме того, перьевой материал; исключительно удобен для .сбора, транспортировки и хранения. В то же время, различные типы оперения, перья и части пера (опахало, . стержень) могут содержать концентрации тяжёлых металлов, значительно отличающиеся друг от друга ( Rose & Parker, 1982; Maller. 1984; Honda et al. ,1985; Goede, 1987).

Как показали результаты анализа, отсутствовали значимые различия в концентрациях тяжелых металлов в первостепенных маховых перьях левого и правого крыла . В рулевых перьях Hg, Pb. Zn и Си распределены равномерно, в то же время Cd и N1 в наибольших концентрациях представлены в центральных рулевых перьях. . Стержни как маховых, так и рулевых перьев содержали значимо меньше концентрации тяжелых металлов, чем опахала.

Концентрации тяжелых металлов в тканях тетеревиных птиц.добытых в различных районах Карелии. .

Сравнение концентраций элементов в оперении глухаря и рябчика ( t-test ) показало, что рулевые перья рябчиков содержали более высокие Уровни Cd и N1. чем перья глухарей ■(р<0.05,), а в маховых перьях рябчиков медь была представле-. на в более высоких концентрациях, чем в лаховых перьях глуха-

рей ( р<0.05 ). В то же время, уровни 7и были выше в оперении глухарей ( рулевые перья. р<0.01 ).

Результаты непараметрического дисперсионного анализа, Краскала-Уоллиса показали, что нет значимых различий в уровнях С<1 и РЬ в оперении глухарей добытых в различных районах Карелии . Так же не было найдено значимой разницы в

концентрациях этих металлов по градиенту запад-восток Южной Карелии ( птицы, добытые в Сортавальскцм. Питкярантском и Пудожском районах ).

Печень рябчика содержала значимо более высокие концентрации СД и Си ( р<0.01 ). чем печень глухаря и тетерева. Никель преобладал в почках тетерева ( р<0.05 ). Мышцы рябчика загрязнены кадмием в большей степени, чем мышцы двух других видов ( р<0.01 ). Таким образом, при сравнении степени загрязненности металлами различных видов тетеревиных с помощь» анализа оперения или внутренних органов, результаты совпадают. что еще раз доказывает возможность использования оперения птиц в целях биоиндикации.

Корреляционный анализ показал, что между многими элементами: определенными в полетном оперении как глухаря, так и рябчика существует положительная корреляция. Прежде всего выделяется тесная положительная связь (р<0.001) между уровнями Сс1. ■ найденная в различных типах оперения у обоих исследованных видов.

Что касается корреляций между элементами во внутренних органах и мышцах тетеревиных птиц, только в мышечной ткани и глухаря и рябчика найдена положительная связь (р<0.05) между уровнями С<3 и РЬ. Такая же корреляция была характерна и для исследованных травоядных млекопитающих (лось, северный олень). Относительно внутренних органов тетеревиных, лишь е печени _ глухаря прослеживалась положительная корреляция (р<0.05) между концентрациями свинца и цинка.

глава 6. ЧАЙКОБЫЕ ПТИЦЫ КАК ИНДИКАТОРЫ СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ОРНИТОФАУНЫ КАРЕЛИИ ХЛОРОРГАНИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Дпя определения степени загрязненности карельской орнитофауны' хлорорганическими соединениями, а также, возможного отрицательного влияния этих токсикантов на птиц, был произведен сбор яиц таких широкораспространенных и массовых видов чайковых Карелии, как серебристая, сизая и озерная чайки и речная крачка. Для сравнения с этими аквальными видами,' были исследованы также яйца серой вороны.

Яйца серебристой чайки содержали максимальные концентрации ДЦЕ: 0.204 мг/кг. Яйца вороны и озерной чайки имели минимальные уровни этого токсиканта: 0.04 и 0.07 мг/кг. соответственно. В яйцах сизой чайки и речной крачки ДДЕ был найден в средних концентрациях.

Однофакторный дисперсионный анализ и метод множественного сравнения Шеффе показали статистическую значимость различий в концентрациях токсикантов в яйцах исследованных видов ПТИЦ (Р= 5.33 для ДДЕ и Е=2.7 для линдана; с1П=4, с1Г2=47 ). Различия между уровнями ДДЕ были достоверны для всех видов, за исключением сизой чайки и речной крачки, а'для линдана значимые различия в концентрациях наблюдались между двумя группами: 1-серебристая,-сизая чайки и речная крачка и 2-озерная чайка, ворона.

За исключением яиц озерной чайки, для всех остальных видов была найдена положительная корреляция между концентрациями ДДЕ и линдана. В то же .время не было найдено отрицательной связи между уровнями токсикантов и толщиной скорлупы яиц исследованных видов.

Представленные низкие концентрации хлорорганических соединений. отсутствие доказательства их влияния на толщину скорлупы яиц и относительно стабильное состояние популяций исследованных видов свидетельствуют об отсутствии отрицательного воздействия хлорорганических поллютантов на чайковых Карелии.

ВЫВОДЫ

1. Обнаруженные в органах и тканях исследованных животных концентрации тяжелых металлов свидетельствуют о загрязнении лесных экосистем региона этими токсикантами. В то же время, содержание тяжелых металлов у большинства исследованных видов - ниже уровней, при которых поллютанты оказывают негативное, воздействие на организм.

2. Найденные в органах и тканях кольчатой нерпы Ладожского озера повышенные концентрации ртути свидетельствуют о значительном антропогенном загрязнении водоема, что способно оказывать отрицательное влияние как на организм отдельных особей, так и на популяцию тюленей в целом.

3. Уровень загрязнения птиц хлорорганическими соединениями (ДДЕ, линдан) в целом невысок и не способен влиять на успех их размножения.

4. У большинства изученных видов выявлена тенденция накопления поллютантов с увеличением возраста-животных. Найдены также и.половые различия в характере накопления некоторых токсикантов . ■

5. Отмеченные видовые различия в степени загрязненности птиц и млекопитающих объясняются особенностями питания животных. .

6. Основными органами-накопителями антропогенных загрязнителей являются печень, почки, легкие. . кости и шерсть (перья) животных. Мышцы содержат минимальные-концентрации токсикантов.

■ 7. Существует определенный риск при употреблении человеком в пищу печени и почек некоторых охотничье-промысловых животных (лось, северный олень, бурый медведь) из-за превышения установленных В03/ФА0 безопасных норм потребления , па кадмию.

8. Изученные виды птиц и млекопитающих можно использовать в качестве надежных- и чувствительных биоиндикаторов состояния-природной среды и степени еа загрязненности антропогенными поллютантами.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Медведев Н. В. Концентрации ртути, свинца и кадмия в печени и почках лосей из некоторых районов южной Карелии // Актуальные проблемы биологии и рациональное природопользование: Тез. докл. респ. конф. Петрозаводск, 1990. С. 68-69.

Медведев Н.В. Лесные охотничье-промысловые животные как индикаторы загрязнения лесных экосистем тяжелыми металлами // Зооиндикация и экотоксикология животных в условиях техногенного ландшафта. Тез. докл. 1-го Междунар. симп. Днепропетровск, 1993. С. 150.

Medvedev N., Panlchev N., Hyvärinen Н. Environmental toxicants in the Ladoga ringed seal// First International Lake ladoga Symposium. St. Petersburg, 1993. P. 39.

Medvedev N. Residues of chlorinated pesticides in the eggs of Karelian birds, 1989-90 // Environ.. Pollut., 87. -.1995. -Nl. - P. 65-70.

Medvedev N. Concentrations of cadmium, lead and sulphur in tissues of wild, forest reindeer from north-west Russia // Environ. Pollut.. 90. - 1995. -Nl. - P. 1-5.'

Сдано в производство 28.08.95г. Формат 60x84Vl6. Уч.-изд.лЛ. Тир.ТООэкз. Зак.КлЗ?.

Карельский научный центр РАН. г.Петрозаводск,ул.Пушкинская,II.