Количественная оценка уровня тяжелых металлов в сообществах микромаммалий трансформированных экосистем

В настоящее время в результате расширяющегося промышленного производства наблюдается прогрессирующее насыщение биосферы тяжелыми металлами. В результате производственной деятельности на отдельных участках суши образуются весьма значительные концентрации микро- и макроэлементов. Так, на территории Европы и Северной Америки количество тяжелых металлов, выпадающих с дождями, измеряется несколькими килограммами на 1 км2 [4, с. 44]. Добыча полезных ископаемых сопровождается непрерывным высвобождением и поступлением в природную среду с включением в круговорот веществ значительных объемов тяжелых металлов в высокоактивном состоянии. По данным Л. Кораблевой и других исследователей, на Западном Донбассе (Украина) из 1 кг шахтных отвалов в природную среду может выноситься: Fe – 2,7; Mn – 0,23; Cu – 0,07; Ni– 0,11; Pb – 0,45; Cd – 0,03 мг [2, с. 10].

Помимо общего техногенного фона в природе могут формироваться и участки локального загрязнения тяжелыми металлами, местные техногенные геохимические аномалии, возникающие в результате деятельности отдельных промышленных предприятий

(тепловых электростанций, горно-обогатительных комбинатов, металлургических заводов и т. д.). Подобные аномалии возникают не только в почве, но и в растениях. Так, влияние небольшого города на содержание тяжелых металлов в растениях сказывается на расстоянии до 5 км. Живое вещество и отдельные организмы, его составляющие, поглощают из окружающей среды необходимые для жизнедеятельности химические элементы [1, с. 5; 8, с. 3].

Для анализа количества микроэлементов в природной среде, в различных ее звеньях и системах, их аккумуляции и продвижения по пищевой цепочке целесообразным является определение общего количества микроэлементов в каком-либо элементе биогеоценоза, отдельном его звене в различных по степени загрязнения экосистемах промышленного Приднепровья Украины.

Для таких исследований наиболее подходят популяции фоновых видов мелких млекопитающих [12, с. 11; 13, с. 71], являющихся важным функциональным звеном в экосистемах и характеризующихся коротким жизненным циклом. Популяции мелких млекопитающих обладают особой барьерной ролью в общем транзите химических элементов по трофическим уровням техногенно загрязненных наземных экосистем, препятствующей поступ- лению токсических элементов к высшим звеньям [3, с. 461; 4, с. 259;10, с. 492].

Для определения количества микроэлементов во всем сообществе микромаммалий необходимо подсчитать объем микроэлементов в одной среднестатистической особи и установить численность животных на определенной территории, например на гектаре (га).

Работа проводилась на территории Днепропетровской области Украины. Исследовались биогеоценозы, загрязненные выбросами Приднепровской тепловой электростанции (далее – ПдТЭС), а также загрязненные территории Западного Донбасса, подверженные влиянию интенсивной разработки каменного угля. В качестве контрольных систем использовались биогеоценозы Днепровско-Орельского природного заповедника (далее – ДОПЗ). Отлов мелких млекопитающих производился стандартным методом с помощью давилок Геро. Пересчет числа животных на содержание особей на гектар осуществлялся по методике Дулькейта [9, с. 5].

Для анализа использовались популяции фоновых видов, которые составляют в исследованных биогеоценозах 80–90 % в сообществе мелких млекопитающих [6, с. 472; 7, с. 211]. Подсчет численности особей исследованных видов, проведенный в течение нескольких лет, показал, что средние данные составляют для лесной мыши в биогеоценозах ДОПЗ 39,1 особь/га (далее – ос./га), домовой – 1,5 ос./га. В биогеоценозах, подверженных влиянию ПдТЭС, численность лесной мыши составляет 11,1 ос./га, домовой – 52,1 ос./га. В загрязненных биогеоценозах Западного Донбасса численность лесной мыши составляет 45,8 ос./га, домовой мыши – 19,2 ос./га.

Были определены показатели количества микроэлементов в организме одной особи в каждом из исследованных биогеоценозов (см. таблицу). Полученные данные позволяют говорить о количестве микроэлементов, поступающем в окружающую среду и переходящем на новый биогеоценотический уровень при разложении животного, то есть при минерализации животного опада или при попадании в организм хищников и переходе на другой трофический уровень. Сравнительный анализ свидетельствует о преобладании показателей количества микроэлементов в организме лесной мыши над аналогичными показателями домовой, в отдельных случаях отмечается превышение данных в 8 и более раз. Это характерно для всех исследованных биогеоценозов и связано не только с большим содержанием того или иного микроэлемента в органах и тканях лесных мышей, но и с их более значительными размерами в сравнении с домовыми. Это свидетельствует о том, что именно лесная мышь играет более весомую роль в биогенной миграции микроэлементов в природных и трансформированных биогеоценозах.

Превышение показателей количества микроэлементов у животных из загрязненных биогеоценозов подтверждает факт негативного влияния техногенного пресса на данные экосистемы и накопления токсических продуктов в их элементах. Так, в организмах лесных мышей из загрязненных биогеоценозов Западного Донбасса наблюдается увеличение показателей содержания железа, марганца и цинка в 1,2–1,5 раза в сравнении с аналогичными показателями мышей из контрольных биогеоценозов, тогда как количество токсикантов возрастает для кадмия в 6,5 и свинца в 24,5 раза соответственно. В организмах домовых мышей из биогеоценозов Западного Донбасса количество железа, марганца, цинка увеличено в 1,3–1,8 раз, меди и никеля – в 4,4 и 8,7 раза соответственно (по сравнению с условно-чистыми биотопами).

Зная количество животных на 1 га данного биогеоценоза, а также количество микроэлементов в одной среднестатистической особи (см. таблицу), возможно рассчитать количество микроэлементов в популяции лесной и домовой мышей в каждом исследованном биогеоценозе, обитающих на территории 1 га (см. рисунок).

Количество элементов, содержащееся в популяции домовой и лесной мышей, в исследованных биогеоценозах также определяется, как это было указано выше, двумя факторами. Первый фактор – содержание данного элемента в организме одной среднестатистической особи, второй – количество особей данного вида в исследованном биогеоценозе. В результате происходит взаимодействие данных факторов, их компенсация или суммарное наложение и взаимодополнение, что отражено в представленных значениях. Полученные данные характеризуют объемы химических элементов, пребывающих в популяции одного из исследованных нами видов. В дальнейшем данное количество микроэлементов или переходит на другой трофический уровень, или, в своем подавляющем большинстве, поступает в грунт после разложения животных. Причем речь идет о ежегодном поступлении в почву данного конкретного элемента на площади в один гектар. Объемы эти весьма разнообразны и зависят как от вида животного, так и от исследованного биогеоценоза, вида и степени его трансформации. Так, в загрязненных биогеоценозах ПдТЭС из популяции домовой мыши в окружающую среду поступает ежегодно до 6 гр железа на гектар, а в загрязненных биогеоценозах Западного Донбасса из популяции лесной мыши поступает до 100 миллиграмм такого опасного токсиканта, как кадмий. В целом для лесной мыши характерны максимальные показатели в популяциях из загрязненных биогеоценозов Западного Донбасса, где происходит увеличение количества железа, марганца и цинка в 1,4–1,7 раза в сравнении с показателями популяции ДОПЗ. Количество кадмия и свинца увеличивается в 7,6 и 28,8 раза. В популяции домовой мыши количество микроэлементов максимально в им-пактных биогеоценозах ПдТЭС, где показатели содержания увеличиваются в 25–50 раз, что связано не столько со значительной концентрацией микроэлементов в органах и тканях животных, но и с большей численностью животных в данном биогеоценозе.

Зная содержание микроэлементов в популяциях фоновых видов микромаммалий (лесной и домовой мыши), можно рассчитать их содержание в сообществе мелких млекопитающих в целом в различных по степени загрязнения экосистемах промышленного Приднепровского региона (см. рисунок).

Количество микроэлементов в организме одной среднестатистической особи фоновых видов, мг

Микроэлементы	Лесная мышь			Домовая мышь
	ДОПЗ	ПдТЭС	Западный Донбасс	ДОПЗ	ПдТЭС	Западный Донбасс
Fe	72,1±17,8	163,7±40,3	106,8±36,4	74,3±13,7	109,5±31,4	114,4±23,6
Mn	1,5±1,0	0,8±0,2	2,2±0,4	0,8±0,3	1,2±0,6	1,1±0,4
Cu	1,3±0,6	2,9±1,3	0,6±0,3	0,6±0,3	0,9±0,2	2,6±0,4
Zn	11,4±3,2	6,6±2,7	13,9±4,4	3,6±0,6	3,8±1,4	6,5±2,7
Ni	17,4±5,9	3,2±1,7	7,8±4,7	2,0±1,0	2,3±0,8	17,7±6,5
Pb	0,2±0,1	2,3±0,1	4,7±1,1	1,2±0,5	0,9±0,1	0,1±0,1
Cd	0,3±0,1	0,3±0,1	2,1±1,3	0,2±0,1	0,2±0,1	0,1±0,1

е) свинец

215,2

ж) кадмий

■ лесная

□ домовая

Содержание микроэлементов в популяциях мелких млекопитающих из различных по степени трансформации мест обитания, мг *

Сообщество мелких млекопитающих из ДОПЗ характеризуется минимальным количеством токсичных металлов, что является нормальным для естественных условий обитания, в биогеоценозах ПдТЭС количество токсичных элементов Pb и Cd практически сравнивается по содержанию с уровнем некоторых биогенных элементов (Mn и Cu). В биогеоценозах Западного Донбасса количество токсикантов еще более значительно и содержание Pb почти в 2 раза выше количества Mn и Cu.

На основании проведенных исследований можно говорить о том, что в загрязненных экосистемах в популяциях мелких млекопитающих происходит перераспределение общего содержания микроэлементов в пользу токсических, что является довольно опасным для нормального существования сообщества. Поскольку мелкие млекопитающие характеризуются коротким жизненным циклом, как правило не превышающим года, зная количество микроэлементов в их сообществе на какой-либо конкретной территории (в нашем случае – гектар), можно сделать выводы о количестве микроэлементов, которые вносятся в грунт после смерти и распада животных или переходят на новый трофический уровень. Так, в сильно трансформированных биогеоценозах Западного Донбасса транзит через популяции мелких млекопитающих составляет: Fe – 7,1 г/год на гектар, Mn – 120 мг/год на гектар, Сu – 78 мг/год на гектар, Zn – 0,8 г/год на гектар, Ni – 0,7 г/год на гектар, Pb – 0,2 г/год на гектар, Сd – 100 мг/год на гектар. Приведенные цифры наглядно показывают объемы микроэлементов, ежегодно поступающих в биогеоценоз из сообщества мелких млекопитающих.