Ранняя чувствительность педобионтов к тяжелым металлам: причины и обоснование

Г. Н. Ганин

В случае загрязнения почвы у беспозвоночных педобионтов с наименьшими фоновыми (равно как и стехиометрическими) концентрациями Pb, Zn, Со и Sr, а также с высоким содержанием белка в теле раньше других повышается уровень этих ТМ в биомассе и проявляются иные признаки интоксикации. Именно такие беспозвоночные являются наиболее чувствительными индикаторами изменений как техногенного, так и природного содержания металлов в почве. Это имеет определяющее

значение для ранней индикации мировании ПДК для почвы.

В случае загрязнения почвы у беспозвоночных педобионтов с наименьшими фоновыми (равно как и стехиометрическими) концентрации- загрязнения ТМ и должно учитываться при пер ми Pb, Zn, Со и Sr, а также с высоким содержанием белка в теле раньше других повышается уровень данных тяжелых металлов в биомассе и проявляются иные признаки интоксикации. Пе-добионты — наиболее чувствительные индикаторы изменений как техногенного, так и природного содержания металлов в почве. Это имеет определяющее значение для ранней индикации загрязнения тяжелыми металлами и должно учитываться при нормировании ПДК для почвы. Выбор перспективных педобионтов по конкретным металлам и в конкретных условиях возможен на основе так называемых рядов чувствительности тест-объектов [1].

Такое утверждение в самом общем виде может быть обосновано следующим образом. Балансовый подход миграции элементов по трофической цепи подразумевает, что

D = D - (D + D ); (1) D_o - (D_e + DJ > 0, когда D_o> D_ih, (2)

где D_r — доза поллютанта, зарегистрированная тест-объектом; D_q — доза поллютанта, попавшая в него; (D. *D_m) — доза поллютанта, соответственно, выведенная из тест-объекта и обезвреженная организмом (вовлеченная в его нормальные биохимические циклы); D,,. — пороговая доза поллютанта, с которой его поступление начинает опережать выведение.

Известно также, что поступающая доза вещества должна согласовываться со скоростью его выведения из организма, сохраняя при этом баланс [2]. Если поступление опережает выведение, баланс нарушается. Чем больше поступившая (накопившаяся) доза поллютанта относительно его содержания в биомассе, тем интенсивнее нарушается баланс и тем быстрее проявляются фиксируемые признаки интоксикации. Эго может быть выражено следующим образом:

F = VD, -Ф + D )] / С. (3) или; F - D ! С (4)

где С_ь — содержание поллютанта в биомассе тест-объекта; F ■— поток элемента через тест-объект, измеряемый в долях единицы.

При этом очевидно, что чем выше значение F , тем интенсивнее проходит интоксикация, что и отмечается в нашем случае с земляными червями. Поступающая доза металла рассчитывается по показателям пищевой активное™ конкретных видов педобионтов в исследуемом биотопе [1].

Например, F_pb червей > Г_рь моллюсков (0,1 / 5 > 0,1 / 10 соответственно). Действительно, у земляных червей, как показывают эксперименты, признаки интоксикации проявляются раньше [2; 3]. Черви являются более чувстви-

Серия sБиологические науки»

тельными тест-объектами в отношении свинца, чем моллюски: при загрязнении почвенного яруса у них первых отмечается рост концентрации этого металла в биомассе, они первыми и погибают. С момента, когда емкость биоиндикатора в диапазонах 1—IV исчерпана, а процесс поступления поллютанта продолжается, как это бывает в условиях хронического загрязнения, начинаются нарушения нормальных биохимических процессов в организме на уровне клетки. Очевидно, вследствие известных причин у олигохет раньше других включается механизм закона «все или ничего».

С использованием данных обозначений понятие «порог чувствительности биоиндикатора» — это минимальная накопившаяся доза поллютанта D пип в диапазоне IV, способная вызвать фиксируемые признаки интоксикации тесг-объекта. Такая доза соответствует наименьшей разнице попавшего D_(h и выведенного / обезвреженного количества поллютанта. Чем меньше эта разница, тем ниже порог и тем чувствительнее биоиндикатор. Являясь мерой чувствительности тест-объекта, этот параметр для межвидового сравнения может быть выражен относительной величиной:

• § = (".. 7№. ^{+ D}^ ^{1 D}. ® или: 5 - D_t min / D_Q. (6)

Величина 5 измеряется в долях единицы: чем меньше ее значение, тем чувствительнее тест-объект. Ранее было показано наличие двух стра- . тегий взаимоотношения водных моллюсков с ме- . таллами [2].

Аналогичная картина происходит, как мы видим, и у педобионтов.

• 1.    Биоконцентрирование — способность организма концентрировать в себе определенные химические элементы из окружающей среды. Регулируется на уровне транспортных потоков. Определяется биофильностью элемента и его физиологичными нормами. При этом D₆< D_(h и содержание металла в организме не достигает верхних предельных концентраций. На абиогенные элементы биоконцентрирование не распространяется.

• 2.    Биоаккумуляция —■ рост концентрации элемента в организме выше физиологичного значения, т. е. процесс накопления металла. При этом D_q >  D . Регуляция направлена на депонирование элемента в неактивной форме. Когда содержание поллютанта в организме достигает верхних предельных концентраций, емкость биоиндикатора исчерпывается и начинаются необра-

• тимые изменения. Это проходит исключительно в условиях загрязнения или геохимических аномалий. Биоаккумуляция возможна для всех ГТУМГТГТ VLTKXUUA^TZTJV ощ аматгтлп

J |Jjr***l /VtlVKI. JWUtlJl tAUVHlVI I JL W«

Вторая стратегия реализуется начиная с какой-либо предельной концентрации поллютанта в среде обитания. В водной токсикологии используется индекс критической концентрации аккумуляции, а для почв это эффект-ориентиро-ванные величины критических концентраций NOEC и ECt (на адсорбционной кривой в диапазоне IV), после которых проявляются видимые признаки интоксикации педобиоитов. Реакция на такую концентрацию вещества в почве видоспецифична для каждого тест-обьекта и конкретного металла.