Содержание к диссертации
Введение
1. Экология паразитарных систем в условиях современной цивилизации 10
1.1. Особенности паразитарного загрязнения среды при нарастании антропогенной нагрузки 10
1.2. Гельминтозы человека, наиболее распространенные на территории Российской Федерации 12
1.3.Видовое разнообразие гельминтофауны домашних животных и особенности эпизоотологии важнейших гельминтозов 19
1.4.Значение объектов окружающей среды в передаче возбудителей гельминтозов 27
1.5. Загрязнение почвы пропагативными стадиями развития гельминтов 28
1.5.1. Показатели гельминтозного загрязнения почвы 28
1.5.2. Пути поступления пропагативных стадий гельминтов в почву 32
1.5.3. Влияние факторов среды на развитие и выживаемость пропагативных стадий гельминтов в почве 34
2. Объекты, материал и методы исследований 37
2.1. Объекты исследований 37
2.2. Изучение гельминтофаунистических комплексов сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных 38
2.2.1. Исследование гельминтофаунистического комплекса свиней 39
2.2.2. Исследование гельминтофаунистического комплекса домашних плотоядных животных 40
2.3.Получение материалов и методика оценки загрязнения почвы пропагативными стадиями гельминтов 40
2.4. Определение видовой принадлежности и жизнеспособности возбудителей гельминтозов 42
2,5.Особенности природных и социально-экономических условий Ульяновской области 45
2.5.1. Природно-климатические особенности 45
2.5.2. Социально-экономические особенности 47
3. Биобезопасность территорий Ульяновской области в отношении гельминтозов 49
3.1 .Гельминтофаунистические комплексы сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных Ульяновской области 49
3.1.1. Гельминтофаунистический комплекс крупного рогатого скота 49
3.1.2. Гельминтофаунистический комплекс мелкого рогатого скота 53
3.1.3. Гельминтофаунистический комплекс лошадей 57
3.1.4. Гельминтофаунистический комплекс свиней 59
3.1.4.1. Особенности формирования гельминтофаунистического комплекса свиней 61
3.1.4.2. Структура микстнематодозных инвазий свиней 67
3.1.5. Гельминтофаунистический комплекс домашних плотоядных 71
3.2.Загрязнение почвы территории Ульяновской области пропагативными стадиями развития гельминтов 78
3.2.1. Гельминтофаунистическая структура паразитарного загрязнения почвы 78
3.2.2. Гельминтозное загрязнение почвы объектов социального назначения 84
3.2.3. Сравнительная оценка загрязнения почвы пропагативными стадиями развития гельминтов в городской и сельской местности .95
3.2.4. Сезонная динамика гельминтозного загрязнения почвы 98
3.3.Связь гельминтозного загрязнения почвы со структурой гельминтофаунистических комплексов животных 117
3.4.Использование маркеров в системе мониторинга гельминтозного загрязнения почвы 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123
ВЫВОДЫ 128
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 131
ПРИЛОЖЕНИЯ 165
- Особенности паразитарного загрязнения среды при нарастании антропогенной нагрузки
- Изучение гельминтофаунистических комплексов сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных
- Гельминтофаунистический комплекс крупного рогатого скота
Введение к работе
Общая характеристика работы. Диссертационная работа на тему «Биобезопасность окружающей среды при формировании гельминтофауни-стических комплексов паразитарных систем в Ульяновской области» представляет собой научное исследование, содержащее результаты, полученные автором в процессе выполнения плановых научных исследований кафедры биологии, генетики, паразитологии и экологии ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» в период с 2002 по 2005 гг. и является разделом темы «Система агроэкологического мониторинга и санитарного прогнозирования», № государственной регистрации 01.200.203527.
По характеру изучаемых явлений диссертационная работа относится к области экологии и сочетает теоретические и практические аспекты решения проблемы биобезопасности окружающей среды при ее паразитарном загрязнении. Работа выполнена с использованием современных методов исследований, достоверность полученных данных подтверждена результатами биометрической обработки.
Актуальность темы. Работа направлена на изучение паразитарных систем, формирующихся в условиях Ульяновской области, и затрагивает проблему биобезопасности окружающей среды в отношении наиболее распространенных и опасных для человека и животных гельминтозов. Проблемы паразитарных систем и биобезопасности Постановлением Президиума Российской академии наук (1 июля 2003 г.) отнесены к числу приоритетных направлений фундаментальных исследований в области биологических наук и отражены в пунктах 5.22 «Инвазии чужеродных видов. Проблемы интродукции. Паразитарные системы. Биологические средства защиты растений и животных» и 5.32 «Проблемы биобезопасности».
В работе исследуется видовое многообразие гельминтов на территории Ульяновской области, дается характеристика гельминтофаунистических комплексов сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных, изу-
чается загрязнение почвы антропогенно трансформированных территорий области пропагативными стадиями развития паразитических червей.
Глубокий цивилизационный сдвиг последних десятилетий усилил антропогенное воздействие на биосферу и осложнил экологическую ситуацию. Воздействия человека на окружающую среду приводят к резкому нарушению эволюционно сложившейся сбалансированности экосистем разного уровня, в том числе паразитарных. Паразитарные системы в современных условиях ведения хозяйства отвечают на внешние воздействия комплексом реакций, значительная часть которых является неизученными [22, 27, 72, 215, 216].
Следствием дестабилизации паразитарных систем является паразитарное загрязнение среды [22, 27, 215, 216], в котором ведущая роль принадлежит гельминтам. Паразитарное загрязнение выражается в увеличении параметров заражения людей и животных [27, 24, 22, 116, 222], инвазировании ранее несвойственными для них видами гельминтов [8, 26, 134, 261, 290], в интенсивном обсеменении объектов окружающей среды пропагативными стадиями развития гельминтов [28, 43, 177, 180, 187, 263, 334].
В сложившейся ситуации большое значение имеет мониторинг гель-минтозного загрязнения территорий для составления прогнозов, отслеживания тенденций изменения параметров загрязнения с целью адекватного реагирования в ходе управления ситуацией [23].
В Ульяновской области уровень инфекционной и инвазионной заболеваемости населения, согласно данным официальной статистики [183], превышает аналогичный показатель в Приволжском округе и в Российской Федерации. Исследованиями кафедры биологии, генетики, паразитологии и экологии ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия» [56, 61, 98, 100, 236] установлено, что климатические условия области благоприятны для распространения широкого спектра гельминтов. Кроме того, в области (как и в других регионах) в последние десятилетия произошло выраженное ухудшение социально-экономических условий, сформировалась кризисная ситуация в сельском хозяйстве, что создало уело-
7 вия для распространения и интенсивного загрязнения территории гельминтами. Снижение уровня паразитарного загрязнения территории Ульяновской области позволит внести существенный вклад в решение проблемы биобезопасности и паразитарного благополучия населения.
Цель и задачи исследования
Цель работы - выявить специфику формирования и биологическое многообразие гельминтофаунистических комплексов для оценки уровня биобезопасности окружающей среды в Ульяновской области.
В соответствии с этой целью решались следующие задачи:
мониторинг гельминтофаунистических комплексов сельскохозяйственных животных;
мониторинг гельминтофаунистических комплексов домашних плотоядных животных;
~ оценка загрязнения почвы территорий населенных пунктов пропага-тивными стадиями развития гельминтов;
мониторинг сезонной динамики уровня биобезопасности почвы;
определение взаимозависимости гельминтозного загрязнения почвы и зараженности животных гельминтами.
На защиту выносится:
видовое многообразие гельминтофауны домашних животных Ульяновской области;
структура гельминтофаунистических комплексов домашних животных;
степень гельминтозного загрязнения и био безопасность почвы территорий области.
Научная новизна. Впервые проведена комплексная инвентаризация гельминтофауны сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных на территории Ульяновской области. Получены новые данные о видовом многообразии гельминтов и структуре гельминтофаунистических комплексов в популяциях сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных в условиях области.
Проведена оценка уровня загрязнения почвы территорий Ульяновской области пропагативными стадиями развития гельминтов, опасных для человека; изучена сезонная динамика биобезопасности почвы области.
Исследовано влияние особенностей гельминтофаунистических комплексов на качественные и количественные характеристики биологического загрязнения окружающей среды.
Практическая значимость. Полученный комплекс данных, характеризующий структуру гельминтофауны в условиях Ульяновской области и биологическое загрязнение объектов окружающей среды, можно использовать в системах экологического мониторинга и прогнозирования, для разработки профилактических мероприятий, обеспечивающих биобезопасность территорий области, и для целенаправленного ведения просветительской деятельности среди населения.
Определены виды гельминтов, которые можно использовать как индикаторные при оценке биобезопасности территорий области.
Результаты исследований используются в учебном процессе при проведении большого практикума по биобезопасности и оценке паразитарного загрязнения объектов окружающей среды на экологическом факультете ГОУ ВПО «Ульяновский государственный университет», в курсах «Паразитология и инвазионные болезни сельскохозяйственных животных», «Инвазионные болезни мелких домашних и промысловых животных», «Биология с основами экологии» на факультете ветеринарной медицины ФГОУ ВПО «Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия».
Апробация результатов научных исследований. Материалы исследований были представлены и обсуждались на конференциях различных уровней, в том числе на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы экологии и охраны природы. Пути их решения» (Ульяновск, ГОУ ВПО «УлГУ», 2003), на Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Региональные проблемы народного хозяйства» (Ульяновск, ФГОУ ВПО «УГСХА», 2004), на Всероссийской научно-практической
9 конференции «Современное развитие АПК: региональный опыт, проблемы, перспективы» (Ульяновск, ФГОУ ВПО «УГСХА», 2005), на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы здоровья и среды обитания современного человека» (Ульяновск, ГОУ ВПО «УлГУ», 2005). Результаты научно-исследовательской работы обсуждались на межвузовских научных семинарах кафедры биологии, генетики, паразитологии и экологии ФГОУ ВПО «УГСХА» и кафедры биоэкологии ГОУ ВПО «УлГУ» (2004, 2005), на научном семинаре учебно-научного центра экологических исследований (Ульяновск, 2005).
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 8 работ.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 164 страницах, включает 22 таблицы, 37 рисунков, 6 фотографий. Состоит из введения, обзора литературы по изучаемой проблеме, описания объектов, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Библиография включает 349 наименований, в том числе 92 на иностранных языках.
Особенности паразитарного загрязнения среды при нарастании антропогенной нагрузки
Загрязнение окружающей среды - это любое, неблагоприятное для живых организмов, ее изменение, вызванное деструктивным воздействием человека [216]. В современных условиях загрязнение окужающей среды резко возрастает и представляет серьезную опасность для биосферы. Это обусловлено антропопрессией, значительно усилившейся за последние десятилетия.
В зависимости от источников выделяются химическое, физическое, биологическое загрязнение. Под биологическим загрязнением понимается изменение среды, инициированное антропопрессией и характеризующееся повышением числа и биомассы различных видов макро- и микроорганизмов животного и растительного происхождения [216].
Диссертационная работа посвящена проблеме паразитарного загрязнения среды. Паразитарное загрязнение является составной частью биологического загрязнения и характеризуется повышением степени инвазированности паразитами хозяев и возрастанием количества инвазионного начала в окружающей среде в масштабах, значительно превышающих «естественный фон» [216].
Паразитические организмы являются естественным элементом в биоценозах. Совокупность комплексов паразитов на разных стадиях их развития вместе со всеми видами хозяев в составе конкретного биоценоза получила название «паразитарная система» [12, 15, 115, 136]. Паразитарные системы представляют собой устойчивые саморегулирующиеся экологические структуры [17, 22, 53, 72, 107, 116, 216, 226, 237]. В естественных условиях при отсутствии антропогенных факторов или их минимальном воздействии даже значительные изменения численности сочленов паразитарных систем не приводят к их разрушению [22, 72, 216]. Однако в условиях значительной транс 11
формации окружающей среды, происходящей под влиянием антропопрессии, сбалансированность паразитарных систем резко нарушается, что особенно ощутимо проявляется на урбанизированных территориях [22, 24, 216]. Это приводит к повышению напряженности эпидемиологических и эпизоотических процессов [216], к усилению патогенетического действия паразитов на организм хозяина [14,157, 169, 227, 271].
Паразитарное загрязнение сопровождается рядом процессов:
- увеличением численности хозяев паразитов всех категорий и переносчиков и, как следствие, увеличение численности самих паразитов -«паразитарная экспрессия»;
- частичной заменой паразитофауны - «паразитарная сукцессия»;
- «охватом» паразитами новых территорий и хозяев — «паразитарная экспансия» [7, 8, 24, 216].
Большая роль в паразитарном загрязнении принадлежит гельминтам. Гельминтозное загрязнение, как и паразитарное загрязнение в целом, складывается из двух взаимообусловливающих компонентов. Первый касается инвазированности гельминтами живых организмов, второй - обсемененности пропагативными стадиями развития гельминтов (яйцами, онкосферами, личинками) объектов окружающей среды (рис. 1).
Увеличение показателей инвазированности человека и животных гельминтами приводит к интенсификации процессов загрязнения объектов окружающей среды, прежде всего почвы, инвазионным началом. Повышенное содержание инвазионного начала в окружающей среде, в свою очередь, в значительной степени увеличивает риск заражения животных и людей гельминтами.
Таким образом, в условиях паразитарного загрязнения увеличивается биологическая опасность объектов окружающей среды в отношении гельминтов.
Изучение гельминтофаунистических комплексов сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных
Основой аналитической базы данных о структуре гельминтофаунистических комплексов животных являлись отчетные данные Ульяновской областной ветеринарной лаборатории о работе ветеринарных лабораторий и мясокомбинатов области за 1994-2003 гг. и данные собственных исследований.
Гельминтофауна сельскохозяйственных и домашних плотоядных животных была представлена в системно-структурном плане, по принципу доминирования видов гельминтов, в соответствии с эколого-фаунистическим подходом [9, 229]. В гельминтофаунистических комплексах гельминты группировались по видам, поражающим животных наиболее часто - доминантам (экстенсивность заражения от 8,0%), сравнительно реже - субдоминантам (5,9-7,9%), имеющим промежуточное значение по относительным количественным показателям (1,5-5,8%), редким (менее 1,5%). Группировка данных проводилась с помощью метода сигмальных отклонений [206].
Наиболее подробно формирование гельминтофаунистического комплекса было изучено на примере свиней, как одного из доминантных видов сельскохозяйственных животных в современном сельскохозяйственном производстве в условиях Ульяновской области.
Изучение распространения и видового состава гельминтов свиней проводили осенью 2003 г. на свинокомплексах трех хозяйств Ульяновской области: учхозе ФГОУ ВПО «УГСХА» (Чердаклинский район), ООО «Строй-пластмасс-Агропродукт» (Ульяновский район), СПК им. Чапаева (Старо-майнский район). Были исследованы фекалии от 266 свиней следующих возрастных групп: поросята-сосуны, свиньи на откорме, свиноматки ремонтные, свиноматки подсосные, свиноматки холостые, хряки ремонтные, хряки основные.
Металлической лопаткой отбирали примерно 10 г только что выделившихся фекалий, при этом снимали верхнюю часть экскрементов, не соприкасающуюся с полом. Чтобы не занести яйца гельминтов из фекалий ин-вазированного животного в пробу фекалий свободного от гельминтов, лопатку после взятия пробы дезинфицировали. Пробы упаковывали в бумажные конверты, а последние - в целлофановые пакеты с указанием группы животных.
Гельминтоовоскопию проб фекалий проводили методом Фюллеборна, гельминтоларвоскопию - методом Бермана и Орлова. Масса одной пробы фекалий составляла 3 г.
Для оценки полученных данных были использованы следующие показатели:
- экстенсивный индекс заражения (ЭИЗ) - отношение голов животных, зараженных тем или иным видом гельминтов, к общему числу исследованного поголовья (в %);
- интенсивный индекс заражения (ИИЗ) - среднее число яиц гельминтов или среднее количество личинок (для S. ransomi) в 1 г фекалий (экз./г).
Изучение распространения и видового состава гельминтов домашних плотоядных животных на территории Ульяновской области проводили в течение 2002-2005 гг. Нами было обследовано 188 собак и 156 кошек из населенных пунктов Ульяновского, Чердаклинского, Старомайнского, Базарно-сызганского, Карсунского, Вешкаймского, Павловского районов Ульяновской области.
Лопаткой отбирали примерно 10 г свежевыделенных фекалий, которые помещали в бумажные и полиэтиленовые пакеты. Пробы этикетировали с указанием пола, возраста, породы, категории животного, населенного пункта.
Пробы исследовали флотационным методом с серноватистокислым натрием [117]. Масса одной пробы составляла 3 г.
При исследовании определяли экстенсивный и интенсивный индексы заражения (ЭИЗ и ИИЗ).
Изучение гельминтозного загрязнения почвы территорий проводили в течение весеннее-летне-осеннего периода в 2003-2004 гг. в восьми населенных пунктах Ульяновской области (г. Ульяновск, р.п. Ишеевка, п. Салманов-ка, с. Новый Урень (Ульяновский район), р.п. Чердаклы, р.п. Октябрьский, с. Большой Уренбаш (Чердаклинский район), с. Красная Река (Старомайнский район). Нами было отобрано и исследовано 634 пробы почвы с территорий 116 объектов социального назначения в населенных пунктах области, а также двадцать контрольных проб, отобранных за пределами селитебных зон. Для выявления сезонной динамики гельминтозной загрязненности почвы исследовались пробы, отобранные весной, осеныо и зимой с территорий тридцати индивидуальных домовладений в сельской местности.
Отбор, хранение и анализ проб почвы осуществляли в соответствии с действующими нормативными и методическими документами, обозначенными в методических указаниях МУК 4.2.796-99 «Методы санитарно-паразитологических исследований» и МУ 2.1.7.730-99 «Почва, очистка населенных мест, бытовые и промышленные отходы, санитарная охрана почвы. Гигиеническая оценка населенных мест». С территории дворов, огородов, парков пробы брали с участка площадью не более 25 м . Одновременно отбирали 20 навесок по 20 г (расстояние между взятием проб не более 10 м). Отдельно брали пробы почвы с поверхности (1-3 см) и с глубины 10-20 см. Из песочниц детских дошкольных учреждений и школ одновременно по диагонали отбирали 20 проб с глубины 1-5 см. Из всех проб, взятых с одного участка с одной глубины, после перемешивания составляли среднюю пробу массой 200 г, которую помещали в бумажный конверт, а последний - в целлофановый пакет. Пробы этикетировали с указанием места и даты отбора, характера исследуемого участка (освещенность, влажность, структура почвы, рельеф местности, наличие или отсутствие растительного покрова, особенности антропопрессии). Пробы помещали в холодильник, время от времени вынимали, аэрировали и увлажняли.
Гельминтофаунистический комплекс крупного рогатого скота
Согласно результам анализа гельминтофаунистического комплекса крупного рогатого скота, он сформирован более чем двенадцатью видами гельминтов. У крупного рогатого скота, согласно данным УОВЛ, кафедры биологии, генетики, паразитологии и экологии ФГОУ ВПО «УГСХА» [193] и результатам собственных исследований, паразитируют следующие представители класса Nematoda: Trichocephalus ovis (Abildgaard, 1715), Neoascaris vitulorum (Goeze, 1782), Thelasia rodhesi (Desmarest, 1827), Dictyocaulus viviparus (Bloch, 1762), yloides papilllosus (Wodb, 1856), а также представители подотрядаylata, вызывающие стронгилятозы пищеварительного тракта. Среди представителей класса Trematoda были отмечены Fasciola hepatica (L., 1758), Dicrocoelium lanceatum (Stiles et Hassal, 1896), Param-phistomum cervi (Schrank, 1790). Класс Cestoda представлен Moniezia expansa (Rud., 1810), E. granulosus, Cysticercus bovis.
В структуре гельминтофаунистических комплексов крупного рогатого скота доминантное положение занимают Е. granulosus, Т. ovis и желудочно-кишечные стронгилята (таблица 6).
Экстенсивность инвазии крупного рогатого скота эхинококками за период с 1994 по 2003 гг. составила в среднем 15,69±2,60%. С 1994 по 1998 гг. отмечался рост инвазии: за этот период заболеваемость эхинококкозом выросла более чем в 2,5 раза (рис. 2). В 1999 и 2000 гг. был зарегистрирован некоторый спад инвазии по сравнению с 1998 г. Максимальный уровень инвазии, по данным убоя, пришелся на 2001 г. и составил 31,01±4,10%. В 2002 и 2003 г. инвазированность эхинококками оставалась высокой (21,04 и 27,8%, соответственно). В целом заболеваемость КРС эхинококкозом имеет в Ульяновской области тенденцию к росту.
Согласно данным послеубойного осмотра, эхинококкоз регистрировался в 2003 г. в зоне действия Инзенской межрайонной лаборатории (Инзен-ский, Базарносызганский районы), в Николаевском, Старомайнском, Чердак-линском районах.
Экстенсивность инвазии крупного рогатого скота Т. ovis в 2003 г. составила 9,8±1,0%.
Стронгилята, паразитирующие в пищеварительном тракте, встречаются у крупного рогатого скота довольно часто. Так, согласно отчетным данным УОВЛ, в 2003 г. экстенсивность инвазии желудочно-кишечными стронгиля-тами составила 66,72±10,12%.
Субдоминантными в гельминтофаунистическом комплексе крупного рогатого скота являются F. hepatica и D. lanceatum. Инвазия F. hepatica довольно широко распространена на территории Ульяновской области: ежегодно здесь регистрируется в среднем 49,70±4,44 неблагополучных, в отношении данного вида гельминтов, хозяйств. Инвазия F. hepatica за весь период наблюдений отмечалась ежегодно в среднем у 6,76±1,31% животных. При этом максимальный показатель экстенсивности инвазии был зафиксирован в 1998 г. В 1999-2003 гг. отмечался некоторый спад инвазии (рис. 3).
По данным убоя за 1994-2003 гг., D. lanceatum обнаружен у б,56±1,39% скота. После пика инвазии в 1995 г., составившим 15,9±1,9%, в последующие годы был отмечен ее спад (рис. 4). Ежегодно на территории области отмечалось 28,40±4,15 неблагополучных в отношении дикроцелиоза хозяйств.
D. viviparus, М. expansa, С. bovis, N. vitulorum, Т. rodhesi, P. cervi имеют незначительное распространение у крупного рогатого скота в условиях Ульяновской области.
отношении дик-тиокаулеза хозяйств, но при этом экстенсивность инвазии скота D. viviparus невысока: среднемноголетний экстенсивный показатель составил 1,05±0,32%. При этом в последние годы (1998-2003 гг.) отмечалось снижение уровня инвазии (рис. 5).
Инвазия М. expansa в течение анализируемого десятилетия отмечалась ежегодно у 0,16±0,06% скота и в 2,50±0,55 хозяйств. В целом, ситуация в отношении мониезиоза крупного рогатого скота в области достаточно стабильна: за анализируемый период лишь в 1997 г. наблюдался всплеск инвазии (рис. 6).
Заболеваемость КРС цистицеркозом за 1994-2003 гг. в среднем составила 0,05±0,01%. С 1994 по 1997 гг. наблюдалось некоторое повышение экстенсивности инвазии (с 0,05±0,01% в 1994 г. до 0,08±0,01% в 1997 г.) (рис. 7). В 1998-2000 гг. наблюдалась тенденция к ее снижению. В 2003 г. был отмечен максимальный уровень зараженности скота С. bovis - 0,17±0,03%.
