Введение к работе
Актуальность исследования. Ртуть обладает уникальными физико-химическими свойствами, которые обусловливают ее повсеместное нахождение в окружающей среде и более высокую степень биомагнификации, по сравнению с другими тяжелыми металлами [Arctic Pollution, 2002]. По разным оценкам ежегодное поступление ртути в атмосферу составляет от 3 до 7 тыс. т, при этом примерно половина приходится на ее антропогенные источники [Расупа, 2005; UNEP, 2008]. Большая часть выбросов ртути в атмосферу - это элементарная газообразная ртуть (Hg), именно с летучестью и продолжительным временем ее жизни (до одного года) связано глобальное распространение металла в атмосфере [Lindberg et al., 2007].
Основное внимание до последнего времени уделялось исследованию аккумуляции ртути гидробионтами, так как именно в водной среде присутствуют условия для бактериального процесса образования наиболее токсичных ртутьорганических соединений [Arctic Pollution, 2002; Scheuhammer et al, 2007]. Метилированные соединения интенсивнее, чем неорганические, аккумулируются биотой и медленнее выводятся из организма, что приводит к более эффективному переносу ртути по трофической цепи, по сравнению с прямым поглощением металла животными из окружающей среды [Huckabee et al., 1979]. Содержание ртути в живых организмах возрастает по мере приближения к вершинам трофических сетей и достигает максимальных значений у представителей высших трофических уровней — хищных рыб, рыбоядных птиц и млекопитающих [Scheuhammer et al., 2007]. Ртуть и ее соединения относятся к числу наиболее опасных для живых организмов токсических веществ, способных вызывать у животных широкий спектр негативных воздействий. У полярной гагары отмечено нарушение воспроизводства, если в объектах ее питания концентрация ртути составляет 0,21 мг/кг, и становится невозможным при 0,4 мг/кг [Burgess et al., 2008]. Концентрации металла в головном мозге мелких млекопитающих, равные 3-5 мг/кг, могут вызывать визуальный, когнитивный или нейроповеденческий дефицит [Burbacher et al., 1990]. Пороговая концентрация ртути в пище норки, вызывающая функциональные нарушения (вялость, паралич конечностей, судороги и в конечном итоге смерть), равна 1,1 мг/кг сырой массы [Scheuhammer et al., 2007].
Исследований, посвященных накоплению и распределению ртути в компонентах наземных экосистем, крайне мало. Поэтому актуальна оценка содержания и выявление закономерностей накопления живыми организмами наземных экосистем соединений ртути, которая невозможна без определения уровней содержания его в организме животных, относящихся к разным таксономическим и трофическим группам.
На территории Вологодской области расположены крупные промышленные предприятия, сжигающие в технологическом процессе большое количест-
во природных углеводородов, являющиеся источниками поступления ртути в окружающую среду. В озёрах, не имеющих на площади водосборного бассейна локальных источников поступления ртути и находящихся на расстоянии десятков и сотен километров от промышленных центров области, неоднократно регистрировались высокие значения содержания ртути в мышцах окуня (1,0-3,0 мг Hg/кг) [Степанова, Комов, 1997; Haines et al, 1992]. Результаты исследований последнего десятилетия указывают на возможность использования данных по содержанию ртути в органах хищных млекопитающих семейств куньи и псовые для оценки уровней содержания металла в экосистеме в целом (антропогенного загрязнения) [Munthe et al., 2007; Kalisinska et al.,2009].
Исследований по оценке содержания ртути в организмах, относящихся к разным трофическим уровням, наземных экосистем в Вологодской области и в целом по России не проводилось.
Цель и задачи исследования. Цель работы — установить основные закономерности накопления и распределения ртути в разных компонентах наземных экосистем Вологодской области.
Задачи исследования:
-
Определить содержание ртути в почвенных горизонтах, в беспозвоночных животных и в органах мелких млекопитающих, собранных на различных биотопах в окрестностях крупного промышленного комплекса.
-
Установить межвидовые различия накопления и распределения Hg в организмах диких промысловых видов хищных млекопитающих Вологодской области и животных, выращенных в неволе на зверофермах.
-
Изучить зависимость количества ртути в органах хищных млекопитающих от природно-климатических параметров среды их обитания, а также от их удалённости от крупных промышленных предприятий, являющихся потенциальными источниками поступления ртути в окружающую среду.
-
Сравнить накопление и распределение в почве и биотических компонентах наземных экосистем ртути и других тяжёлых металлов.
Научная новизна и теоретическая значимость. Впервые в России проведено комплексное исследование содержания ртути в различных компонентах наземных экосистем (в почвенных горизонтах, в беспозвоночных животных, в органах грызунов, насекомоядных и хищных млекопитающих), которое позволило установить закономерности распределения ртути в почвенных горизонтах, выявить зависимость содержания ртути в почве, в теле дождевых червей и органах насекомоядных млекопитающих, закономерности биоаккумуляции ртути различными трофическими звеньями наземной экосистемы, установить связь уровня концентрации ртути в органах животных с типом местообитаний, а также выявить низкие концентрации ртути в органах разводи-
мых в неволе хищных млекопитающих и сопоставить уровни концентрации ртути и других тяжелых металлов в почве и в органах животных.
Практическая значимость. Результаты исследования вносят вклад в изучение механизмов миграции и биоаккумуляции ртути в компонентах наземных экосистем. Полученные данные могут быть использованы для экологического мониторинга окружающей среды в районе крупного промышленного комплекса Северо-Запада России, а также при составлении прогнозов состояния окружающей среды в регионах со сходными природно-климатическими условиями; могут быть включены в учебные дисциплины обучающихся в высшей школе по специальностям «Общая экология», «Токсикология», «Биологические последствия загрязнения».
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Характер растительности и почвенные условия биотопа определяют на
копление и распределение ртути в почвенных горизонтах и в органах назем
ных животных.
2. В организм мелких млекопитающих ртуть преимущественно поступает
с животными объектами питания и в меньшей степени - с растительной пи
щей.
-
Содержание ртути в органах типичного представителя наземных экосистем - лесной куницы выше в районах с высокими показателями количества атмосферных осадков, коэффициента озерности, с большей долей территории, занятой болотами, и с меньшим значением густоты речной сети. Содержание ртути в органах животных снижается при удалении от источников выбросов ртути в атмосферу.
-
Содержание ртути в органах животных, выращенных на звероводческих фермах, значительно ниже, чем у диких животных Вологодской области, у которых оно напрямую зависит от атмосферного или локального поступления металла в экосистему.
-
В отличие от других тяжелых металлов, в наземных экосистемах Вологодской области количество ртути в органах млекопитающих выше, чем ее содержание в почве.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации были представлены на всероссийских конференциях: «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (Борок, 2008), «Организмы, популяции, экосистемы: проблемы и пути сохранения биоразноообразия» (Вологда, 2008); на международной конференции «Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты» (Москва, 2010).
По теме диссертации опубликовано 7 работ, из них 4 - в изданиях перечня ВАК.
Объем и структура работы. Диссертация изложена на 142 печатных лис-
