ЭКОЛОГИЯ, 2007, № 4, с. 317-320
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 577.4(479)
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО КАВКАЗА
© 2007 г. Ф. В. Гедгафова, Т. С. Улигова
Институт экологии горных территорий КБНЦ РАН 360000 Нальчик, ул. И. Арманд, 37А E-mail: iemt@mail.ru Поступила в редакцию 04.04.2006 г.
Ключевые слова: экосистемы, тяжелые металлы, коэффициенты накопления, мелкие млекопитающие, вольфрам, молибден, Центральный Кавказ.
Изучение последствий техногенного загрязнения природной среды тяжелыми металлами (ТМ) является одной из актуальных проблем экологии Северо-Кавказского региона из-за низкого технического состояния горнопромышленной инфраструктуры. Актуальна она и для Кабардино-Балкарии вследствие расположения на ее территории Тырныаузского вольфрамо-молибденово-го комбината и Нальчикского гидрометаллургического завода (НГМЗ).
Опасность загрязнения компонентов природной среды ТМ сводится к прямому токсическому воздействию на живые организмы и способности избирательно накапливаться в различных органах и тканях человека и животных (обычно в органах с интенсивным биохимическим процессом -в печени, почках, эндокринных железах), вызывая негативные изменения в наследственных структурах (Соколов и др., 1988; Захидов, 1997).
Особый интерес представляет определение уровней содержания таких элементов, как вольфрам, молибден и сопутствующих им железа и меди, в различных компонентах природных и техногенных экосистем Кабардино-Балкарии.
Из-за недостатка данных о влиянии избыточного содержания молибдена в природной среде на млекопитающих (Ковальский, Яровая, 1978; Сю-зюмова, Карагезян, 1986; Темботова и др., 2004), а также в связи с отсутствием работ по вольфраму раскрытие особенностей миграции и накопления этих ТМ в системе почва-растение-животное в региональных условиях имеет важное теоретическое и практическое значение. Полученные результаты исследований позволят раскрыть вопросы совместного влияния повышенного содержания вольфрама и молибдена в компонентах природной среды на избранные виды животных.
В качестве модельного объекта, являющегося хорошим индикатором состояния среды обитания по уровню накопления ТМ в организме (Безель и др., 1994; Марков и др., 1994; Лукьянова, Лукья-
нов, 1998; Ковальчук и др., 2002), могут служить мыши рода Apodemus, в частности малые лесные мыши (Apodemus (Sulvaemus) uralensis Pallas, 1811), широко распространенные на территории Центрального Кавказа (Темботов, 1984).
Для оценки уровней накопления ТМ в экосистеме были рассмотрены различные ее компоненты: почва как биокосная субстанция и источник микроэлементов для растений, доминирующий вид злака Puccinellia dolicholepis V. и малые лесные мыши Apodemus uralensis Р. В определенном приближении эти компоненты могут рассматриваться как звенья трофической цепи.
Отбор проб почвы и растений и отлов малых лесных мышей проведен в летне-осенний период 2001 г. в санитарной зоне НГМЗ (район хвосто-хранилища) и на фоновой территории (окрестности п. Белая Речка), которые расположены в поясе предгорных лесостепей Кабардино-Балкарии (700 м над ур. м.).
Величину токсической нагрузки почв оценивали по содержанию подвижных форм металлов в почвенных пробах, отобранных с верхнего слоя горизонта 0-5 см: W, Mo и Fe в оксалатной вытяжке Тамма с рН 3.3, Cu - в ацетатно-аммиачном буферном растворе с рН 4.8 (Ягодин, 1987).
В образцах почвы были определены также рН и процентное содержание гумуса методом мокрого сжигания по Тюрину.
Минерализованные пробы почвы, растений и мышевидных грызунов (36 особей с удаленным желудочно-кишечным трактом) анализировали на количественное содержание W кинетическим методом, Mo и Cu - методом атомно-абсорбцион-ной спектрофотомерии на приборе КВАНТ-Z.3TA, Fe - фотоколориметрическим методом на приборе КФК-3. Для этого использовали коэффициент накопления (КН) тяжелых металлов в трофической цепи (Покаржевский, 1985), равный
Таблица 1. Содержание тяжелых металлов в почве и бескильнице длинночешуйчатой
Объект Район Содержание тяжелых металлов, мг/кг сухой массы
исследования исследования W Мо Fe Си
Почва Надземная часть растений Хвостохранилище НГМЗ Пос. Белая Речка Хвостохранилище НГМЗ Пос. Белая Речка 52.33 ± 4.02 3.00 ± 0.79 16.0 ± 2.62 4.20 ± 2.51 4.62 ± 0.87 0.80 ± 0.26 34.80 ± 5.09 4.16 ± 0.61 2400 ± 165.5 3790 ± 178.1 74.0 ± 9.04 927.5 ± 17.7 0.57 ± 0.17 0.42 ± 0.11 4.13 ± 0.92 6.75 ± 1.10
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов (мг/кг сырой массы) в Apodemus uralensis Р. из районов хвостохрани-лища НГМЗ и пос. Белая Речка
Район исследования
ТМ Пол Хвостохранилище НГМЗ Пос. Белая Речка t
п М ± т п М ± т
Иш Иш
W 9 10 0.046 ± 0.008 0.009-0.075 9 0.024 ± 0.003 0 .011-0.037 2.588
в 8 0.025 ± 0.004 6 0. 02 1 ± 0.003 0.800
0.0057-0.05 1 0. 0 0 6 5 -0.027
Мо 9 9 0.426 ± 0.056 0.221-0.720 7 0. 3 0 1 ± 0.027 0 .213-0.388 2.010
в 9 0. 4 1 3 ± 0.041 8 0.306 ± 0.032 2.058
0 .217-0.567 0 .194-0.411
Fe о 6 71.834 ± 6.400 9 76.052 ± 5.458 0.501
9 5 6 .706-9 9.08 50. 7 4 1 -97. 9 6 8
в 9 68. 127 ± 5.275 8 70. 1 1 2 ± 4.496 0.286
48.081-90.49 54. 1 8 1 -94. 5 1 5
Си о 9 3.696 ± 0.348 2 .555-5.187 8 3.684 ± 0.209 2 .927-4.710 0.030
в 8 3. 43 9 ± 0.206 6 3.463 ± 0.309 0.065
2 .902-4.524 2 .154-4.041
отношению средней концентрации элемента в последующем звене к таковому в предыдущем.
Результаты анализа почвенных и растительных проб на содержание ТМ приведены в табл. 1. Почвенные образцы из района, примыкающего к хвостохранилищу НГМЗ, характеризуются более высоким содержанием (за исключением Fe) подвижных форм W, превышающим фоновые данные в 17.5 раза, Мо - в 5.8 раза и Си - в 1.4 раза при нейтральной и щелочной реакциях почвенного раствора (рН 7.0-8.46) и низком содержании гумуса (1.96-2.75%), определяющих повышенную подвижность ТМ и их поступление в растения. В контрольных образцах почвы наблюдается более высокое содержание гумуса - 6.6% при рН 6.47.08, способствующее депонированию ТМ.
Отмечено преимущественное накопление растениями Мо по сравнению с W, концентрация которого в почве в среднем на порядок больше, что связано, очевидно, с его ингибирующей способностью по отношению к вольфраму (Кабата-Пен-диас, Пендиас, 1989). При этом содержание Fe более низкое и различие по Си несущественное. Растения, произрастающие вблизи места сброса сточных вод НГМЗ, оказались более крупными по сравнению с растениями фоновой территории. По содержанию W и Мо РисстеШа dolicholepis V. можно отнести к растениям-концентраторам (Гедгафова и др., 2001).
Результаты исследований по средним уровням содержания ТМ в малых лесных мышах приведены в табл. 2. Среднее содержание W в импактных
ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ ЭКОСИСТЕМАХ
319
Таблица 3. Коэффициенты накопления тяжелых металлов в структурных уровнях экосистемы на техногенной (НГМЗ - 1) и фоновой (пос. Белая Речка - 2) территориях
Структурный уровень экосистемы
W Mo Fe Cu
1 2 1 2 1 2 1 2
0.306 0.0029 0.0016 1.4 0.0057 0.0050 7.532 0.012 0.012 5.204 0.072 0.074 0.031 0.97 0.92 0.245 0.082 0.076 7.237 0.896 0.834 16.062 0.546 0.513
Растение-почва
Грызуны-растение
9 6
самках достоверно превышает контрольный показатель, в то время как для самцов отличие несущественно. При этом отмечается и половое различие в накоплении W: самки более чувствительны к токсическому воздействию этого металла в отличие от самцов.
В организме Лроёешш uralensis Р. в градиенте загрязнения выявлены достоверные различия по содержанию молибдена: у самок из района хво-стохранилища НГМЗ оно несущественно больше, чем у самцов.
Импактные мыши обоего пола характеризуются меньшим содержанием железа в сравнении с фоновыми. Некоторое превышение средней концентрации элемента наблюдается у самок в сравнении с самцами.
В целом для самцов и самок малых лесных мышей как на техногенной, так и на фоновой территории отмечается сходная концентрация по Си. Как и по другим исследуемым металлам, самки в большей степени аккумулируют медь.
Данные по уровням содержания ТМ в почве, растении РиеетеШа dolicholepis V. и грызунах Лроёешш uralensis Р. послужили основой для оценки характера накопления исследуемых элементов на разных структурных уровнях экосистемы через КН (табл. 3).
Полученные данные КН свидетельствуют о различном характере накопления и миграции исследуемых элементов в компонентах сообщества. Так, в импактной зоне в сравнении с контролем в системе растение-почва коэффициенты накопления Fe, W и Си понижаются в 7.9, 4.6, 2.2 раза соответственно, тогда как КН молибдена возрастает в 1.5 раза. Если для W (НГМЗ) и Fe они значительно меньше 1.0, то для Мо и Си характерны высокие КН, указывающие на то, что они являются элементами сильного накопления.
В системе грызуны-растение на загрязненной территории в сравнении с контрольным участком КН W уменьшаются в 2-3.1 раза, а Мо - в 6.2 раза. В техногенной зоне КН Си и Fe увеличиваются в среднем в 1.64 и в 11.9 раза соответственно. Только для этих двух элементов КН близки к 1.0. Это свидетельствует о более интенсивном накоплении Fe и Си Apodemus uralensis Р., несмотря на более низкое их содержание в растении. В грызунах кон-
центрации W и Mo гораздо ниже, чем в их рационе.
Таким образом, сравнительный анализ данных по концентрациям тяжелых металлов в пробах почвы, растений и мелких млекопитающих Apodemus uralensis P. техногенной и фоновой территорий выявил следующее. Почвенные образцы из района, примыкающего к хвостохранилищу НГМЗ, характеризуются более высоким содержанием подвижных форм W, Mo, Cu и меньшим - Fe. В растительных образцах (Puccinellia dolichole-pis V.) наблюдается превышение данных по концентрациям W, Mo и понижение - Fe и Cu. Результаты проведенных исследований позволили выявить закономерности накопления W, Mo, Fe, Cu в Apodemus uralensis Р., отметить биотопические различия и половой диморфизм в уровнях их содержания. У мышей наблюдается накопление W (у самок), Mo и некоторое понижение содержания Fe. Концентрация Cu практически одинакова у грызунов обоего пола как импактной
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.