ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2015, том 464, № 6, с. 758-761
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 574+615.9
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ НА ПОПУЛЯЦИИ МЕЛКИХ
ЛЕСНЫХ ГРЫЗУНОВ
© 2015 г. Член-корреспондент РАН Э. В. Ивантер, Н. В. Медведев
Поступило 01.06.2015 г.
Проведенные мониторинговые исследования влияния техногенных загрязнений Костомукшского ГОК (Север Карелии) на популяции лесных мышевидных грызунов выявили повышенную (в 3—4 раза больше, чем в контроле) эмбриональную смертность у размножающихся самок из загрязненных окислами азота и серы участков исследованной территории. Показано, что при оценке последствий техногенных загрязнений среды популяционные реакции видов могут оказаться более точными и показательными, чем результаты прямого определения концентрации того или иного токсиканта в организме животного.
Б01: 10.7868/80869565215300271
Всесторонний контроль качества природной среды включает как необходимый элемент оценку техногенного загрязнения отдельных компонентов наземных экосистем, в том числе и подвижных консументов. Использование мелких грызунов в качестве биоиндикаторов антропогенных нарушений весьма перспективно [4]. Биологические особенности этих животных — широкое распространение, видовое разнообразие, интенсивный обмен веществ, значительная удельная биомасса, экстенсивный тип освоения территории и ресурсов — соответствуют требованиям мониторинга загрязнений на значительных пространствах независимо от степени их экологической гетерогенности. Немаловажным является и то обстоятельство, что мелкие грызуны — это традиционный объект популяционной экологии, что позволяет одновременно оценивать организмен-ные и популяционные реакции на действие антропогенных токсикантов.
В настоящей работе представлены результаты проведенных в коренных и трансформированных природных комплексах северной тайги в 1992— 2013 гг. стационарных (Костомукшский заповедник) и экспедиционных (Лоухский, Калеваль-ский, Кемский и Беломорский районы Карелии) исследований.
Крупнейшим поставщиком в атмосферу диоксида серы на территории Карелии является Костомукшский горно-обогатительный комбинат (ГОК), на долю которого приходится треть общих выбросов 802 (60 тыс. т/год) и порядка 5 тыс. т в
Петрозаводский государственный университет E-mail: nmedvedev@petrsu.ru
год техногенной пыли, содержащей тяжелые металлы [7]. Комбинат, расположенный на северо-западе Карелии среди массива коренных лесов, сохранивших основные черты девственных таежных ландшафтов центральной части Беломоро-Балтийского водораздела, начал функционировать в 1982 г. Почти одновременно, в 1983 г. в 10 км западнее г. Костомукша на площади 48 тыс. га был создан Костомукшский заповедник. Сложилась почти уникальная ситуация, позволяющая изучить изменения, происходящие под воздействием техногенных выбросов в девственных природных экосистемах Севера.
Исследования проводили по общепринятой методике, включающей учеты ловушко-линия-ми, а также результатов анализа состояния репродуктивной системы и содержимого желудков отловленных зверьков [1]. На территории Косто-мукшского заповедника отловы проводили на четырех пробных площадях, три из которых расположены в северной части заповедника, подверженной эпизодическому воздействию выбросов комбината. Четвертая площадь в южной части заповедника, удаленная на 30 км от источника загрязнения, была принята за контроль. Основное внимание уделяли изучению двух наиболее распространенных на исследованной территории видов грызунов с разным типом питания — рыжей полевки (СШкпопот18 glarejlus 8скгеЪ.), характеризуемой смешанным, с большим участием семян типом питания (отловлено более 700 зверьков) и темной полевки (М1егоШз agrestis Ь.), типичного зеленояда (110 особей). У отловленных зверьков извлекали биоптаты печени, которые затем высушивали до воздушно-сухой массы и направляли в аналитическую лабораторию. Определение тяжелых металлов (кадмий, свинец,
ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ 759
Таблица 1. Концентрация тяжелых металлов и серы (мкг/г сухой массы) в печени полевок (статистические показатели)
Элементы Рыжая полевка Темная полевка
M Lim а m M Lim а m
Cd 0.47 0.26-0.78 0.11 0.01 0.45 0.31-0.57 0.06 0.01
Pb 1.99 1.03-2.94 0.47 0.03 1.86 1.35-2.75 0.42 0.06
Zn 98.71 77.28-153.2 12.58 0.72 89.94 77.4-111.7 8.48 1.26
Fe 630.6 358.3-1242.7 218.7 26.3 * * * *
Cu 10.89 4.53-23.99 2.8 0.16 10.93 4.57-20.5 3.53 0.53
Ni 1.59 0.62-5.3 0.57 0.03 1.56 0.73-3.21 0.56 0.08
S 335.3 192-1510 140.82 8.16 332.76 262-422 37.75 5.63
* — концентрацию не определяли.
никель, медь, цинк, железо) было выполнено в аналитической лаборатории Института леса Карельского НЦ РАН методом атомно-абсорбцион-ной спектрофотометрии после автоклавного разложения образцов в HNO3 на спектрометре С-115М-1 ("Спектральная лаборатория", Россия). Общая ошибка на всех этапах определения концентраций металлов в анализируемых пробах не превышала 5%. Определение серы проводили с помощью колориметрического метода с использованием лабораторного стандарта. Оптическую плотность растворов измеряли на спектрофотометре Specord M-40 ("Carl Zeiss", Германия).
Полученный в результате химических анализов массив данных был обработан статистически с помощью пакета STATGRAPHICS. В связи с тем, что распределение полученных значений в большинстве случаев отличалось от нормального, применяли также и непараметрические методы статистики [3, 8, 11]. Для проверки достоверности различий между двумя выборками использовали критерии Стьюдента и Фишера, а между несколькими независимыми выборками по одному признаку — однофакторный дисперсионный анализ и непараметрический дисперсионный анализ. Достоверными считали различия приp < 0.05.
Результаты определения концентрации тяжелых металлов и серы в печени рыжей и темной полевок, отловленных на территории заповедника "Костомукшский", представлены в табл. 1. Нам не удалось выявить значимых половозрастных отличий в характере и масштабах накопления металлов. Концентрации микроэлементов, найденные в печени рыжей и темной полевок, также не имели статистически достоверных межвидовых различий.
Результаты как однофакторного, так и непараметрического дисперсионного анализов не показали статистически достоверных различий в концентрациях проанализированных элементов у зверьков, добытых в разных частях (северная и
южная) и на разных участках заповедника (р = = 0.08-0.58).
Полученные нами результаты отличаются от данных других авторов [12, 15], которые исследовали иные виды животных. Возможно, это объясняется меньшими масштабами загрязнения в районе нашего исследования, чем в цитируемых работах.
Иную картину мы наблюдали при исследовании популяционных параметров. Как было установлено ранее [6], имеющийся потенциал размножения у грызунов, обитающих на загрязненной территории, не реализуется в полной мере из-за высокой эмбриональной смертности и сокращения количества выводков за репродуктивный сезон. Это подтверждают и наши данные (рис. 1). У размножающихся самок рыжей полевки, добытых на разных участках Костомукшского заповедника в 1993 г., мы наблюдали резкое (в 1.5-2 раза) повышение эмбриональной смертности по сравнению с предыдущим годом. А у зверьков, отловленных в северной части заповедника на площадке у оз. Каменное, которая благодаря розе ветров находится в непосредственной зоне воздействия аэротехногенных выбросов ГОК, амплитуда колебаний эмбриональной смертности была в 34 раза выше, чем в других, менее загрязненных участках.
Одной из отличительных особенностей многолетней динамики популяций мелких млекопитающих тайги являются их асинхронные, без четкой периодичности, резкие и с неопределенным рваным ритмом чередования подъемов и депрессий численности [2]. Они обусловлены, помимо аритмичных экзогенных факторов, также увеличением эмбриональной смертности. В то же время трех-четырехкратное увеличение этого попу-ляционного показателя у полевок с пробной площади "оз. Каменное" по сравнению со зверьками, отловленными на других пробных площадях (рис. 1), нельзя объяснить одними
760
ИВАНТЕР, МЕДВЕДЕВ
%
40
30 20 10
% 40
30 20 10
(а)
1992 г. ^1993 г.
"оз. Каливо" "Мунанкиярви" "Феномаршрут" "оз. Каменное"
(б)
"оз. Каливо" "Мунанкиярви" "Феномаршрут" "оз. Каменное"
Рис. 1. Средняя доля резорбции эмбрионов у перезимовавших (а) и прибылых (б) самок рыжей полевки из различных участков Костомукшского заповедника в период средней (1992 г.) и максимальной (1993 г.) интенсивности работы комбината. Различия между показателями 1992 и 1993 годов для пробной площади "оз. Каменное" статистически достоверны (Р = 2.7 прир < 0.05; однофакторный дисперсионный анализ).
лишь естественными причинами. Регулярно проводимые исследования [5] на полигоне интегрированного мониторинга "Камалахти", расположение которого практически совпадает с тестируемой площадью "оз. Каменное", показали, что средняя концентрация окислов азота и серы в атмосферных осадках, выпавших на этих участках в 1993 г., в 3 раза, а в некоторых случаях и на порядок превосходила средние показатели за годы наблюдений и составила 17 мг/л для 804 и 1.1 мг/л для N03. При этом как среднегодовые показатели для этой территории были 1.7 мг/л для 804 и 0.33 мг/л для N03. У самок красно-серой полевки, обитавших в зоне сильного загрязнения, снижается плодовитость, в том числе и за счет повышения эмбриональной смертности (с 6.2 до 27%, [6]). Таким образом, прослеживается отчетливая связь между популяционными, морфофизиоло-гическими и цитогенетическими параметрами мышевидных грызунов, с одной стороны, и различными уровнями загрязнения среды обитания этих животных, с другой.
Сравнение полученных нами результатов и данных литературы показывает, что интенсивность влияния крупных металлургических производств на окружающие природные комплексы зависит не только от масштабов и состава выбросов и временного фактора. Выявленная нами повышенная эмбриональная смертность у зверьков, обитающих в зоне воздействий Костомукшского ГОК, также является важнейшим фактором экологического мониторинга, что было установлено и в работах других и
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.