CC BY
88
ВестникКрасГАУ. 2016. №8
zheleznodorozhnogo zemljanogo polotna travosejaniem // Tr. Vsesojuz. nauch.-issled. in-ta transportnogo stroitel'stva. - 1956. -Vyp. 18.
7. Smelov S.P. Ustanovlenie ob'ektivnyh pokazatelej kachestva derniny na letnyh poljah // Sb. mat-lov po agrotehnike i maskirovke letnyh polej. - M.: 1943. - Vyp. 5.
8. Sariev A.H., Zelenskij V.M. Travosmesi i
normy vyseva mnogoletnih zlakovyh trav pri biologicheskoj rekul'tivacii narushennyh zemel' // Vestnik KrasGAU. - 2009. - № 5. - S. 4045.
9. Kossovich S.P. Vlijanie razvitija rastenij pri nizkoj pochvennoj temperature v pervyj period rosta na isparjajushhuju osobennost' // Opytnaja agronomija. - SPb., 1906. - Vyp. 1.
УДК 581.502(571.511)
П.В. Кочкарев, В.В. Михайлов
КОМПЛЕКСНЫЙ АНАЛИЗ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ОРГАНАХ И ТКАНЯХ ДИКОГО СЕВЕРНОГО ОЛЕНЯ (RANGIFER TARANDUS L. 1758)
P.V. Kochkarev, V.V. Mikhailov
COMPLEX ANALYSIS OF HEAVY METALS CONTENT IN BODIES AND TISSUES OF THE WILD
REINDEER (RANGIFER TARANDUS L. 1758)
Кочкарев П.В. - канд. биол. наук, директор Государственного природного биосферного заповедника «Центральносибирский», Красноярский край, Туруханский р-н, п. Бор. E-mail: [email protected]
Михайлов В.В. - д-р физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. науч. отд. Государственного природного биосферного заповедника «Центральносибир-ский», Красноярский край, Туруханский р-н, п. Бор. E-mail: [email protected]
В статье приведен анализ данных по содержанию тяжелых металлов (ТМ) в органах и тканях дикого северного оленя. Материал собран на территории Таймырского полуострова в период с 2004 по 2011 г. Анализировался общий массив данных и выполнялась сравнительная оценка значений для районов сбора проб. Определялись средние значения концентраций ТМ, накопление металлов в органах, корреляционные коэффициенты между величинами накопления ТМ в органах дикого северного оленя, выполнялся кластерный анализ данных. Объектами кластеризации являются образцы органов и тканей, а признаковым пространством - пространство ТМ, содержание которых в органах и тканях является значе-
Kochkarev P.V. - Cand. Biol. Sci., Head, National Natural Biospheric Park "Tsentralnosibirsky", Krasnoyarsk Region, Turukhansky District, Settlement Bor. E-mail: [email protected]
Mikhailov V.V. - Dr. Phys., Mat. Sci., Senior Staff Scientist, Dep., National Natural Biospheric Park "Tsentralnosibirsky", Krasnoyarsk Region, Tur u khansky District, Settlement Bor. E-mail: [email protected]
нием признаков. Исходные данные нормировались, чтобы оценить вклад всех металлов, независимо от их абсолютного содержания в пробах. Безусловной доминантой по массе на всех типах пастбищ является железо, затем - медь. Кадмий и свинец занимают одинаковое положение - в некотором случае по содержанию в органах доминирует Cd, в некоторых случаях - Pb. При отсутствии нормирования роль доминирующего металла в процессе кластеризации становится преобладающей. Установлены различия по уровню содержания ТМ у диких северных оленей различных группировок, обитающих на западе и востоке Таймырского полуострова. Отмечена неоднородность содержания ТМ в органах и тканях диких
северных оленей с западного Таймыра. Это объясняется неоднородностью загрязнения западных пастбищ антропогенными выбросами. Содержание поллютантов в органах и тканях дикого северного оленя с западного Таймыра значительно отличается от подобных с восточного Таймыра.
Ключевые слова: дикий северный олень, тяжелые металлы (ТМ), Таймыр, пастбища.
In the study the analysis of the data in the content of heavy metals (HM) in the tissues and organs of wild reindeer is provided. The material was collected on the Taimyr Peninsula in the period from 2004 to 2011. The overall data set, and a comparative evaluation of the values for sampling areas was performed. Average values of HM concentration, the accumulation of metals in bodies, correlation coefficients between sizes of accumulation of HM in bodies of the wild reindeer were defined; the cluster analysis of data was made. The objects of clustering were samples of bodies and tissues, and the sign space, i.e. the space of HM which contents in bodies and tissues was value of signs. Basic data were normalized to estimate the contribution of all metals, irrespective of their absolute contents in the tests. An unconditional dominant on weight on all types of pastures was iron, and then it was copper. Cadmium and lead hold identical position: in some cases according to the contents in bodies Cd, in certain cases Pb dominated. In the absence of rationing the role of the dominating metal in the course of clustering becomes prevailing. The distinctions on the level of the maintenance of HM at wild reindeers of various groups living in the West and the East of the Taimyr Peninsula were established. Heterogeneity of the maintenance of HM in the bodies and tissues of wild reindeers from the western Taimyr was noted and it was explained by heterogeneity of pollution of the western pastures anthropogenous emissions. The content of pollutant in bodies and tissues of the wild reindeer from the western Taimyr considerably differed from similar from east Taimyr.
Keywords: wild reindeer, heavy metals (HM), Taimyr, pastures.
Введение. Исследование природных популяций млекопитающих на предмет антропогенного воздействия на них представляет экотокси-
кологический и санитарно-гигиенический интерес, так как большинство крупных позвоночных используются человеком для питания. Среди всех поллютантов антропогенного происхождения, попадающих в окружающую среду, доля тяжелых металлов (ТМ) доходит до 95 % [4].
Цель исследований. Провести анализ на присутствие тяжелых металлов в тканях и органах дикого северного оленя различных группировок на западе и востоке Таймырского полуострова. С помощью проведенного анализа оценить степень антропогенной нагрузки на популяцию дикого северного оленя. Выяснить влияние кормления оленей на различных пастбищах на аккумуляцию тяжелых металлов в организмах исследуемых животных.
Объекты и методы исследований. Для сравнительного анализа поступления микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов, нами выбран дикий северный олень (Rangifer tarandus Ц 1758). Материал собран на территории западного Таймыра в период с 2004 по 2011 год в местах зимних концентраций дикого северного оленя - на западном и восточном Таймыре. А также на летних пастбищах (низовье реки Пура, Пясина, озеро Таймыр и Лабаз). Нами исследованы только взрослые животные старше двух лет, возраст оленей определяли по методике [2]. При добыче животных производилась морфометрическая обработка и отбирался материал для анализа на содержание микроэлементов. У каждого объекта для анализа бралось: содержимое желудка, печень, почки, сердце, мышечная ткань, волос и содержимое прямого кишечника (экскременты). Уровень основных ТМ определялся методом атомно-абсорбционного спектрохимического анализа на спектрофотометре в ветеринарных лабораториях службы ветеринарного надзора Красноярского края и в лаборатории референтного центра управления Россельхознадзора по Красноярскому краю.
Анализировался общий массив данных и выполнялась сравнительная оценка данных для районов сбора проб. Определялись средние значения концентраций ТМ, накопление металлов в органах, корреляционные коэффициенты между величинами накопления ТМ в органах дикого северного оленя. Выполнялся кластерный анализ данных.
Вестник.'КрасГЯУ 2016. №8
Кластеризация - способ группировки многомерных объектов, основанный на представлении результатов отдельных наблюдений точками подходящего геометрического пространства с последующим выделением групп как «сгустков» этих точек. Одним из наиболее распространенных является алгоритм иерархической кластеризации [6], который и был использован в данной работе.
В нашем случае объектами кластеризации являются образцы органов и тканей, а признаковым пространством - пространство ТМ. Расчеты проводились в пакете Matlab с использованием программ StatisticsToolbox, ClusterAnalysis. Были использованы иерархиче-
ский алгоритм кластеризации и эвклидова метрика для оценки близости объектов [6].
Результаты исследований и их обсуждение. Безусловной доминантой по массе на всех типах пастбищ является железо (21-67 мг/кг), затем - медь (2,8-4,1 мг/кг). Кадмий и свинец занимают одинаковое положение - в некотором случае по содержанию в органах доминирует Cd (0,01-2,2 мг/кг), в некоторых случаях - Pb (0,012,5 мг/кг).
В таблице приведены усредненные данные о содержании кадмия, меди, железа и свинца в органах дикого северного оленя (мышечная ткань, печень, почки, волос).
Содержание ТМ в органах северных оленей
Органы и ткани Cd Fe Pb
Западный Таймыр, летние пастбища
Мышечная 0,108±0,08 3,3±0,74 41,2±22,3 0,035±0,02
ткань
Печень 0,79±0,56 37,7±10 56±22,8 0,76±0,3
Почки 1,24±0,68 18±2 42,3±15,9 0,41±0,27
Волос 1,95±0,88 9,346±3,7 57,3±30 0,25±0,16
Восточный Таймыр, летние пастбища
Мышечная 0,01 ±0,004 3,24±0,7 27±4,67 0,0086±0,001
ткань
Печень 0,152±0,06 25,7±5,3 38,7±13,5 0,22±0,13
Почки 0,081±0,01 18±2 42,3±15,9 0,41±0,27
Волос 0,16±0,21 2,84±1,4 22,9±5,7 0,083±0,05
Западный Таймыр, зимние пастбища
Мышечная 0,353±0,27 4,21±0,84 66,2±20,3 0,26±0,33
ткань
Печень 2,07±0,48 41,4±13,6 66,8±18,5 1±0,17
Почки 1,66±1 24,54±4,2 40,36±18 0,5±0,33
Волос 2,26±0,24 9,78±2,6 57,3±26,1 2,49±0,7
Восточный Таймыр, зимние пастбища
Мышечная 0.015±0.006 3.9±0.7 54.7±15.4 0.027±0.008
ткань
Печень 1,23±0,3 41,3±12 64,4±8 0,8±0,11
Почки 0,15±0,06 19,5±3,5 47±24,4 0,12±0,03
Волос 0,115±0,05 3,22±1,13 28,9±6,3 0,16±0,08
Восточный Таймыр, осенние переходные пастбища
Мышечная 0,015±0,008 3,7±0,61 29±4,7 0,023±0,01
ткань
Печень 0,18±0,07 26,1 ±6,5 47,8±15,2 0,37±0,19
Почки 0,2±0,27 16,7±2,8 40,9±19,8 0,081 ±0,01
Волос 0,05±0,026 2,8±1,2 21±4,8 0,25±0,27
На рисунках 1 и 2 показано количество ТМ в органах и тканях северных оленей, нормированное по среднему содержанию соответствующего металла. На первом рисунке данные сгруппированы по количеству ТМ в тканях и органах оленей, на втором - по типам пастбищ.
Для визуального сопоставления содержания ТМ в органах оленей на рисунке 3 приведены нормированные данные о содержании ТМ в органах животных на западных пастбищах в сравнении с восточными пастбищами Таймыра.
Содержание кадмия в мышечной ткани оленей на зимних пастбищах западного Таймыра в 20 раз выше, чем на пастбищах восточного Таймыра, содержание свинца в мышечной ткани выше в 10 раз, в почках - в 4 раза. По другим органам и металлам величины по западному и
восточному Таймыру сопоставимы. На зимних пастбищах западного Таймыра содержание кадмия в мышечной ткани и печени оленей в 23 раза выше, чем на летних пастбищах, содержание свинца в мышечной ткани выше в 7 раз, а в волосе - в 10 раз. По другим металлам и органам показатели сходны. Характер содержания ТМ в органах оленей на летних и зимних пастбищах западного Таймыра в целом также сходен.
Значительное содержание Cd в мышечной ткани и печени оленей с зимних пастбищ западного Таймыра, скорее всего, объясняется воздушными переносами этого элемента с близлежащих городов Дудинка и Норильск. Тогда как летние пастбища (низовья рек Пура и Пясина) мало подвержены загрязнению этим элементом [1, 3-5].
2 -
1 -
2 3
2 1.5 1
0.5 0
и
3
0
1
4
2
3
4
А
В
4 -
2.5 2 1.5 1
0.5 0
С
О
1
2
3
4
Рис.1. Количество ТМ в органах северного оленя, нормированное по среднему содержанию ТМ (здесь и далее: порядок металлов в группе: Cd, ^, Fe, Pb): 1 - мышечная ткань, 2 - печень, 3 -почки, 4 - волос; A, B - летние пастбища западного и восточного Таймыра; ^ D - зимние пастбища западного и восточного Таймыра
Содержание кадмия в органах оленей на летних пастбищах западного Таймыра существенно больше, чем на пастбищах восточного Таймыра. В мышечной ткани превышение в 10 раз, в печени - в 5 раз, в почках - в 15 раз, в волосе - в 12 раз. Содержание свинца в мышечной ткани больше в 4 раза, в почках и воло-
се - в 3 раза. По меди и железу показатели по районам близки.
Характер содержания ТМ в организме оленей на летних, зимних и осенних переходных пастбищах восточного Таймыра близок как по соотношению, так и по количеству металлов в органах.
Вестник^КрасТЯУ. 2016. №8
1.5
0.5
-
1 . П и ■
А
2.5 2 1.5 1
0.5 0
С
1 2 3
1 2 3
4 -
12 3 4
Рис. 2. Количество ТМ в органах северного оленя, нормированное по среднему содержанию соответствующего металла. Пастбища: 1 - западные летние, 2 - восточные летние, 3 - западные зимние, 4 - восточные зимние; A - мышечная ткань; B - печень; C - почки; D - волос
20
15
10
| I
25 20 15 10 5 0
2
I I
I н | | Ш щ м
Рис. 3. Количество ТМ в органах оленей на западных пастбищах Таймыра по сравнению с восточными пастбищами: 1 - летние пастбища; 2 - зимние пастбища
Дендрограммы (рис. 4, 5) характеризуют межклассовым расстоянием, не превосходящим
группирование данных о содержании ТМ в мы- 0,5. Образцы с западных пастбищ имеют гораз-
шечной ткани оленей на различных типах паст- до больший разброс, максимальное межклассо-
бищ. Образцы с восточных пастбищ (летние - вое расстояние на летних пастбищах западного
образцы 15-24, зимние - образцы 11-20) обра- Таймыра достигает 2, а зимних - 6 единиц. зуют компактные группировки с максимальным
3
1
2
1
0
0
4
6
2
0
4
5
0
1
2
3
4
1
2
3
4
Близкие результаты получены были для печени и почек оленей. Это объясняется наличием поллютантов в кормах растительного происхождения, которые потребляют северный олень
и другие растительноядные участники тундровой биоты [4, 7]. Аналогичные данные получены и вблизи горнодобывающих предприятий Якутии [8].
2 -1.8 -1.6 -1.4 -1.2 -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 -0 -
Л
15 16 18 24 17 23 19 20 21 22 3 10 1 13 2 12 9 14 5 6 11 4 8 7
Рис. 4. Дендрограмма кластеризации: мышечная ткань, летние пастбища
I I г
16 17 14 11 12 13 15 20 18 19 7 2 3 6 10 4 9 1 8 5
Рис. 5. Дендрограмма кластеризации: мышечные ткани, зимние пастбища
Выводы
1. Содержание ТМ в органах и тканях дикого северного оленя на Таймыре - величина непостоянная.
2. Содержание ТМ в органах и тканях оленей с запада Таймыра имеет большой межклассовый разброс (при кластерном анализе), что
позволяет сделать вывод о неоднородности наличия поллютантов на пастбищах западного Таймыра (особенно зимних пастбищ).
3. Безусловные доминанты ТМ в органах северных оленей - это Fe и что вполне объяснимо наличием кларков этих элементов в естественной среде.
6
5
4
3
2
0
Вестник.'КрасГЯУ 2016. №8
Литература
1. Власова Т.М. Аэротехногенное воздействие на растительный покров оленьих пастбищ. Ресурсы, экология и рациональное использование диких северных оленей в СССР // Сб. науч. тр. ВАСХНИЛ. - Новосибирск, 1990. - С. 63-74.
2. Клевезаль Г.А. Регистрирующие структуры млекопитающих в зоологических исследованиях. - М.: Наука, 1988. - 286 с.
3. Колпащиков Л.А. Таймырская популяция дикого северного оленя (биологические основы управления и устойчивого использования ресурсов): автореф. дис. ... д-ра биол. наук. - Норильск, 2000. - 48 с.
4. Кочкарев П.В. Динамика микроэлементного состава в органах и тканях дикого северного оленя во время сезонных миграций на Таймыре // Биогеохимия техногенеза и современные проблемы геохимической экологии. - 2015. - Т. 2. - С. 324.
5. Крюков В.И., Баландин А.А., Кочкарев П.В. Биоиндикация антропогенного влияния на экосистемы Таймыра / ОрелГАУ. - Орел, 2008. - 71 с.
6. Мандель И.Д. Кластерный анализ. - М.: Финансы и статистика, 1988. - 176 с.
7. Подкорытов Ф.М. Содержание микроэлементов (Mn, Zn, Cu, Mo, Co, Ni, Pb) в почвах, кормовых растениях и в организме оленя в условиях Таймыра: автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Дубровицы, 1969. -24 с.
8. Таркова М.Д. Миграция свинца и кадмия в трофической цепи «почва-растение-северный олень» в зоне деятельности горнодобывающих предприятий Якутии: на примере Оймяконского района // Научная библиотека диссертаций и авторефератов disserCat. - URL: http://www.dissercat.com/ content/migratsiya-svintsa-i-kadmiya-v-trofiches koi-tsepi-pochva-rastenie-severnyi-olen-v-zone-deyat?_openstat=cmVmZXJ1bi5jb207 bm9kZTthZDE7#ixzz41 HmRTJTg.
Literatura
1. Vlasova T.M. Ajerotehnogennoe vozdejstvie na rastitel'nyj pokrov olen'ih pastbishh. Resursy, jekologija i racional'noe ispol'zovanie dikih severnyh olenej v SSSR // Sb. nauch. tr. VASHNIL. - Novosibirsk, 1990. - S. 63-74.
2. Klevezal' G.A. Registrirujushhie struktury mlekopitajushhih v zoologicheskih issledovanijah. - M.: Nauka, 1988. - 286 s.
3. Kolpashhikov L.A. Tajmyrskaja populjacija dikogo severnogo olenja (biologicheskie osnovy upravlenija i ustojchivogo ispol'zovanija resursov): avtoref. dis. ... d-ra biol. nauk. - Noril'sk, 2000. - 48 s.
4. Kochkarev P.V. Dinamika mikrojelementnogo sostava v organah i tkanjah dikogo severnogo olenja vo vremja sezonnyh migracij na Tajmyre // Biogeohimija tehnogeneza i sovremennye problemy geohimicheskoj jekologii. - 2015. - T. 2. - S. 324.
5. Krjukov V.I., Balandin A.A., Kochkarev P.V. Bioindikacija antropogennogo vlijanija na jekosistemy Tajmyra / OrelGAU. - Orel, 2008. - 71 s.
6. Mandel' I.D. Klasternyj analiz. - M.: Finansy i statistika, 1988. - 176 s.
7. Podkorytov F.M. Soderzhanie mikrojelementov (Mn, Zn, Cu, Mo, Co, Ni, Pb) v pochvah, kormovyh rastenijah i v organizme olenja v uslovijah Tajmyra: avtoref. dis. ... kand. biol. nauk. - Dubrovicy, 1969. - 24 s.
8. Tarkova M.D. Migracija svinca i kadmija v troficheskoj cepi «pochva-rastenie-severnyj olen'» v zone dejatel'nosti gornodobyvajushhih predprijatij Jakutii: na primere Ojmjakonskogo rajona // Nauchnaja biblioteka dissertacij i avtoreferatov disserCat. - URL: http://www.dissercat.com/content/migratsiya-svintsa-i-kadmiya-v-troficheskoi-tsepi-pochva-rastenie-severnyi-olen-v-zone-deyat?_openstat=cmVmZXJ1bi5jb207bm9kZT thZDE7#ixzz41 HmRTJTg.
