Особенности минерального состава мёда урбанизированных экосистем Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2011 БИОЛОГИЯ Вып. 2

ЭКОЛОГИЯ

УДК 638.1

ОСОБЕННОСТИ МИНЕРАЛЬНОГО СОСТАВА МЁДА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ЭКОСИСТЕМ

Р. В. Кайгородова,ь, Е. Н. Симановаа

а Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15; romankaygorodov@mail.ru; (342)2396203 ь Естественнонаучный институт Пермского государственного университета, 614990, Пермь, ул. Г енкеля, 4

Исследовано содержание минеральных элементов (макро-, микроэлементы и тяжелые металлы) в мёде, собранном в городах и на прилегающих к ним территориях Пермского края. В качестве фонового участка использована удаленная от промышленных центров территория. Проведен сравнительный анализ геохимических особенностей исследуемых урбанизированных территорий и выделены экологические закономерности формирования минерального состава мёда.

Ключевые слова: мёд; минеральный состав; урбанизированные экосистемы.

Введение

Минеральный состав продуктов пчеловодства представляет интерес с разных позиций.

Формирование минерального состава продуктов пчеловодства во многом определяется природноклиматическими, геоботаническими и антропогенными факторами среды (Conti, Botre, 2001; Bogdanov, 2006; Szc^sna, 2007). Главным образом минеральный состав мёда изучается с целью контроля над содержанием токсичных и питательных элементов, что необходимо для обеспечения безопасности потребителей и санитарно-гигиенического состояния пчёл. Содержание минеральных элементов в мёде определяет многие его полезные свойства: пищевую ценность, активность ферментов и др.

В совокупности другими показателями (пыльцевой спектр, органолептические свойства) минеральный состав может использоваться для определения географического и ботанического происхождения. Уровень накопления токсичных элементов в продукции пчеловодства выступает одним из интегральных показателей степени антропогенной нагрузки на экосистемы и используется в апимо-ниторинге.

Однако исследования минерального состава продуктов пчеловодства могут иметь более фундаментальное научное и прикладное значение. Продукты пчеловодства являются компонентами пищевой цепи медоносных пчёл, и в их составе отражаются биогеохимические особенности территории медосбора. Комплексное изучение минерального состава мёда в связи с другими компонентами ландшафта может дать более глубокое представление о процессах миграции химических элементов в

природных и природно-антропогенных ландшафтах. Антропогенная нагрузка существенным образом влияет на характер миграции элементов в урбанизированных экосистемах, в том числе в пищевой цепи медоносных пчёл. Накопление токсичных элементов и снижение доли биофильных элементов в продуктах пчеловодства представляет угрозу для здоровья человека и самих медоносных пчёл. Понимание биогеохимических факторов образования минерального состава продуктов пчеловодства имеет большое значение для рационального планирования агроландшафтов, проведения природоохранных мероприятий, в том числе по сохранению медоносной пчелы.

Объекты

Исследованы меды, собранные на территории г. Перми, пос. Ферма (Пермский р-н, удаление от краевого центра 12 км), г. Чернушка. В качестве контроля использовали меды, собранные на удаленной от крупных индустриальных центров территории: с. Юговское (Кунгурский р-н, расстояние от районного центра 38 км).

Методы

Данные по пыльцевому анализу, т.е. ботаническому происхождению мёда предоставлены испытательной лабораторией ООО Центр исследований и сертификации «Федерал» (г. Пермь). Содержание воды в мёде определяли стандартным рефрактометрическим методом (ГОСТ Р 53126-2008). Массовую долю воды использовали для оценки качества мёда и пересчёта результатов элементного анализа на сухой вес мёда. Ферментативную активность мёда

© Кайгородов Р. В., Симанова Е. Н., 2011

(диастазное число) определяли методом, стандартизированным в Германии (DIN 10750-2006 Анализ меда. Определение активности диастазы). Содержание гидроксиметилфурфурола (ГМФ) определяли по ГОСТу Р 52843-2007.

Валовое содержание минеральных элементов определяли методом эмиссионной оптической спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS). Минеральный состав мёда определяли на базе Института химии окружающей среды университета Leuphana (Г ермания).

Данные по содержанию металлов в почвах г. Перми взяты из более ранних работ авторов (Кай-городов, Новоселова, Мозжерина, 2010).

Результаты и их обсуждение

Ботаническое происхождение мёда

Минеральный состав мёда во многом зависит от ботанического происхождения, т.е. определяется химическим составом нектара и пыльцы медоносных растений.

Как показывают данные, приведенные в табл. 1, исследуемые меды имеют сходное ботаническое происхождение. Основными источниками взятка выступают некоторые виды клевера, донника и липа мелколистная, а также виды семейства зонтичных.

Таблица 1

Ботаническое происхождение исследованных медов

воды, уровень ферментативной активности и содержание ГМФ.

Согласно табл. 2, исследуемые мёды характеризовались низким содержанием воды, ГМФ и высокой активностью диастазы, что свидетельствует об их натуральности, высокой степени спелости и сохранности природных свойств.

Таблица 2 Физико-химические свойства мёдов

Населенный пункт Доля воды, % Диастазное число, ед. Готе Содержание ГМФ, мг/кг

г. Пермь 16.57 37.54 1.64

пос. Ферма 17.70 14.54 3.36

г. Чернушка 18.36 12.85 1.81

с. Юговское 19.24 11.03 1.86

Нормативное требование Не более 20 Не менее 6 Не более 25

Место отбора мёда

г. Пермь

пос. Ферма

г. Чернушка

с. Юговское

Частота встречаемости пыльцевых _____________зерен, %_________

Минеральный состав мёда

В антропогенных экосистемах, как известно, существенно меняются потоки вещества, и содержание химических элементов зачастую отличается от фоновых уровней. В пищевых цепях медоносных пчёл урбанизированных экосистем усложняются пути поступления химических элементов, и увеличивается их спектр. Химическая деформация внешней среды находит свое отражение в минеральном составе продуктов пчеловодства.

Содержание минеральных элементов в мёде исследованных городов представлено в табл. 3.

Таблица 3

Содержание минеральных элементов в мёде, мг/кг

Клевер гибридный (Trifolium hibridum L.) -46.83

Донник (Melilotus spp. L.) - 13.9 Зонтичные (Apiaceae Lindl.) - 12.54

Липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) - , 47.15

Клевер белый (Trifolium repens L.) - 17.1 Донник (Melilotus spp. L.) - 13.21

Липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) -35.9

Клевер белый (Trifolium repens L.) -26.07

Донник (Melilotus spp. L.) - 13.73

Урбанизированные тер- Фоновая Нормальное

Элемент ритории территория содержание

г. пос. г. Чер- (с. Югов- в мёде*

Пермь Ферма нушка ское)

Xo 0.38 0.28 0.49 0.30 1 - 3.5

Cu 1.41 1.47 1.51 1.33 0.2 - 6

Ni 0.85 0.89 0.77 0.65 0 - 0.5

_Zn 1.84 1.11 1.16 4.64 0. 5 ! 2 о

Pb 2.25 2.57 1.70 1.61 0.01 - 0.3 1.0**

Зонтичные (Apiaceae Lindl.) - 27.03 Клевер белый (Trifolium repens L.) - 23.24 Липа мелколистная (Tilia cordata Mill.) -14.05

Физико-химические свойства мёда

В экологических исследованиях могут использоваться только мёды натурального происхождения, не имеющие фальсификаций. Для подтверждения натуральности и отсутствия фальсификаций используется ряд физико-химических показателей мёда. Важнейшими из них являются доля

* данные по S. Bogdanov (2006).

** ПДК согласно «Единым санитарноэпидемиологическим и гигиенических требованиям к товарам, подлежащих санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю) Таможенного союза России, Белоруссии, Казахстана».

Исследованные металлы были разделены на три группы:

• содержание ниже обычного для мёда (Co);

• содержание в пределах обычного (Cu, Zn);

• содержание выше обычного (Ni, Pb).

По сравнению с фоном высоко урбанизированные и прилегающие к ним участки (г. Пермь, пос. Ферма) отличались более высоким содержанием

48

Р. В. Кайгородов, Е. Н. Симанова

свинца, меди и никеля в мёде, что объяснятся высоким техногенным поступлением металлов.

Ландшафты Пермского края характеризуются высоким естественным геохимическим фоном многих микроэлементов. На территории края имеется множество биогеохимических аномалий с повышенным содержанием цинка, меди, кобальта, ванадия и других металлов.

Геохимические характеристики г. Перми и

особенности состава мёда

Почвы как компоненты ландшафта более надежно характеризуют его геохимические особенности, чем динамичные водная и воздушная среда.

Таблица 4

Коэффициенты геохимической аккумуляции (Кгх)* тяжелых металлов в почвах г. Перми

Элемент Зона города

центр прилегающая к центру удаленная от центра пешеходная

Co 0.44 0.51 0.49 0.49

Cu 0.26 0.27 0.27 0.30

Ni 0.20 0.20 0.15 0.25

Zn 0.24 0.32 0.30 0.34

Pb 4.34 5.30 4.11 4.35

* - отношение к кларку литосферы по А.Е. Ферсман (1964).

Для характеристики геохимических условий урбанизированных ландшафтов были рассчитаны геохимические коэффициенты некоторых химических элементов (соотношение валового содержания элемента в почве к кларку литосферы) в почвах разных зон г. Перми (Кайгородов, Новоселова, Мозжегоро-ва, 2010; табл. 4). Для выявления особенностей формирования состава мёда рассчитаны транслокационные коэффициенты элементов мёда (соотношение содержания элемента в мёде к содержанию подвижной формы в почве, табл. 5).

В исследуемых почвах наблюдается геохимическое рассеивание большинства металлов (Кгх<1), что свидетельствует об отсутствии их техногенной аккумуляции в почвах исследованных участков. Содержание свинца в 4-5 раз превышает кларки литосферы, что говорит об его активном техногенном поступлении в почвы г. Перми.

Таблица 5

Коэффициенты аккумуляции металлов (Кт) в мёде г. Перми

Элемент Кт

Co* >3.8

Cu 5.7

Ni* >8.5

Zn 8.1

Pb 8.3

* - содержание элемента в подвижной форме менее 0.1 мг/кг ( ниже предела обнаружения метода).

Соотношение содержания металлов в мёде к их подвижному количеству в почве (Кт - транслокационный коэффициент) может характеризовать интенсивность миграции элементов в системе «почва-растение-пчела-мёд» и отражать биогеохимические особенности территории.

Как показывают коэффициенты, в мёде наблюдается активное накопление минеральных элементов. Относительно содержания подвижных форм металлов в почвах их содержание в мёде выше в несколько раз. Это может объясняться несколькими причинами. Во-первых, большая часть представленных элементов - необходимые растениям микроэлементы, которые могут активно аккумулироваться и поступать в продукты пчеловодства.

Во-вторых, в урбанизированных экосистемах повышено атмосферное поступление различных загрязнителей, в том числе и металлов, которые могут, минуя почву, через листья растений включаться в пищевые цепи пчёл, либо непосредственно попадать в их организм и в ульи.

Мёд, как правило, является относительно «чистым» продуктом пчеловодства, т.е. в меньшей степени накапливает загрязняющие вещества и элементы, в отличие от прополиса, воска и пыльцы (Акимов, Наумкин, 2000; Колбина, 2009). Наши исследования показывают, что в урбанизированных экосистемах минеральный состав мёда во многом определяется техногенными геохимическими особенностями территории и характеризуется повышенным накоплением микроэлементов и тяжелых металлов.

Библиографический список

Акимов И.А., Наумкин В.П. Мёд и окружающая среда // Пчеловодство. 2000. № 7. С. 6-9. Кайгородов Р.В., Новоселова Л.В., Мозжерина Е.В. Загрязнение почв придорожных газонов г. Перми тяжелыми металлами, их распределение в вегетативных и генеративных органах и влияние на фертильность и линейные размеры пыльцевых зерен Taraxacum officinale s.l. // Вестн. Перм. ун-та. Сер. Биология. 2010. Вып. 3. С. 3034.

Колбина Л.М. Хозяйственно-полезные и биологические особенности медоносных пчёл в медосбор-ных условиях Западного Предуралья: автореф. дис. ... докт. с-х. наук. Ижевск, 2009. 42 с.

Ферсман А.Е. Геохимия. Л., 1934. Т. 1. 232 с. Szcçsna T. Concentration of selected elements in hon-

Bogdanov S. Contaminants of bee products // Apidolo- eybee-collected pollen // Journal of Apicultural Sci-

gie. 2006. Vol. 38. P. 1-18. ence. 2007. Vol. 51, № 1. P. 5-13.

Conti M., Botre F. Honey bees and their products as potential bioindicators of heavy metal contaminations Поступила в редакцию 05.05.2011

// Environmental Monitoring and Assessment. 2001.

Vol. 69(3). P. 267-282.

Characterization of mineral content of honey in urbane landscapes R. W. Kaygorodov, candidate of biology, associate professor

Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia,614990; romankaygorodov@mail.ru; (342)2396203 Natural science institute of Perm state university. 4, Genkel str., Perm, Russia, 614990; zhal73@mail.ru E. N. Simanova, student

Perm State University. 15, Bukirev str., Perm, Russia,614990

The objective of the study was to investigate the mineral content of honey in different urbane landscapes of region Perm. Honey of natural landscapes was included in the study as referent. The characterization of honey content was carried on the basis of geochemical parameters of landscapes. They were found the environmental aspects of honey mineral content.

Key words: honey, mineral composition; urban ecosystems.

Кайгородов Роман Иванович, кандидат биологических наук, доцент ГОУВПО «Пермский государственный университет»

Естественнонаучный институт Пермского государственного университета

Симанова Елена Николаевна, студентка ГОУВПО «Пермский государственный университет»