Научная статья на тему 'Оценка загрязнённости трофической цепи «Почва-растение-тело пчелы-продукция пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала'

Оценка загрязнённости трофической цепи «Почва-растение-тело пчелы-продукция пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

CC BY
303
49
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОЧВА / РАСТЕНИЯ / МЕДОНОСНЫЕ ПЧЁЛЫ / ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ЗАГРЯЗНЁННОСТЬ / ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ / SOIL / PLANTS / HONEY BEES / HEAVY METALS / CONTAMINATION / ECOLOGICAL SAFETY

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Фаткуллин Ринат Рахимович, Гизатулина Юлия Абдулловна

Цель исследования оценка загрязнённости трофической цепи «почва растение тело пчелы продукты пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала (Троицкий район Челябинской области). Дана эколого-хозяйственная оценка территорий района. Установлено содержание тяжёлых металлов в почве выбранных территорий, цветках медоносных растений, в теле пчелы и продукции пчеловодства. Показано, что из всех изученных продуктов пчеловодства наиболее информативными индикаторами загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами являются прополис и пыльцевая обножка медоносных пчёл. Это обусловлено тем, что наибольшее количество тяжёлых металлов накапливается в продуктах, не проходящих через организм пчёл. Малочисленность шмелей и медоносных пчёл или полное их отсутствие на цветках может служить индикатором экологического неблагополучия территорий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Фаткуллин Ринат Рахимович, Гизатулина Юлия Абдулловна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ASSESSMENT OF HEAVY METALS POLLUTION OF THE TROPHIC CHAIN «SOIL-PLANT-BEE BODY-BEEKEEPING PRODUCTS» UNDER THE CONDITIONS OF THE SOUTH URALS FOREST-STEPPE ZONE

The purpose of the study was to evaluate the contamination of the trophic chain «soil plant bee body beekeeping products» by heavy metals under the conditions of forest-steppe zone of the South Urals (Troitsky district, Chelyabinsk region). The ecological and economic assessment of the area is submitted. The content of heavy metals in the soil of selected areas, honey plants flowers, in the body of bees and beekeeping products has been determined. It is shown that of all the beekeeping products under study, the most informative indicators of environmental contamination with heavy metals are propolis and pollen pellet of honey bees. This is conditioned by the fact that the greatest amount of heavy metals is accumulated in products that do not pass through the body of bees. The small number of bumblebees and honey bees or their complete absence on flowers can serve as an indicator of ecological troubles of the territories.

Текст научной работы на тему «Оценка загрязнённости трофической цепи «Почва-растение-тело пчелы-продукция пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала»

Оценка загрязнённости трофической цепи «почва - растение - тело пчелы - продукция пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала

Р.Р. Фаткуллин, д.б.н, профессор, Ю.А. Гизатулина, ассистент, ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ

Изучение результатов антропогенного загрязнения окружающей среды в настоящее время приобрело исключительно важное значение, поскольку многие из накапливающихся в воздухе, воде и почвах химических элементов чрезвычайно опасны для живых организмов. Самого пристального внимания заслуживает техногенное накопление тяжёлых металлов, особенно в почвах — начальном звене пищевой цепи. Столь же актуально изучение загрязнённости сельскохозяйственных культур, так как до 70—80% от общего количества тяжёлых металлов, поступающих в организм человека, приходится на растительную продукцию [1—3].

В результате антропогенной деятельности тяжёлые металлы попадают в природные среды в миграционно-активном состоянии и вовлекаются в биологический круговорот [4—6]. Растительный организм обеспечивается ионами тяжёлых металлов в первую очередь за счёт их поглощения корневой системой. Кроме того, тяжёлые металлы могут поступать в растения, в том числе медоносные, в составе аэрально-техногенного потока путём фолиарного поглощения, способны накапливаться и удерживаться в листьях.

При избыточном поступлении тяжёлых металлов через корни в растения работают защитные механизмы неспецифической природы. Они ограничивают проникновение тяжёлых металлов в надземные органы, в метаболические центры клеток. По отношению к разным тяжёлым металлам защитные возможности растений проявляются неодинаково.

Между накоплением тяжёлых металлов в почве и выращиваемой на ней культуре существует прямая, но далеко не адекватная связь: и на сильно загрязнённой, но обладающей высокими защитными свойствами почве при выращивании растений, способных тормозить перемещение тяжёлых металлов в поедаемые органы, возможно получение гигиенически приемлемого урожая.

Загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами является одной из острейших проблем экологии. Особенно актуальной она стала в последние годы, так как тесно пересекается с другой глобальной проблемой — получения экологически чистых продуктов питания.

На основании вышеизложенного целью работы явилась оценка загрязнённости трофической цепи «почва — растение — тело пчелы — продукты

пчеловодства» тяжёлыми металлами в условиях лесостепной зоны Южного Урала (Троицкий район Челябинской области).

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:

— дать эколого-хозяйственную оценку территорий района;

— установить содержание тяжёлых металлов в почве выбранных территорий, цветках медоносных растений, в теле пчелы и продукции пчеловодства.

Материал и методы исследования. Для проведения научно-хозяйственного опыта были выбраны частные пасеки, расположенные по розе ветров в юго-восточном (почвенная площадка ПП1) и юго-западном направлениях (почвенная площадка ПП2) от основного источника техногенного загрязнения территории города Троицка и Троицкого района — ОАО ОГК-2 «Троицкая ГРЭС». Расстояние составило: п. Бобровка (ПП1) — 10-15 км, п. Скалистый (ПП2) - 30-40 км. При этом наибольшая повторяемость по розе ветров нами была зарегистрирована в южном и особенно в юго-восточном направлениях.

При проведении эколого-хозяйственной оценки территорий применяли метод быстрой оценки экологической обстановки, предложенный В.Г. Каш-ковским и А.А. Плаховой, и одновременного наблюдения за работой пчёл на цветках. Наблюдения за численностью насекомых осуществляли на двух почвенных площадках (ПП), разбитых на полях, используемых пчеловодами частных пасек и занятых медоносными растениями. На основании разницы установленной численности видов насекомых исследованных почвенных площадок делали выводы об экологической чистоте местности: там, где видов насекомых больше, местность считали относительно экологически чистой и безопасной.

Пробы почв, цветков медоносных растений, пчёл, прополиса, воска, пыльцы и мёда с выбранных территорий для исследований отбирали с мая по сентябрь. Содержание тяжёлых металлов в полученных образцах определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии.

Результаты исследования. При проведении исследования было установлено, что на территориях интенсивного пчеловодства в Троицком районе на цветках медоносных растений (доннике, клевере, люцерне) активнее всего работают пчёлы (табл. 1).

Анализ полученных данных свидетельствует, что активнее всего пчёлы посещали медоносные растения в посёлке Скалистый (ПП2), и их чис-

1. Численность насекомых разных видов, работавших на цветках медоносных растений, шт. (X±Sx)

Вид насекомых Численность насекомых

ПП1 ПП2

Пчела 6,32±0,32 15,33±0,77

Оса 1,66±0,08 4,32±0,22

Шмель - 3,07±0,15

ленность за 2 часа составила 15,33+0,77 шт. В посёлке Бобровка (ПП1) данный показатель был значительно ниже и составлял 6,32+0,32 шт. Мы объясняем это тем, что обилие данных насекомых может быть только в местности, относительно безопасной для жизни.

Анализируя посещаемость медоносных растений шмелями, следует констатировать их низкую численность. Так, посещаемость медоносных растений шмелями на ПП2 (п. Скалистый) составляла 3,07+0,15 шт. В посёлке Бобровка шмелей практически не было. Мы склонны считать, что непосредственная близость посёлка Бобровка к электростанции «Троицкая ГРЭС», расположенной по розе ветров, приводит к гибели полезных для пчеловодства насекомых и полному отсутствию численности шмелей в наблюдаемые сроки. Установленный факт можно расценивать как индикатор экологического неблагополучия.

Результаты проведённого исследования, характеризующие изменения средних показателей концентраций тяжёлых металлов в цепочке «почва — растение — тело пчелы — продукты пчеловодства», представлены в таблице 2.

Содержание тяжёлых металлов в почве было нестабильно. Но в целом можно утверждать, что чем ближе к источнику загрязнения, тем выше концентрация поллютантов в исследуемых пробах почв. Так, тяжёлыми металлами больше загрязнены почвы п. Бобровка, ближе всего расположенного к ОАО ОГК-2 «Троицкая ГРЭС», где концентрация свинца составляла 31,43+1,12 мг/кг, кадмия — 1,56+0,05 мг/кг и никеля 43,21+2,10 мг/кг. Содержание данных элементов в почве посёлка Скалистый (ПП2) было значительно меньше: свинца — в 5,12 раза; кадмия — в 31,2 раза; никеля — в 4,37 раза. Это говорит о том, что почвы п. Бобровка подвержены наибольшим техногенным воздействиям тепловой станции и отличаются высокой загрязнённостью тяжёлыми металлами.

По наличию тяжёлых металлов цветки медоносных растений ПП1 превосходили цветки медоносов ПП2. Концентрация свинца у медоносных растений, произраставших на территориях непосредственной близости к теплостанции (ПП1), была в 5,16 раза больше по сравнению с ПП2. Аналогичная закономерность нами выявлена в отношении кадмия и никеля, с увеличением их содержания в медоносных растениях ПП1 в 9,66 и 6,86 раза по сравнению с образцами ПП2.

При проведении анализа таблицы 2 установлено, что организм пчёл, обитающих на пасеках Бобровского поселения, активно накапливает свинец и никель. Достаточно высокое содержание этих элементов в организме пчёл можно объяснить высоким содержанием в среде их обитания. Тем не менее содержание тяжёлых металлов в теле пчелы по отношению к их количеству в растениях, с которых пчёлы собирали нектар и пыльцу, на первой почвенной площадке (ПП1) по изучаемым показателям закономерно уменьшалось. Так, на ПП1 содержание свинца снизилось в 1,07 раза, кадмия — в 1,32 раза, никеля — в 1,49 раза по сравнению с их содержанием в цветках медоносов. На второй почвенной площадке (п. Скалистый) содержание свинца и кадмия в теле пчелы было на уровне его содержания в учтённых медоносных растениях, составившие для свинца 0,76+0,03 и 0,74+0,03, для кадмия — 0,04+0,002 и 0,03+0,001 соответственно. В свою очередь, содержание никеля в теле пчелы уменьшилось в 2,35 раза по сравнению с их содержанием в цветках медоносов. Таким образом, содержание тяжёлых металлов в теле пчёл по отношению к их количеству в растениях может быть меньшим или оставаться на уровне их содержания в медоносах.

Пчёлы от растений берут пыльцу и нектар, содержащие загрязняющие вещества. В процессе переработки нектара в мёд их количество уменьшается, что, вероятно, связано с проницаемостью стенок медового зобика пчел. Благодаря этому вместе с водой, адсорбируемой гемолимфой, из содержимого зобика через его стенки транспортируются тяжёлые металлы и остальные вещества. Частично они могут аккумулироваться в жировом теле и других структурах тела насекомых. Некоторое их количество удаляется экскреторными органами, а какая-то часть может переходить в продукты пчеловодства.

В исследуемых продуктах пчеловодства содержание химических элементов, тестируемое по кадмию, свинцу и никелю, колебалось в разных пределах. Установлено, что в пыльце, собранной пчёлами, находившимися в 10—15 км от источника загрязнения, содержание свинца и кадмия составляло в среднем 2,04+0,08 мг/кг и 0,23+0,01 мг/кг, а в пыльце того же вида растения, но отобранной от семей, находившихся на расстоянии 45—50 км от теплостанции, — всего лишь 0,16+0,008 мг/кг и 0,03+0,001 мг/кг, что в 12,75 и в 7,66 раза меньше. Аналогичная закономерность характерна и для прополиса. Установлено, что различия по содержанию свинца и кадмия в пробах прополиса были также глубокими, их содержание снизилось в 10 и 8 раз по сравнению ПП1 с ПП2.

Содержание свинца и кадмия, несмотря на относительно высокое содержание в почве, медоносных растениях и в теле пчелы, меньше всего аккумулируется в мёде и воске сотов. Это связано

2. Содержание тяжёлых металлов в трофической цепи, мг/кг (X±Sx)

Показатель

Объект исследования свинец кадмий никель

ПП1 ПП2 ПП1 ПП2 ПП1 ПП2

Почва Цветки медоносных растений Тело пчелы Прополис Воск Пыльца Мёд 31,43±1,12 3,82±0,18 3,57±0,17 2,71±0,13 1,28±0,05 2,04± 0,08 0,65±0,03 6,14±0,25 0,74±0,03 0,76±0,03 0,27±0,01 0,05± 0,002 0,16±0,008 0,10±0,004 1,56±0,05 0,29±0,01 0,22±0,01 0,08±0,003 0,02±0,001 0,23±0,01 0,03±0,001 0,05±0,002 0,03±0,001 0,04±0,002 0,01±0,00 0,01±0,00 0,03±0,001 0,01±0,00 43,21±2,10 5,01±0,23 3,37± 0,15 2,82±0,03 0,51±0,02 1,41±0,06 1,25±0,05 9,89±0,42 0,73±0,03 0,31±0,01 0,25±0,01 0,54±0,02 0,11±0,005 0,97±0,04

со специфичностью функционирования медовых зобиков, через стенки которых при переработке нектара в мёд адсорбируются тяжёлые металлы. Так, концентрация свинца в мёде и воске сотов на ПП1 составляла 0,65+0,03 и 1,28+0,05 мг/кг, а на ПП2 -0,10+0,004 и 0,05+0,002 мг/кг соответственно, что в 6,5 и 25,6 раза меньше. Концентрация кадмия в мёде и воске сотов на ПП2 также уменьшилась в 3 и 2 раза соответственно по сравнению с ПП1.

Следует констатировать, что легче всего в продукты пчеловодства проникает никель. Так, наиболее высокое содержание никеля выявлено в прополисе ПП1 и составляло 2,82+0,13 мг/кг, немного поменьше в пыльце — 1,41+0,06 мг/кг, а в мёде и воске — 1,25+0,05 и 0,51+0,02 мг/кг соответственно. В то же время концентрация данного элемента в исследуемых образцах ПП2 была несколько меньше и составляла: в прополисе — 0,25+0,01; в пыльце — 0,11+0,005, в мёде — 0,97+0,04; в воске сотов — 0,54+0,03 мг/кг. Столь значительное накопление никеля в пчелопродуктах ПП1 можно объяснить не только его повышенным содержанием в почве исследуемого поселения, но и его химическими свойствами.

В результате проведённогох исследования можно отметить, что на двух почвенных площадках концентрация изучаемых тяжёлых металлов в исследуемых образцах медоносных растений снижается по отношению к их содержанию в почве, в теле пчелы может быть меньшим или оставаться на уровне их содержания в медоносах, а в процессе переработки нектара в мёд содержание тяжёлых металлов в нём закономерно уменьшается.

Таким образом, на двух почвенных площадках количество загрязняющих веществ в почве и растительности обусловлено прежде всего состоянием окружающей среды в местах расположения пасек и является следствием ближнего и дальнего переноса антропогенных загрязнений. Проведённая эколого-хозяйственная оценка выбранных территорий подтверждает, что на второй почвенной площадке (п. Скалистый) антропогенное влияние на природу

минимальное, там сохраняются многочисленные виды насекомых, питающиеся нектаром и пыльцой, подтверждающие относительную экологическую безопасность. Непосредственная близость посёлка Бобровка к электростанции «Троицкая ГРЭС» отрицательно влияет на численность и биоразнообразие насекомых, а именно пчёл и шмелей. Ведь в природе на цветках насекомых данного вида тогда много, когда условия для размножения благоприятны, местность экологически безопасна.

Выводы. 1. Малочисленность шмелей и медоносных пчёл или полное их отсутствие на цветках может служить индикатором экологического неблагополучия территорий.

2. На двух почвенных площадках прослеживается миграция тяжёлых металлов в трофической цепи «почва — растение — тело пчелы — продукты пчеловодства», где каждое последующее звено выступает в роли природного биофильтра.

3. Из всех изученных продуктов пчеловодства наиболее информативными индикаторами загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами являются прополис и пыльцевая обножка медоносных пчёл. Это обусловлено тем, что наибольшее количество тяжёлых металлов накапливается в продуктах, не проходящих через организм пчёл.

Литература

1. Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва — растение. Новосибирск, 1991. 151 с.

2. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях Москва, 1989. 439 с.

3. Кашковский В.Г., Плахова А.А. Эколого-хозяйственная оценка местности // Пчеловодство. 2014. № 9. С. 8—11.

4. Таирова А.Р., Шарифьянова В.Р., Ахметзянова Ф.К. Геохимическая оценка почв лесостепной зоны Южного Урала // Учёные записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. 2013. Т. 214. С. 412-416.

5. Загрязнение продуктов пчеловодства тяжёлыми металлами [Электронный ресурс] // сайт 2017. URL: http:// www.ecologytarget.ru/tarecs-582-1.html (дата обращения: 19.02.2017).

6. Таирова А.Р., Мухамедьярова Л.Г., Сулейманова К.У. Особенности биоаккумуляции тяжёлых металлов в организме рыб семейства карповые и семейства окуневые // Современные тенденции сельскохозяйственного производства в мировой экономики: матер. XIV Междунар. науч.-практич. конф. Кемерово, 2015. С. 550-553.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.