CC BY
109
Пищевые ресурсы дикой природы и экологическая безопасность населения
ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОПЕРЕНИИ ПТИЦ КАК ПРИРОДНАЯ МЕТКА
Е.В. Добровольская
Центр кольцевания птиц ИПЭЭ им. А.Н.Северцова РАН, Москва.
E-mail: ring@bird.msk.ru
HEAVY METALS IN FEATHERS OF BIRDS AS NATURAL MARKING
Ye. V. Dobrovolskaya
Bird Ringing Centre,
A.N. Severtsov Institute of Ecology and Evolution, RAS, Moscow.
Feathers are the part of releasing of many heavy metals from the organisms of birds and also of their depositing. And due to that fact it is very convenient to study a geochemical situation in the sites of birds' living. The content of microelements in feathers showed the long-term and short-term effect of one or other dispersed elements. To reveal the range of heavy metal content that is characteristic of a particular territory it is desirable, in our opinion, to enclose as great number of species as possible with different rations and types of feeding (herbivorous, omnivorous, insectivorous and carnivorous animals) and to study a sufficiently great spectrum of metals. According to our observations the content of microelements in feathers is well-correlated with the area of permanent or temporal living of birds. Every territory has its own spectrum of elements studied. It is true both for combined groups of birds, and for certain species. Thus, a geochemical peculiarity of an area where a bird lives during a sufficiently long period of time is clearly shown up in a microelement content of feathers. It gives an opportunity to identify individuals that belong to different geographical populations. Due to the feathers of birds it is possible to determine the site of the nesting or wintering of a bird.
Зависимость содержания рассеянных элементов, и тяжёлых металлов в частности, в оперении от места обитания птиц исследуется относительно давно. Это направление было одним из первых в области изучения содержания рассеянных элементов в теле птиц. Вместе с тем, данные по этому вопросу достаточно противоречивы. Но содержание этих элементов, как правило, рассматривалось и анализировалось с точки зрения антропогенного загрязнения. Нас же в первую очередь интересовала связь содержания рассеянных элементов в оперении с географическим положением места обитания. Большинство работ по этой теме произведено в США и Канаде (Connors et al., 1975; Crue et al., 1986; Kendall et al., 1982; King, Cromartie, 1986; Burger, 1994; Burger, Gochfeld, 1995 и др.). В эти же годы стали появляться массовые работы в Европе (Sawicka-Kapusta, Sokolowska, 1986; Betleja et al., 1993; Nyholm, 1994 и др.) и единичные - в Азии, Австралии и Новой Зеландии (Lee et al., 1983; Ochai; Itakura, 1992; Bacher, Norman, 1984; Lock et al., 1992). В отечественной литературе публикаций на эту тему очень мало (Добровольская, Ржаксинская, 1972; Добровольская, 1980, 1982, 1984; Вадковская и др., 1983; Лебедева, 1999; Лебедева и др., 1997). Нужно отметить, что большинство работ посвящено экотоксикологии и проблемам мониторинга окружающей среды, локальным загрязнениям, которые формируются в окрестностях крупных промышленных предприятий металлургической, углеперерабатывающей промышленности. Одним из первых серьёзных исследований аккумуляции тяжёлых металлов в оперении птиц следует считать работу Келсала и Бартона (Kelsal J., Burton R., 1979), посвящённую идентификации зимовок белого гуся (Anser caerulescens.). Авторами была проделана значительная работа по сбору перьевого материала на зимовках и по отработке методики подготовки образцов к анализу. Именно эту работу можно считать основополагающей по методике определения микроэлементного состава оперения спектральным способом. Места сбора материала охватывали различные географические районы: внутриматериковые, речные дельты и морские побережья. При помощи рентгеновской спектроскопии определялось содержание 14 химических элементов в оперении малого белого гуся. При помощи спектров этих элементов все три местонахождения гусей различались в 97.3% случаев. Еще одна серьезная работа - исследования Перриша с соавторами (Perrish et al., 1983), которые методом нейтронно-активационного анализа определяли содержание 14 химических элементов в оперении сапсанов (Falco peregrinus) из двух пунктов Аляски и западной Гренландии. В результате, происхождение соколов из каждого из трёх изученных районов устанавливалось со 100-процентной степенью вероятности. Вайерс и др. (Weyers et al., 1985) показали, что не все рассеянные элементы могут служить маркерами территорий. На основании этого учёные пришли к выводу, что для различных рассеянных элементов характерны различные механизмы накопления, но содержание этих элементов в оперении коррелирует с местом обитания птиц. Основная масса работ по этому вопросу подтверждает географические различия в химизме оперения птиц. Это относится к самым разным видам и районам обитания (Rolev, 1983; Howarth et al., 1982; Gochfeld, 1980; Parrish et al., 1983; Stoneburner, Harrison, 1981; Добровольская, Ржаксинская, 1974).
Для определения содержания тяжёлых металлов в оперении мы брали целые, не запачканные кровью верхние половины перьев. Затем высушивали их в термостате при температуре 200оС до постоянного веса в течение 5 часов. Определение микроэлементного состава оперения проводилось нейтронно-активационным и спектральным методами.
В таблицах №№ 1 и 2 приведены данные по среднему содержанию 10 рассеянных элементов в оперении уток и чаек, обитающих на различных территориях. Эти данные свидетельствуют, что геохимическая специфика территории чётко прослеживается в химизме оперения птиц самых разных таксономических групп, как мигрирующих, так и оседлых. Многими исследователями подтверждено, что накоп-
Таблица 1
Содержание рассеянных элементов в оперении уток родов Anas, Aythya и Somateria, обитающих на различных территориях (по данным спектрального и нейтронно-активационного анализов, мг/кг сухого веса, средние арифметические значения)
Территория Cu Zn Pb Co Ni Cr V Ti Mo Mn
!евер Европ. части России (п = 48) 20.57 58.79 17.24 3.81 1.47 4.03 0.23 16.22 2.28 57.09
!редняя полоса Евр. части России 61.47 179.61 66.2 6.51 2.53 50.38 0.54 38.98 35.9 172.61
1 = 50) [рибалтика (п = 17) 14.39 41.76 6.84 1.22 0.61 8.31 6.42 92.94 14.65 45.53
[обережье Черного моря (п = 29) 44.77 139.07 нет данных 3.04 1.05 2.77 0.84 13.48 24.61 123.32
[обережье Каспийского моря (п = 26) 17.39 53.63 нет данных 4.92 1.67 17.55 11.62 28.85 39.62 56.13
красноярский край, Туруханский р-н 388.89 >1000 250 106.39 33.7 6.17 2.11 28.61 29.43 255.56
1 = 36) Хабаровский край, Облученский р-н 13.22 36.68 9.36 0.92 0.32 1.51 0.14 24.78 1.61 39.62
1 = 11) [укотка, Провиденский р-н (п = 6) 12.23 35.15 нет данных 0.95 0.29 0.86 0.15 36.79 1.64 36.33
Таблица 2
Содержание рассеянных элементов в оперении чаек родов Ьагиє и Іїічча, обитающих на различных территориях (по данным спектрального и нейтронно-активационного анализов, в мг/кг сухого веса, средние арифметические значения)
Территория Cu Zn Pb Co Ni Cr V Ti Mo Mn
евер Европ. части России п = 11) 3.21 10.91 12.27 0.51 2.62 7.43 4.09 74.91 0.19 15.30
ред. полоса Европ. части оссии (п = 33) 34.25 119.61 30.03 0.65 2.85 76.36 5.56 90.61 0.23 143.76
рибалтика (п = 48) 13.80 49.08 8.83 0.21 0.82 9.24 6.09 101.04 0.15 63.20
обережье Черного моря п = 29) 8.45 30.52 нет данных 0.37 1.76 9.16 6.19 105.55 0.16 39.66
обережье Касп. моря (п = 23) 7.33 24.22 нет данных 0.81 3.71 38.26 8.23 234.78 0.33 31.55
расноярский край, Туруханский -н (п = 16) 362.50 >1000 256.25 30.0 140.63 6.86 2.63 33.13 0.32 53.0
укотка, Провиденский р-н п = 8) 7.9 25.63 10.65 0.78 3.26 5.04 6.69 35.18 0.21 34.03
ЛИТЕРАТУРА
Вадковская И.К., Вадковский В.Б., Каган Л.М. 1983. Микроэлементы в органах и тканях некоторых видов птиц Белорусской ССР // Доклады АН БССР. 27. № 12. С.1106-1108.
Добровольская Е.В., Ржаксинская М. В. 1974. Некоторые закономерности аккумуляции микроэлементов в перовом покрове птиц Мат. Моск. фил. Географ. об-ва СССР. Проблемы геохимии ландшафтов. - М. С.28-30.
Добровольская Е.В. 1980. Содержание тяжёлых металлов в перьевом покрове птиц как показатель техногенного загрязнения окружающей среды // Тяжёлые металлы в окружающей среде / под ред. В.В. Добровольского. - М.: МГУ. С.94-98.
Добровольская Е.В. 1982. Корреляция содержания меди, свинца и цинка в перьевом покрове некоторых птиц // Тез. докл. и стенд. сооб. XVIII Межд. орнит. конгресса. - М. С.145-147.
Добровольская Е.В. 1984. Аккумулирование тяжёлых металлов в перовом покрове птиц // Известия АН СССР. Сер. биол. С.302-305.
Ковальский В.В. 1974. Геохимическая экология. - М.: Наука. 273 с.
Лебедева Н.В., Кузиков И.В., Болбатор М., Шуктомова И.И. 1997. Птицы и млекопитающие Монголии как биоиндикаторы антропогенных загрязнений // Аридные экосистемы. Т. 3. № 5. С.124-134.
Лебедева Н.В. 1999. Экотоксикология и биогеохимия географических популяций птиц. - М.: Наука. 199 с.
ПокаржевскийА.Д. 1985. Геохимическая экология наземных позвоночных. - М.: Наука. 301 с.
Bacher G.J., Norman F.I. 1984. Mercury concentrations in ten species of Australian waterfowl (family Anatidae) // Austal. Wildlife Res. Vol. 11. № 2. P.387-390.
ление различных тяжелых металлов в тканях животных и в перьях в частности отражает их содержание в окружающей среде (Ковальский, 1974; Покаржевский, 1985). Перья являются местом выноса из организмов и депонирования многих тяжелых металлов и представляют собой весьма удобный объект изучения геохимической обстановки в местах обитания птиц. Микроэлементный состав оперения отражает как долговременное воздействие на организм тех или иных рассеянных элементов, так и кратковременное. Оперение, таким образом, может служить природной меткой птицы, благодаря которой можно определять место гнездования или зимовки особи. Так, для птиц, гнездящихся в Красноярском крае, характерно значительное повышение уровня содержания в оперении пяти металлов - меди, цинка, свинца, кобальта и никеля, а для птиц Чукотки - низкое содержание.
Для того чтобы выявить палитру содержания рассеянных элементов, характерную для определенной территории, желательно, на наш взгляд, охватить как можно большее количество видов с различными рационами и типами питания (растительноядных, всеядных, насекомоядных и хищников) и изучать достаточно большой спектр металлов. Именно при таком подходе возможно выявление характерных для изучаемой местности уровней нахождения рассеянных элементов в окружающей среде. К сожалению, по причине недостаточной выборки и отсутствия некоторых экологических типов птиц произвести такое исследование не удалось. Но нами проанализировано оперение чаек, уток, поганок, воробьиных птиц и голубей из приморских и континентальных районов. Зольность перового покрова птиц приморских и континентальных районов близка - соответственно 1.8% и 2.2%. Наиболее высокой зольностью обладали перья голубей - 3.4%, наиболее низкой - перья чомги (1.3%).
Международная конференция
Пищевые ресурсы дикой природы и экологическая безопасность населения
Таблица 3
Содержание рассеянных элементов в оперении птиц из приморских и континентальных районов (по результатам спектрального и нейтронно-активационного анализов, мг/кг сух. веса, среднее и лимиты)
Район Cu Zn Co Ni Cr V Ti Mo Mn
Приморские р-ны 17.82 21.80 0.80 3.04 41.50 6.53 16.80 0.40 23.41
(min-max) (9-26) (11-30) (0.5-1.0) (2.9-3.7) (36-46) (4.1-11.6) (13-23) (0.2-0.8) (31.8-21.0)
Континентальные р-ны 44.50 48.70 1.03 2.30 65.00 0.37 32.60 1.10 72.80
(min-max) (42-48) (42-51) (1.7-2.4) (2.0-3.1) (61-69) (0.1-0.5) (30-34) (0.8-1.2) (23.1-108.3)
Betleja J., Cempulik P, Kwapulinski J. 1993. Ecotoxicological characteristics of the winter habitat of the moorhen (Gallinula chlorops) // Pollut. Environ. № 3. P.142-145.
Burger J. 1994. Heavy metals in avian eggshells: another excretion method // Toxicol. and Environ. Health. Vol. 1. № 2. P.207-220.
Burger J., GochfeldM. 1995. Effect of varying temporal exposure to lead on behavioral development in herring gull (Larus argentatus) chicks // Pharm. Biochem. Behav. Vol. 52. № 3. P.601-608.
Connors P.G., Anderlini V.C., Risenrough R.W., Gilbertson M., Hays H. 1975. Investigation of metals in common tern populations // Can. Field. Natur. Vol. 89. P.157-162.
Crue C.E., Hoffman D.J., Bayer W.N., Franson L. P. 1986. Lead concentrations and reproductive success in European starling Stur-nus vulgaris nesting within highway roadside verges // Envir. Pollut. A. Vol. 42. P.157-182.
Gochfeld M. 1980. Mercury levels in some seabirds of the Humbold Current, Peru // Envir. Pollut. Vol. 22. № 3. P.197-205.
Horwarth D.M., Grant T.R., Hulbert A.I. 1982. A comporative study of heavy metal accumulation in tissues of the crested tern, Sterna bergii, breeding near an industrial port before and after hardbour dredging and ocean dumping // Austral. Wildlife Res. № 3. P.571-577.
Kelsall J.P., Burton R. 1979. Some problems in indentification of origin of lesser snow geese by chemical profiles // Can. Jour. Zool. Vol. 57. № 12. P.2292-2302.
Kendall R.J., Scalon P.F., Di Giulio R. T.
1982. Toxicology of invested lead shot in ringed turtle doves // Arch. Envir. Contam. Toxic. Vol. 11. P.259-263.
King K.A., Cromartie E. 1986. Mercury, cadmium, lead and selenium in three waterbird species nesting in Galveston Bay, Texas, USA // Colon. Waterbirds. Vol. 9. № 1. P.90-94.
Lee D.P., Honda K., Tatsukawa R., Won P.O.
1983. Distribution and residue level of mercury, cadmium and lead in Korea birds // Bull. Envir. Contam. Toxic. Vol. 43. P. 550-555.
Lock J.W., Thompson D.R., Furness R.W., Bartle J.A. 1992. Metal concentration in seabirds of the New Zealand region // Envir. Pollut. Vol. 75. P.289-300.
Nylholm N.E. 1994. Heavy metal tissue levels, impact on breeding and nesting development in natural populations of pied flucatcher (Aves) in the pollution gradient from a smelter // Ecotox. of Soil Organisms. Ed. M.H.Donker et al. - Crc press. P. 373-382.
Ochai K., Jin R., Itakura C. 1992. Pathological study oflead poisoning in whooper swan (Cygnus cyg-nus) in Japan // Avian. Dis. Vol. 36. № 2. P.313-323.
Parrish J.R., Rogers D.T., WardF.P. 1983. Identification of natal locates of peregrine falcons (Falco peregrinus) by trace-element analysis of featers // Auk. Vol. 100. № 3. P.560-567.
Rolev A. 1983. Zink, kobber, bly og cadmium i fjer fra danske Fiskehejrer Ardea cinerea // Dan. ornith. foren. tidsskr. Vol. 77. № 1-2. P. 13-24.
Sawiska-Kapusta K., Sokolowska T. 1986. Heavy metals in tits from polluted forest in Southern Poland // Envir. Pollut. Vol. 42. P.297-310.
Stoneburner D.L., Harisson C.S. 1981. Heavy metal residues in sooty tern tissue from the Gulf of Mexico and North Central Pacific Ocean // Sc. Total. Envir. Vol. 17. P.51-58.
WeyersB., GluckE., Stoeppler M. 1985. Environmental monitoring of heavy metals with birds as population integrating biomonitors. III. Fate and content of trace metals in blackbirds food, organs and feathers for a highly polluted and a control area // Heavy Metals Envir. Int. Conf. Athens. Edinburgh. Vol.1. P.718-720.
В таблице 3 приведены данные по содержанию рассеянных элементов в оперении птиц, обитающих в приморских и континентальных районах. В приморские районы вошли Калининградская и Ленинградская области, районы побережья Черного и Каспийского морей. В континентальные - области Средней полосы России. Анализировалось оперение чомги, озёрной и серебристой чаек, зяблика и кряквы. Было проанализировано по 5 образцов оперения каждого вида. Как можно увидеть из приведенных данных, для птиц, обитающих в таких разных с геохимической точки зрения районах, как Прибалтика, Черноморское и Каспийское побережья, существуют общие черты в химизме оперения.
Для оперения птиц, обитающих в приморских районах, характерно пониженное содержание меди, цинка, кобальта, молибдена, марганца, титана и хрома и повышенное - ванадия и никеля по сравнению с оперением птиц, обитающих в континентальных (значения достоверно различаются). Абсолютные содержания никеля, молибдена и марганца перекрываются. Различия по остальным элементам могут быть связаны с характером конкретных биотопов.
Таким образом:
1) Микроэлементный состав оперения чётко коррелирует с местом постоянного или временного обитания птиц. Для каждой территории характерен свой спектр содержания изучаемых элементов. Это остается справедливым как для сборных групп птиц (чайки, утки), так и для отдельных видов. Таким образом, геохимическое своеобразие территории, на которой птица проводит достаточно большое время, чётко проявляется в микроэлементном составе оперения.
2) По микроэлементному составу оперения можно распознавать птиц, обитающих на различных территориях, что особенно чётко прослеживается на особях одного вида. Это даёт прекрасную возможность идентифицировать особей, которые относятся к различным популяциям.
