CC BY
71
ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ВОДОПЛАВАЮЩИХ И ОКОЛОВОДНЫХ ПТИЦАХ БАССЕЙНА АЗОВСКОГО МОРЯ
Н.В. Лебедева1, Т. В. Сорокина2
1 Азовский филиал Мурманского морского биологического института Кольского НЦ РАН;
2 Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону.
1 E-mail: lebedeva@mmbi.krinc.ru
HEAVY METALS IN WATERFOWL BIRDS OF AZOV SEA BASIN
N. V. Lebedeva1, T. V. Sorokina2
'The Azov Branch of Murmansk Marine Biological Institute of RAS;
2 Southern Center of RAS, Rostov-on-Don
Tendencies to accumulation of heavy metals in waterfowl birds of the Azov Sea basin are discussed. Individual, seasonal, geographical, age and specific features of accumulation of metals in bones, organs and tissues of birds are shown.
Введение. Загрязнение водно-болотных угодий тяжёлыми металлами приняло в последние десятилетия масштабные перспективы, в связи с этим экологический контроль состояния среды - не только актуальная, но и приоритетная задача. Россия ещё далека от решения этих важных экологических задач, поскольку теоретические и практические основы экологического мониторинга, оценки воздействия экологических токсикантов на популяции остаются до сих пор слабо разработанными. Исследования в области популяционной экотоксикологии водоплавающих и околоводных птиц дают возможность пополнить новыми фактическими знаниями и теоретическими разработками развивающуюся экологическую токсикологию (Лебедева, 1996-1999). Целью исследования было выявление особенностей накопления тяжёлых металлов водоплавающими и околоводными птицами в Азово-Черноморском бассейне.
Материал и методы. Сбор материала проводили в бассейне Азовского моря, частично захватывая бассейн Чёрного моря в границах Ростовской области и Краснодарского края в весенне-летний и осенне-зимний период 1997-2002 гг. Исследовано 343 пробы органов и тканей 165 особей 33 видов из 10 семейств, относящихся к 6 отрядам, а также скорлупы и содержимого яиц, грунта, макрофитов и 5 видов рыб. Определение металлов проведено методом атомной абсорбции в Лаборатории аналитической экотоксикологии Института проблем экологии и эволюции РАН и в Лаборатории кафедры геохимии ландшафтов географического факультета МГУ.
Результаты. Анализ изменчивости накопления тяжёлых металлов в костях водоплавающих и околоводных птиц показал, что распределения Со, Си, N1, Мо - одномодальны, тогда как распределения Мп, РЬ, Сг, Ав, А1 и /п имели по два-три пика, что свидетельствовало о том, что их содержание в окружающей среде повышено. Были отмечены единичные особи с высокими концентрациями Сё и Бе, но в целом уровни концентраций этих металлов были низки у птиц Азово-Черноморского бассейна. В целом, среднее содержание металлов широко варьировало у разных видов и было достаточно низким по сравнению с концентрациями, зарегистрированными у водоплавающих птиц на Великих озерах, Силезии и Японии.
Для РЬ, Си и N1 отмечено значимое влияние видовой специфики на особенности накопления элементов птицами бассейна Азовского моря. В целом наблюдалась тенденция накопления металлов в большей степени рыбоядными птицами, и наиболее характерно это было для РЬ.
Достоверные отличия в накоплении у разных видов выявлены для большего спектра металлов в отдельных географических пунктах. Так, в костях птиц, обитающих в дельте Дона и Таганрогском заливе, содержание Си, N1, РЬ и Сг достоверно варьировало в зависимости от вида. В дельте Дона наибольших концентраций свинец и хром достигали у большой белой цапли и хохотуньи, часть особей большого баклана накапливала в костях высокие концентрации этих металлов. Все эти виды являются преимущественно ихтиофагами, хотя чайки тяготеют к корму антропогенного происхождения. У большого баклана обнаружено высокое варьирование содержания Со. В костях большой белой цапли в этом географическом пункте отмечены самые высокие концентрации N1, а у разных видов птиц, обитающих на Малом Кущеватом лимане, достоверно варьировали N1 и /п. В наивысших концентрациях N1 обнаружен у лысухи и белощёкой крачки. Высокая степень изменчивости содержания /п отмечена в костях камышницы и лысухи.
В целом, однако, анализ наших данных показал, что при достаточно низких уровнях загрязнения среды обитания, о чем свидетельствуют относительно невысокие концентрации тяжелых металлов в костях птиц, часто оказывается невозможным выявить существенные различия в содержании многих анализируемых металлов у фитофагов, видов со смешанным питанием и рыбоядных птиц. Однако, некоторые виды птиц, собирающие корм в иле по берегам моря и лиманов или ныряющие для сбора бентоса, способны в высокой степени аккумулировать РЬ и Сё, захватывая с пищей загрязненный металлами грунт.
Загрязнение окружающей среды носит мозаичный характер, что связано с неравномерным распределением источников загрязнения. В связи
Международная конференция
Пищевые ресурсы дикой природы и экологическая безопасность населения
с этим существуют локальные различия в загрязнении различных компонентов экосистем. Геохимические особенности ландшафта также оказывают влияние на уровень накопления некоторых элементов в органах и тканях. Кости птиц, являясь депо для многих элементов, отражают хроническое воздействие повышенных концентраций металлов в среде обитания. Удалось показать, что накопление Си, Сг, N1 и гп в костях птиц достоверно имеет географическую изменчивость. Так, содержание N1 и гп в костях кряквы достоверно варьировало у особей из разных географических популяций, достигая наивысших концентраций и размаха у уток, добытых на Веселовском водохранилище (N1) и на Тамани (гп). В костях лысух из разных географических популяций достоверно варьировало содержание гп. При этом у лысух, зимующих в Керченском проливе, зарегистрированы самые высокие концентрации этого металла. Эти же особенности зарегистрированы и у озёрной чайки для N1 и Сё. Сравнение двух популяций большого баклана показало, что они достоверно отличаются по распределению Си и РЬ в костях. У бакланов из дельты Дона и Таганрогского залива концентрации Си в костях была выше, а РЬ ниже, чем у птиц этого вида, кормящихся в прибрежных акваториях Таманского полуострова. Кластерный анализ распределения тяжелых металлов в костях лысухи и кряквы из разных географических популяций показал, что особи, обитающие на одной и той же территории, чаще попадают в один и тот же кластер.
Наши исследования позволили установить особенности накопления тяжелых металлов в скорлупе яиц некоторых видов птиц. В скорлупе кряквы из Восточного Приазовья и дельты Дона отмечено повышенное содержание Сг, что отражает естественные повышенные уровни содержания элемента в ландшафте. В скорлупе крякв из дельты Дона было повышенное уровни РЬ по сравнению со скорлупой уток с Малого Кущеватого лимана, что свидетельствует о более высокой нагрузке этого элемента в данном месте обитания. Достоверно значимое варьирование концентраций в скорлупе у птиц из разных географических пунктов было установлено
для Си и РЬ. Т аким образом, химический состав особей из разных географических популяций некоторых видов птиц Азовского бассейна может существенно различаться. Причиной этого являются геохимические различия и степень загрязнения среды обитания.
У птиц бассейна Азовского моря достоверно варьирует в костях содержание многих металлов в зависимости от возраста. Это характерно для РЬ, Си, N1, Сг и гп. Мы рассматривали три возрастные группы: птенцов, первогодков и взрослых птиц. Птенцы характеризуются наименьшими концентрациями металлов. С возрастом размах концентраций металлов в костях птиц увеличивается.
Изменение загрязнения в местах обитания птиц отражается в степени накопления тяжёлых металлов. Уровень концентрации свинца в водоплавающих связан со временем проведения охоты. При этом осень на всех исследованных акваториях - сезон охоты. Вследствие этого большое количество свинцовой дроби поступает в водоемы. В наиболее посещаемых охотниками угодьях свинцовая нагрузка за год может достигать 5-10 и более кг свинцовой дроби на гектар, что соответствует в среднем 5-11 дробинам/м2. Птицы захватывают дробь с пищей и заглатывают ее. У многих птиц на Малом Кущеватом лимане Азовского моря мы обнаруживали дробь, которая выполняла функции гастролитов, заменяя мелкую гальку, и надолго задерживалась в агрессивной среде желудка, отравляя организм свинцом в течение длительного времени. В летний период на водоеме регистрировали множество погибших птенцов лысухи во втором птенцовом наряде, причиной гибели которых могло служить свинцовое отравление. Для четырех металлов удалось выявить их достоверное варьирование в костях птиц в течение года. Это было характерно для N1, РЬ, Сг и гп. Так, птицы, добытые зимой, больше содержали свинца в костях, чем в другие сезоны. Более половины всех исследованных водоплавающих и околоводных птиц бассейна Азовского моря содержали повышенные концентрации свинца в костях (>5 мкг/г), что свидетельствовало о хроническом воздействии РЬ на популяции. Осенью в костной ткани птиц в больших концентрациях накапливался цинк.
У водоплавающих и околоводных птиц бассейна Азовского моря нами обнаружена взаимосвязь между всеми изученными металлами, размерами и массой птиц. Так, достоверная сильная и умеренная обратная связь обнаружена с одной стороны между Си, N1, РЬ, Сг, гп и весом, длиной тела, крыла и цевки птиц с другой стороны. Обнаружена тесная отрицательная взаимосвязь между концентрацией РЬ в костях и весом тела птиц, взаимосвязь между концентрацией Си и длиной крыла. Таким образом, для водоплавающих и околоводных птиц бассейна Азовского моря тенденция большего накопления металлов в костях птиц меньшего размера подтверждается для Си, N1, РЬ, Сг и гп. Для Сё тенденция была противоположной: установлена положительная корреляция между его концентрацией в костях птиц, их весом и размерами (длина тела и крыла). Это можно объяснить тем, что большая часть кадмия, поступающего в организм птиц, накапливается в почках и печени, а не в костях.
Содержание тяжёлых металлов в органах и тканях изучено у слётков большого баклана из колонии в дельте р. Дон. Концентрации металлов, в том числе РЬ, в органах и тканях слетков больших бакланов были относительно низкими. Так, например, в Японии концентрация кадмия в печени больших бакланов была в среднем в 100 раз выше, чем в дельте Дона. Мы обнаружили некоторые особенности в варьировании концентраций металлов в зависимости от типа ткани. Достоверно менялось содержание Си, гп, РЬ, N1, Со и Сг, тогда как концентрация Сё варьировала недостоверно. Наибольший разброс концентраций Си был характерен для мышц и печени, Сё - для почек, РЬ, Со и Сг - для почек и мышц, гп - для мышц. Это связано с тем, что некоторые элементы, такие как Си, гп, Со и Сг, являются важнейшими микроэлементами и необходимы для метаболических процессов. Излишки концентраций токсических металлов, таких как Сё и РЬ выводятся почками, велика в этом процессе и барьерная роль печени. Установле-
на достоверная сильная корреляционная связь между концентрированием N1 и Сё в печени слётков баклана. Это свидетельствует о сопряженности метаболических процессов выведения этих металлов из организма. В костях водоплавающих и околоводных птиц Азовского моря содержание некоторых металлов было связано умеренной или сильной положительной корреляцией.
Данные по тяжёлым металлам показывают, что накопление экотоксикантов увеличивается по мере продвижения по трофическим цепям. Наиболее уязвимыми оказываются хищные и рыбоядные виды птиц, так как они находятся на вершинах трофических цепей. Исследовано накопление тяжёлых металлов в пище рыбоядных птиц на примере слётков большого баклана. В его пище доминировали чехонь и серебряный карась. Распределения металлов у птиц и их кормовых объектов сходны, хотя у серебряного карася концентрация N1 была существенно выше, чем у птиц, а у птиц в большей степени, чем в рыбах концентрируются Си и РЬ. Анализ содержания тяжёлых металлов показывает, что в птицах происходит избирательное накопление гп и Си, так как эти металлы являются важнейшими микроэлементами, входящими в состав многих ферментов. При этом их содержание в яйце ниже, чем во
ЛИТЕРАТУРА
Лебедева Н.В. 1996. Популяционная экотоксикология птиц // Доклады Академии Наук. Т.351. № 3. С.425-429.
Лебедева Н.В. 1997. Накопление тяжёлых металлов птицами на юго-западе России // Экология. № 1. С.45-50.
Лебедева Н.В. 1999. Биогеохимия и экотоксикология географических популяций птиц. - М.: Наука. 199 с.
всех тканях птиц, за исключением костей. Другие металлы, такие как N1, РЬ, Со и Сг, необходимы организму на более низком уровне концентраций и, по-видимому, эффективно выводятся из организма птенцов, так как их содержание ниже и в яйцах, и птенцах по сравнению со средой обитания. Особое положение занимает Сё, содержание которого наиболее велико в донных отложениях, но примерно в 2 раза выше, чем в макрофитах, и достаточно низко в содержимом яйца. Однако в скорлупе содержание Сё близко к его концентрации в макрофитах. В организме птенцов заметное накопление наблюдается лишь в почках, в остальных органах и тканях его количество мало. Таким образом, можно сделать вывод, что бакланы обитают в слабо загрязненной среде, и птенцы успешно справляются с малыми дозами токсических металлов, в частности Сё и РЬ, успешно выводя их из организма. Анализ пищи, как источника поступления тяжёлых металлов к рыбоядным птицам показал, что, возможно, для таких металлов как РЬ, нужно учитывать при исследовании миграций металлов в водной трофической цепи непосредственное поступление свинцовой дроби в агрессивную среду желудочно-кишечного тракта.
Заключение. В мониторинге загрязнения экосистем представляется перспективным исследование накопления тяжёлых металлов в водоплавающих и морских птицах, многие виды которых являются объектами спортивной охоты и потребляются в пищу. Материалы по накоплению металлов в птенцах могут послужить для сравнительного исследования закономерностей накопления их в птицах разного возраста и из разных мест обитания. В связи с тем, что Сё и РЬ, являющиеся токсичными металлами, накапливаются в большей степени в печени, существует большой риск для охотников, использующих в пищу печень водоплавающих птиц.
Основная область зимовки водоплавающих птиц занимает европейскую часть восточного Средиземноморья, западное и северное Причерноморье. Система многочисленных лиманов, относительно теплый климат Причерноморья, позволяет многим видам птиц остаться на данной территории в зимний период. Всю систему лиманов Причерноморья необходимо рассматривать как объект проведения охранных мероприятий по сохранению разнообразия и экотоксико-логического мониторинга птиц. Задача контроля состояния популяций водоплавающих птиц включает два важных аспекта: необходимость мониторинга за состоянием ключевой орнитологической территории или акватории и непосредственно мониторинга популяций водоплавающих и околоводных птиц.
Для того чтобы исключить или подтвердить возможность воздействия загрязнения тяжёлыми металлами на популяции водоплавающих или околоводных птиц, необходимо осуществлять контроль не только за популяциями птиц, но и знать содержание тяжёлых металлов в воде, донных осадках, основных компонентах биоты: растениях макрофитах и доминирующих представителях ихтиофауны. Для этого необходимо выбрать точки отбора проб и осуществлять отбор проб на водоеме регулярно в разные сезоны года. Такая практика принята во многих развитых странах Европы, в США и Канаде. В России такой системный мониторинг не развит.
Регулярность и единство методик отбора и измерения содержания тяжёлых металлов позволит получить сезонные и годовые ряды измерений, а также моделировать динамику процесса накопления тяжёлых металлов и осуществить прогнозирование. На ключевых орнитологических территориях Приазовья и Причерноморья мониторинг должен осуществляться по трём группам птиц: гнездящиеся, мигрирующие и зимующие. Такая система мониторинга позволит устанавливать источники и виновников загрязнения мест обитания водоплавающих птиц тяжёлыми металлами, дать оценку популяционных потерь в результате токсического стресса, и, в конце концов, позволит получить финансовые компенсации ущерба, которые можно будет использовать на проведение реабилитационных и охранных мероприятия в Приазовье и Причерноморье.
Финансовая поддержка исследований осуществлялась по проектам РФФИ (№ 04-04-96803) и «Интеграция» (№ Э0283).
Международная конференция
