CC BY
46
УДК [543:550.378]:[591.4:636.2]
Л. Р. Кузьмина Астраханский государственный технический университет
ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ НА ЭКОСИСТЕМЫ НЕКОТОРЫ1Х ЮЖНЫ1Х ОБЛАСТЕЙ РОССИИ
Введение
Пищевые цепи представляют собой одну из основных форм взаимосвязи между различными организмами, каждый из которых потребляется другим видом. Особенностью пищевых цепей является то, что в каждом последующем звене цепи происходит кумуляция загрязнителей в значительно большем количестве, чем в предыдущем [1].
Загрязнение системы почва-растения-вода-организм тяжелыми металлами, пестицидами, радиоактивными веществами приводит к тому, что через продукты питания живые организмы могут получить концентрацию элементов в сотни и тысячи раз выше, чем допустимая. В этом случае загрязняющие элементы становятся токсичными, т. е. являются причиной возникновения и развития заболеваний [1].
Целью наших исследований явилось изучение влияния факторов внешней среды на экосистемы некоторых южных областей России, в частности Астраханской и Ростовской.
Материал и методика исследований
Пробы почвы и растительности отобраны с пастбищных полей двух областей: Астраханской - на полях ООО «Русичи» и Ростовской - п. Зимовники. Отбор проб проводили методом «конверта», т. е. по пяти точкам. Из полученных точечных проб сформирована объединенная проба, из каждой такой пробы на анализ отобран 1 кг общей (средней) пробы. Отбор проб воды проводили с открытых водоемов: в Астраханской области - р. Бузан (110 км от г. Астрахани, с. Растопуловка), в Ростовской области - р. Куберле (60 км от Волгодонской атомной электростанции, п. Зимовники). Объектом исследований среди животных выбраны коровы красной степной породы 6-7-летнего возраста. Пробы органов и тканей животных отбирали в племенном совхозе им. В. И. Ленина Ростовской области и в совхозе «Юбилейный» Камызякского района Астраханской области.
Исследованы пробы почвы, воды, растительности и органов и тканей животных на определение содержания некоторых тяжелых металлов (ТМ) - свинца, кадмия (методом инверсионной вольтамперометрии), мышьяка (методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторе ТА в комплекте с 1ВМ-совместимым компьютером) и ртути (методом беспламенной атомной абсорбции на ртутном анализаторе типа «Юлия-2»).
В качестве радиометрических установок при измерении степени активности радионукли-
226^ 232^ 40т/' /"ч
дов Ка, 1п, К и 15 использованы сцинтилляционные и полупроводниковые гамма-спектрометры, снабженные блоками детектирования в свинцовой защите (на аппарате РСУ-01 «Сигнал-М»), а для определения 908г использовали бета-спектрометр.
Изучение морфологической картины биологических жидкостей (гомогенатов) внутренних органов и тканей (печень, почки, мозг, легкие и мышцы) проводили с использованием метода краевой дегидратации в аналитических ячейках [2, 3]. Выявление образованных анизотропных структур осуществляли с использованием стереомикроскопа фирмы «Ьеюа-М2 12,5», оснащенного поляризационной насадкой и телевизионной камерой «Р1хега».
Результаты исследований и их обсуждение
Результаты исследований показали, что содержание ТМ в пробах воды и растительности из обоих районов находится в пределах нормативных показателей, т. е. ниже 0,01 мг/кг сырой массы [4].
Почвенный покров в условиях загрязнения способен аккумулировать токсичные вещества и выступать в роли природного буфера, контролирующего перенос химических элементов в атмосферу, гидросферу и живое вещество.
Нами отмечено незначительное увеличение суммарного содержания металлов в пробах почв из Ростовской области - в 1,13 раза, в основном за счет повышения количества кадмия. В почвах Астраханской области - некоторое увеличение концентрации свинца - в 1,1 раза, но суммарное содержание металлов в почве ниже значений по Ростовской области (рис. 1). Тяжелые металлы в почвах образуют сложные комплексные соединения с органическим веществом, что делает их менее доступными для поглощения растениями. Однако при значительных техногенных нагрузках, приводящих к смещению кислотно-щелочных условий среды, почва может стать дополнительным источником загрязнения растительности и экосистемы в целом. Вследствие этого комплексное изучение накопления и перераспределения ТМ в почве и растениях дает возможность адекватно оценить степень антропогенной нагрузки на экосистему.
0,09
0,08
0,07
0,06
0,05
0,04
0,03
0,02
0,01
0
□ Астраханская область □ Ростовская область
12 3 4
Свинец Кадмий Мышьяк Ртуть
Рис. 1. Сравнительная характеристика содержания тяжелых металлов в пробах почвы
Содержание металлов в органах и тканях животных также ниже допустимых нормативов ГОСТ. Установлено, что наибольшей способностью аккумулировать металлы обладают печень и почки животных. Функционально печень, как барьерный орган, ответствена за нейтрализацию и выведение токсичных веществ из организма. Однако в данном случае речь идет о возможном снижении компенсаторных способностей органа из-за накопления ТМ. Почки, являясь органами выделения, способны пропускать через себя продукты обмена, а также концентрировать токсичные вещества, попавшие в организм из окружающей среды. Установлено повышенное содержание свинца, кадмия и мышьяка в организме животных из обеих областей. Суммарные концентрации металлов в порядке убывания можно расположить в следующий ряд: свинец > мышьяк > кадмий. Общее содержание металлов в организме животных составило: для Ростовской области - 0,97 мг/кг, для Астраханской области - 0,99 мг/кг. Показатели содержания ртути в мышцах и легких животных близки к нормативным значениям (рис. 2, 3).
0,16
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
1
_/
-
-
А С—С—Фф
2 3 4
Свинец Кадмий Мышьяк Ртуть
□ Астраханская область □ Ростовская область
Рис. 2. Сравнительная характеристика содержания тяжелых металлов в печени животных
0,2
0,18
0,16
0,14
0,12
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
ГЕ
г
12 3 4
Свинец Кадмий Мышьяк Ртуть
□ Астраханская область □ Ростовская область
Рис. 3. Сравнительная характеристика содержания тяжелых металлов в почках животных
Основными источниками техногенных выпадений, оказывающих влияние на все компоненты окружающей среды, являются предприятия теплоэнергетического комплекса, в нашем случае - Волгодонская атомная электростанция. Изучение поведения радионуклидов в ландшафтах представляется необходимым в связи с их участием в цепи почва-вода-растение-животное, что во многом определяет оценку степени экологического благополучия территории. В связи с этим особый интерес представляет изучение механизмов поступления и дальнейшей миграции радионуклидов в различных природных компонентах и средах.
Результаты по определению активности радионуклидов в пробах почвы, воды и растениях представлены в таблице.
Сравнительная характеристика содержания радионуклидов в пробах почвы, воды и растительности двух регионов Юга России
Проба Регион 137Сэ 908г Суммарное значение 137С8 и 908г Суммарное значение 226Ка, 232ть, 40К
Почва ДУ 1 класс - < 370 Бк/кг, 2 класс - < 740 Бк/кг 3 класс - < 1,5 кБк/кг Ростовская область < 113,3
Ростовская обл. < 24,07 < 102 < 136,07
Астраханская обл. < 4,1 < 51 < 55,1
Вода ДУ 11 5
Ростовская обл. < 2,23 < 5,49 < 7,72
Астраханская обл. < 5,72 < 4,19 < 9,91 Астраханская область < 15,6
Расте- ния ДУ 400 200
Ростовская обл. < 22,3 < 54,9 < 77,2
Астраханская обл. < 19,5 <52 < 71,5
Органы и ткани ДУ 160 50
Ростовская обл. < 4,4 < 2,6 < 7,0
Астраханская обл. < 5,1 < 3,9 < 9,0
Активность радионуклидов в почвах обеих областей находится в пределах 1 класса опасности (< 370 Бк/кг). Однако в пробах почв из Ростовской области активность 137С8 в 6, а 908г -в 2 раза превышает их значения по Астраханской области. Радионуклиды 226Яа, 232ТЬ и 40К в почве находятся в пределах нормы, но отличаются по степени своей активности в почвах разных областей. Суммарное значение показателей их активности по Ростовской области выше таковых по Астраханской области более чем в 7 раз. Почвенный покров выступает как долговременная депонирующая среда, несущая основную геохимическую нагрузку антропогенного воз-
действия и играющая важную роль в процессах миграции, перераспределения и накопления химических элементов в природной среде.
В пробах воды р. Бузан активность 137С8 в 2,4 раза выше, чем в пробах воды р. Куберле. Следует отметить, что активность 908г в воде р. Куберле на 0,49 Бк/кг выше допустимых уровней (ДУ) и в 1,3 раза выше уровня этого же показателя в воде р. Бузан. При этом значения суммарных показателей степени активности радионуклидов в воде р. Бузан остаются в 1,3 раза выше, чем в пробах воды р. Куберле.
Исследования показали, что активность радионуклидов в растительности в пределах нормы, с незначительными различиями по областям, однако отмечены существенные различия между степенью активности радионуклидов. Так, активность 8г превышает активность 137С8 в растительности и Ростовской, и Астраханской областей в 2,5 и 2,6 раза соответственно.
Суммарные значения активности радионуклидов в растительности Ростовской области несколько выше по сравнению с Астраханской [5].
В организме животных активность радионуклидов значительно ниже нормативных показателей, но, сравнивая их общую активность по областям, следует отметить, что в организме животных Астраханской области радионуклидов несколько больше.
При просмотре в поляризованном свете оптических ячеек, приготовленных из биологических жидкостей печени, почек, легких, мозга и тканей животных, наблюдали большое количество мелких полиморфных двулучепреломляющих структур. Кроме этого, встречались мелкие сферо-литы, крупные конгломераты и пластинчатые формы с высокой степенью анизотропии [6].
Регистрировали цветные конгломераты с вкраплениями. На отдельных препаратах шаровидные образования малинового цвета, в некоторых случаях в составе анизотропных конгломератов отмечали цветные вкрапления и монохромные скопления мицеллоподобных структур, а также крупные анизотропные конгломераты.
Результаты исследований биологических жидкостей органов и тканей показали наличие, наряду с базисными формами (т. е. норма), множества иных текстур, возникновение вторичных форм и появление атипичных кристаллов. При этом наличие вторичных форм кристаллов -морфотипов адаптационного гомеостаза - указывало на процесс адаптации организма к изменившимся условиям существования, а появление атипичных форм - морфотипов неустойчивого гомеостаза - свидетельствовало о выраженном нарушении механизмов гомеостаза [7].
Заключение
Результаты исследований показали, что содержание ТМ в почве, воде и растительности исследуемых областей находится ниже предельно допустимых концентраций.
По степени накопления металлов в почвах отмечены их незначительные колебания. Это свидетельствует, во-первых, о близких по биохимической характеристике типах почв южного региона, а именно - аллювиально-луговых суглинистых почвах, во-вторых, о том, что почвы обладают способностью поглощать загрязняющие вещества, включая их в состав собственных соединений, и тем самым защищать от этих веществ сопредельные с почвой среды.
Установлено повышенное содержание тяжелых металлов в пробах печени и почек животных обеих областей по сравнению с их количеством в других исследованных органах, что указывает на снижение компенсаторных способностей органов. Содержание ТМ в мышцах незначительно, в наименьшей степени аккумулируют металлы легкие и мозг животных.
Активность 137С8 в 6, а 908г в пробах почв из Ростовской области в 2 раза превышает значения по Астраханской области. Суммарное значение показателей 226Яа, 232ТЪ и 40К по Ростовской области выше таковых по Астраханской области более чем в 7 раз.
В пробах воды р. Куберле активность 908г на 0,49 Бк/кг выше допустимых уровней и в 1,3 выше, чем зарегистрировано в пробах р. Бузан. Степень активности 137С8, как и их суммарные значения, в 2,4 и 1,3 выше в воде р. Бузан.
Отмечена повышенная активность 908г относительно 137С8 в растительности обеих областей, но суммарные значения этих показателей выше по Ростовской области.
В организме животных активность радионуклидов значительно ниже нормативных показателей, но в организме животных в Астраханской области радионуклидов несколько больше.
Установлено, что биологические жидкости почечной и нервной тканей животных наиболее чувствительны к окружающей среде обитания, в них значительнее отклонения от физиологической нормы, чем в печени и легких - появление атипичных текстур в биожидкостях органов
и тканей является одним из признаков преждевременного угнетения и старения организма.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука, 1991. - 151 с.
2. Способ оценки токсического действия химических веществ на органы и ткани рыб: Пат. № 22258926 / Н. А. Каниева, А. К. Аюпова / ФИПС. - М., 2005.
3. Козлова Н. В., Каниева Н. А. Морфологический анализ биологических жидкостей личинок севрюги при интоксикации // Современные проблемы адаптации и биоразнообразия: III Междунар. науч. конф. -Махачкала: Изд. дом «Наука», 2006. - С. 31-33.
4. Аэрогенная и водная миграция микроэлементов в условиях техногенных ландшафтов / С. В. Ба-бошкина, И. В. Горбачев, А. В. Пузанов, Т. А. Рождественская // Ползуновский вестник. - 2006. -№ 2-1. - С. 255-258.
5. Тихомиров Ф. А. Действие ионизирующих излучений на экологические системы. - М.: Атомиздат, 1972. - 176 с.
6. Федоров Е. К. Человек и природа (Экологический кризис и социальный прогресс). - М.: Progress Publishers, 1980. - 95 с.
7. Шаболин В. Н., Шатохина С. Н. Клиническая кристаллография; становление, проблемы, перспективы // Кристаллографические методы исследования в медицине: Сб. науч. тр. - М., 1997. - С. 3-25.
Статья поступила в редакцию 14.10.2006
THE INFLUENCE OF ENVIRONMENT FACTORS ON THE ECOSYSTEMS OF SOME SOUTHERN REGIONS OF RUSSIA
L. R. Kuzmina
Heavy metals concentration, activity of radioactive nuclides in the system "water-soil-plant-organism" and morphostructural peculiarities of organs and tissues of animals in the Rostov and Astrakhan regions is investigated in the paper. It is established that there is an increased content of heavy metals in soils, samples of liver and kidneys of animals, and that the activity of radioactive nuclides in the ecosystems is rather different. Biological liquids of nephritic and nervous tissues of animals are more sensitive to the environment.
