ИССЛЕДОВАНИЕ БИОИНДИКАТОРНЫХ ВИДОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ С КОНТРОЛЬНЫХ УЧАСТКОВ ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНО-КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ, ПРИЛЕГАЮЩЕЙ К ВОЕННЫМ ПОЛИГОНАМ
THE STUDY OF BIOINDICATOR TYPES OF THE CONTENT OF HEAVY METALS FROM CONTROL SITES OF THE WEST KAZAKHSTAN OBLAST ADJACENT TO MILITARY LANDFILLS
Н.С. Майканов1, К.М. Ахмеденов2, Е.Б. Даутова1
N.S. Maikanov1, K.M. Achmedenov2, E.B. Dautova1
1Уральская противочумная станция КЗПП МНЭ РК
(Казахстан, 090000, г. Уральск, ул. Чапаева, 36/1)
2Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир Хана
(Казахстан, 090003, г. Уральск, ул. Волгоградская, 54)
1Ural Anti plague Station CPRC MNE RK
(Kazakhstan, 090000, Uralsk, Chapaeva St., 36/1)
2Zhangir Khan West-Kazakhstan Agrarian Technical University
(Kazakhstan, 090003, Uralsk, Volgogradskaya St., 54)
е-mail: nmaikanov@mail.ru kazhmyrat78@mail.ru
С двух контрольных участков на территории Западно-Казахстанской области, прилегающей к военным полигонам, исследованы пробы полевого материала на содержание тяжелых металлов. В качестве биоиндикаторов исследованы четыре вида растений и один вид млекопитающих. Установлено различное содержание тяжелых металлов в организме биоиндикаторных видов.
From two control areas on the territory of West-Kazakhstan oblast adjacent to military landfills investigated samples of field material on the content of heavy metals. In the capacity of bioindicators four types of plants and one type of mammals are investigated. Various content of heavy metals in the organism of bioindicator types is established.
Западно-Казахстанская область (ЗКО) граничит с военными испытательными полигонами (ВИП), расположенными на сопредельных территориях Казахстана, – «Азгыр», «Тайсойган» (Атырауская область) и России – «Ашулук» (Астраханская обл.), «Капустин Яр» (Волгоградская обл.). Проблема влияния ВИП на степные экосистемы является актуальной и малоизученной [1, 2]. Кроме этого, в последнее время, вследствие разработки и эксплуатации в ЗКО нефтяных, газовых и калийного месторождений, увеличился антропогенный пресс на окружающую среду. Значительное ухудшение экологии региона происходит за счет увеличения и интенсивности движения автотранспорта.
Для выяснения степени воздействия ВИП на некоторые компоненты биоценозов, в качестве биоиндикаторного вида выбран малый суслик (Spermophylus pygmaeus) который является фоновым видом теплокровных животных на рассматриваемой территории. Биоиндикаторами растений также выбраны четыре фоновых вида: мятлик луковый, полынь белая, первоцвет и ковыль тырса.
Целью настоящего исследования явилось определение исходного уровня содержания тяжелых металлов (ТМ) и установление их динамики накопления и распределения в различных тканях и органах малого суслика и растениях с контрольных участков территории области. Полученные материалы послужат в дальнейшем для сравнения с опытными участками (расположенными ближе к полигонам).
Исследование проведено в апреле 2014 года на двух контрольных участках: № 1 – в Таскалинском районе (окрестности пос. Таскала) и № 2 – в Зеленовском районе (окрестности пос. Серебряково). Контрольные участки были выбраны, на наш взгляд, как наиболее удаленные от военных полигонов. На первом участке отловлено 3, а на втором – 16 малых сусликов. Все зверьки были взрослыми перезимовавшими особями. С мест отлова грызунов также взяты пробы фитомассы и почвы с различных глубин.
Пробы внутренних органов (сердце, печень, селезенка, почки, содержимое желудка), кожи и шерсти животных исследованы на наличие тяжелых металлов в лабораториях НИИ биотехнологии и природопользования РГП «Западно-Казахстанский аграрно-технический университет им. Жангир хана». Отобранные пробы взвешены на электронных лабораторных весах Kern PLS-720. Содержание меди, цинка, свинца, кадмия, хрома, кобальта, никеля, марганца и железа определяли на атомно-абсорбционном спектрометре с пламенной атомизацией Varian AA-140. Для оценки генеративного состояния, анатомической картины млекопитающих применялся метод полного вскрытия.
Тяжелые металлы в животных и растительных организмах оказывают влияние как на индивидуальный организм, так и на популяцию в целом. Известно, что некоторые ТМ в различных концентрациях могут как усугублять инфекционный процесс в организме животных так и защищать его от инфекционного агента. В экспериментах на диких млекопитающих (большая, гребенщиковая и полуденные песчанки) это удалось смоделировать [3]. Химический состав среды является фактором, способным регулировать биохимические процессы в биотических компонентах биоценозов. Обследуемая территория, на которой запланированы опытные и контрольные участки находится вне зоны биогеохимической аномалии.
При вскрытии у животных с контрольных участков видимых патолого-анатомических изменений во внутренних органах не обнаружено. При определении пола и генеративного состояния зверьков выяснилось, что все 3 добытых грызуна с участка № 1 были беременными самками. Среднее количество эмбрионов на одну самку составило 7,0. Средняя длина и вес зверьков соответственно равнялись 23,2 см и 181,7 гр. Из 16 добытых сусликов с участка № 2-5 (31,0%) были самцами и 11 (69,0%) беременными самками. Среднее число эмбрионов составило 6,2. Усредненные показатели длины и веса грызунов соответственно были равны 24,8 см. и 214,4 гр.
Результаты исследований органов и тканей биоиндикаторного вида на содержание тяжелых металлов (Cd, Cu, Zn, Fe, Cr, Co, Ni, Mn) представлены в таблицах № 1 и 2. Предельно допустимые концентрации (ПДК) известны для кадмия, меди и цинка, для остальных ТМ ПДК не установлены [4].
Таблица 1
Содержание ТМ в органах и тканях сусликов контрольного участка № 1
|
Место Забора проб |
Пробы (вес в граммах) |
Cd мг/кг |
Cu мг/кг |
Zn мг/кг |
Fe мг/кг |
Cr мг/кг |
Co мг/кг |
Ni мг/кг |
Mn мг/кг |
|
окр.п. Таскала |
легкие (7,4) |
0,18 |
0,18 |
6,38 |
14,0 |
0,025 |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
|
окр.п. Таскала |
сердце (5,2) |
0,28 |
0,28 |
6,01 |
15,1 |
0,23 |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
|
окр.п. Таскала |
почки (5,3) |
0,81 |
0,81 |
9,30 |
18,6 |
н.о. |
0,06 |
0,06 |
н.о. |
|
окр.п. Таскала |
селезенка (11,5) |
0,41 |
0,43 |
10,9 |
19,0 |
0,072 |
н.о. |
н.о. |
3,70 |
|
окр.п. Таскала |
печень (32,7) |
0,29 |
0,29 |
16,1 |
42,4 |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
0,38 |
|
окр.п. Таскала |
желудок (16,9) |
0,38 |
0,38 |
10,1 |
14,3 |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
|
окр.п. Таскала |
кожа (18,7) |
0,30 |
0,30 |
0,71 |
38,0 |
1,46 |
0,03 |
0,16 |
2,66 |
|
окр.п. Таскала |
шерсть (1,99) |
0,59 |
6,58 |
45,2 |
23,7 |
0,91 |
н.о. |
3,09 |
24,4 |
|
окр.п. Таскала |
когти (0,14) |
0,66 |
н.о. |
10,2 |
64,5 |
1,61 |
н.о. |
0,91 |
7,73 |
|
Среднее значение |
|
0,41 |
1,02 |
12,7 |
27,7 |
0,47 |
0,01 |
0,46 |
4,31 |
|
ПДК |
|
0,05 |
5,0 |
70,0 |
|
|
|
|
|
Таблица 2
Содержание ТМ в органах и тканях сусликов контрольного участка № 2
|
Место забора проб |
Пробы (вес в граммах) |
Cd мг/кг |
Cu мг/кг |
Zn мг/кг |
Fe мг/кг |
Cr мг/кг |
Co мг/кг |
Ni мг/кг |
Mn мг/кг |
|
окр.п. Серебряково |
шерсть (6,11) |
0,70 |
3,26 |
17,6 |
85,2 |
1,40 |
н.о. |
5,18 |
56,5 |
|
окр.п. Серебряково |
кожа (119,2) |
0,29 |
1,23 |
8,88 |
69,0 |
1,02 |
н.о. |
0,11 |
0,90 |
|
окр.п. Серебряково |
печень (162,1) |
0,12 |
2,46 |
9,97 |
61,0 |
1,16 |
н.о. |
0,15 |
0,58 |
|
окр.п. Серебряково |
легкие (25,04) |
0,14 |
0,11 |
4,68 |
18,0 |
0,58 |
н.о. |
0,31 |
н.о. |
|
окр.п. Серебряково |
сердце (28,2) |
0,13 |
1,57 |
7,02 |
12,0 |
1,10 |
н.о. |
0,35 |
н.о. |
|
окр.п. Серебряково |
почки (215,4) |
0,94 |
2,38 |
8,97 |
33,3 |
1,31 |
н.о. |
0,22 |
0,11 |
|
окр.п. Серебряково |
селезенка (11,5) |
0,09 |
1,12 |
8,15 |
15,0 |
1,24 |
н.о. |
0,18 |
0,18 |
|
окр.п. Серебряково |
желудок (275,3) |
0,15 |
0,52 |
7,19 |
24,3 |
0,37 |
н.о. |
0,28 |
0,24 |
|
окр.п. Серебряково |
когти (1,84) |
0,25 |
0,86 |
1,72 |
33,5 |
1,70 |
н.о. |
2,88 |
13,3 |
|
Среднее значение |
|
0,31 |
1,5 |
8,24 |
39,0 |
1,09 |
|
1,07 |
7,97 |
|
ПДК |
|
0,05 |
5,0 |
70,0 |
|
|
|
|
|
На участке № 1 из восьми использованных ТМ в организме биоиндикаторного вида кадмий, цинк, железо обнаружены во всех органах. Медь присутствует во всех тканях кроме хитиновой (когти); хром отсутствует в почках, печени и желудке; кобальт установлен в почках и коже; никель не обнаружен в легких, сердце, селезенке, печени и желудке; марганец отсутствует в легких, сердце и почках.
Распределение ТМ в организме биоиндикаторного вида на участке № 2: кадмий, медь, цинк, железо, хром, никель обнаружены во всех тканях. Марганец не обнаружен в сердечной и легочной тканях.
Сравнительный анализ содержания тяжелых металлов в тканях животных с двух участков показал, что на участке № 2 отмечены практически все ТМ, за исключением кобальта. На участке № 1 ткани биоиндикаторного вида обладают некоторой избирательностью к хрому, никелю и марганцу. В отличие от участка № 2, где кобальт не установлен, почечная ткань и кожные покровы животных участка № 1 его содержат.
У млекопитающих с двух контрольных участков в эмбрионах разных сроков развития присутствуют все исследуемые металлы, за исключением кобальта, никеля и марганца.
Пробы экскрементов малого суслика собраны только с участка № 2 в которых свинец, кадмий и хром не обнаружены. Установлены медь и никель с превышением ПДК. Содержание цинка, железа, кобальта и марганца не превышают значений ПДК.
С места добычи диких животных отобраны пробы фитомассы, представленные четырьмя видами на участке № 1 и двумя видами на участке № 2 (табл. № 3). Тяжелые металлы обнаружены во всех исследованных пробах растений, за исключением кобальта отсутствующего в первоцвете и мятлике луковом на участке №1 и отсутствие марганца в белой полыни со второго участка.
Таблица 3
Содержание тяжелых металлов в пробах фитомассы контрольных участков № 1, 2
|
Место забора проб |
Пробы
|
Cd мг/кг |
Cu мг/кг |
Zn мг/кг |
Fe мг/кг |
Cr мг/кг |
Co мг/кг |
Ni мг/кг |
Mn мг/кг |
|
окр.п. Таскала |
первоцвет |
0,26 |
6,05 |
13,2 |
30,0 |
14,1 |
н.о. |
2,00 |
14,5 |
|
окр.п. Таскала |
мятлик луковый |
0,12 |
1,75 |
9,45 |
23,3 |
6,60 |
н.о. |
1,31 |
30,4 |
|
окр.п. Таскала |
белая полынь |
0,36 |
3,74 |
13,9 |
54,2 |
8,51 |
0,23 |
2,28 |
31,6 |
|
окр.п. Таскала |
ковыль тырса |
0,15 |
0,55 |
1,50 |
47,2 |
4,24 |
0,05 |
2,63 |
9,45 |
|
Сред. значение |
|
0,22 |
3,02 |
9,5 |
38,6 |
8,36 |
0,07 |
2,05 |
21,48 |
|
окр.п. Серебряково |
мятлик луковый |
0,12 |
3,29 |
20,0 |
6,83 |
11,5 |
0,045 |
3,90 |
21,7 |
|
окр.п. Серебряково |
белая полынь |
0,20 |
4,02 |
8,15 |
35,4 |
16,8 |
0,41 |
6,56 |
н.о. |
|
Сред. значение |
|
0,16 |
3,65 |
14,07 |
21,1 |
14,15 |
0,22 |
5,23 |
10,85 |
Пробы почвы с обоих участков отбирались возле нор малого суслика в радиусе 0,5-2,0 м. с помощью ручного бура с 10- , 20- , 30- сантиметровой глубины (таблица № 4).
Таблица 4
Содержание тяжелых металлов в пробах почвы контрольных участков № 1, 2
|
Место забора проб |
Пробы (глубина см) |
Pb мг/кг |
Cd мг/кг |
Cu мг/кг |
Zn мг/кг |
Fe мг/кг |
Cr мг/кг |
Co мг/кг |
Ni мг/кг |
Mn мг/кг |
|
п. Таскала |
почва 0-10 |
н.о. |
0,35 |
3,80 |
8,85 |
23,0 |
н.о. |
6,20 |
20,4 |
22,2 |
|
п. Таскала |
почва 10-20 |
5,0 |
0,30 |
2,93 |
4,82 |
28,0 |
н.о. |
5,43 |
18,5 |
15,5 |
|
п. Таскала |
почва 20-30 |
н.о. |
н.о. |
н.о. |
5,62 |
28,8 |
н.о. |
5,48 |
17,9 |
24,8 |
|
Сред. значение |
|
1,66 |
0,22 |
2,24 |
6,43 |
26,6 |
|
5,7 |
18,9 |
20,8 |
|
п. Серебряково |
почва 0-10 |
н.о. |
0,20 |
3,78 |
6,00 |
16,0 |
н.о. |
3,35 |
23,6 |
11,8 |
|
п. Серебряково |
почва 10-20 |
н.о. |
0,25 |
4,60 |
9,06 |
19,0 |
н.о. |
3,83 |
29,5 |
3,50 |
|
п. Серебряково |
почва 20-30 |
н.о. |
н.о. |
2,80 |
4,73 |
13,0 |
н.о. |
3,03 |
21,1 |
9,52 |
|
Сред. значение |
|
|
0,15 |
3,72 |
6,59 |
16,0 |
|
3,4 |
24,7 |
8,27 |
|
ПДК |
|
32,0 |
0,5 |
3,0 |
23,0 |
- |
6,0 |
5,0 |
4,0 |
1500 |
Пробы почвы, исследованные на содержание ТМ с двух точек показали отсутствие хрома на всех глубинах, свинец (1,66) обнаружен в одной пробе на глубине 10-20 см, без превышения ПДК. Кадмий отсутствует на глубине 20-30 см, медь на первом участке отсутствует на глубине 20-30 см.
Таким образом, по предварительным результатам исследования двух звеньев трофической цепи (животные, растения) и абиотического компонента (почва) установлено наличие тяжелых металлов в органах и тканях малых сусликов и растениях. Наличие ТМ обнаружено в почве на различных глубинах, наиболее загрязненными оказались два верхних слоя. Ткани малого суслика содержат ТМ в различных концентрациях, но отсутствие для многих из них ПДК значительно затрудняет интерпретацию результатов. Существует определенная связь между поступлением извне и распределением внутри организма тяжелых металлов. Необходимо установить спектр факторов антропогенного воздействия на уровне неспецифической биоиндикации. Дальнейшее комплексное исследование всех звеньев трофической цепи степных экосистем ЗКО с контрольных и опытных участков сопредельных с ВИП территорий будет продолжено.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: