CC BY
53
УДК 639.12
РЯБЧИК (TETRASTESBONASIA LINNAEUS, 1758) КАК ИНДИКАТОР ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЛАНДШАФТОВ
© А.А. Сергеев
Ключевые слова: рябчик; экологический мониторинг; тяжелые металлы; химическое загрязнение. Проведен сравнительный анализ химического состава (8 элементов) организма (печень, почки, сердце, скелетная мускулатура и костная ткань) и содержимого зобов рябчиков (Tetrastes bonasia Linnaeus, 1758), обитающих на участках, предположительно имеющих разный уровень и характер химического загрязнения. Пробы были собраны в осенний период в подзоне южной тайги на территории Кировской области. Выявлены статистически достоверные различия в содержании Cu, Zn, Cr, Cd, Pb в тканях и содержимом зобов птиц в пойме и на водоразделе. Впервые обоснована возможность использования рябчика в качестве индикатора загрязнения ландшафтов тяжелыми металлами.
ВВЕДЕНИЕ
Биоиндикация как один из базовых элементов экологического мониторинга может служить надежным инструментом ранней диагностики и прогнозирования грядущих преобразований популяций и экосистем. Многими исследователями подтверждено, что накопление различных химических элементов в тканях животных отражает их содержание в окружающей среде [1-5]. К настоящему времени накоплен значительный научный материал по аккумуляции токсикантов в тканях живых организмов и возможности использования этих показателей для контроля качества окружающей природной среды [6]. Однако имеется много пробелов как в оценке фактической ситуации в зонально-географическом аспекте, так и в научной методологии и организации экомониторинга. Здесь одним из ключевых вопросов становится выбор видов-индикаторов, адекватно отражающих изменение биоты в ответ на антропогенное воздействие.
В таежной зоне России тетеревиные птицы служат важным объектом спортивной охоты, одним из самых популярных и доступных из них является рябчик (Tetrastes bonasia Linnaeus, 1758). По этой причине исследование качественного состава мясо-дичной продукции, получаемой от рябчика, в т. ч. уровня ее загрязненности тяжелыми металлами, представляется важной и актуальной задачей. Целью нашего исследования явилось определение элементного состава пищевой продукции, получаемой от рябчика, населяющего территории, предположительно имеющие разный уровень и характер химического загрязнения, а также выявление возможности использования рябчика в качестве индикатора загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Для оценки особенностей микроэлементного состава органов и тканей рябчиков, обитающих на участках с различными геохимическими условиями, на террито-
рии Зуевского, Слободского и Белохолуницкого районов Кировской области в пределах научно-опытного охотхозяйства ВНИИОЗ был собран материал от 86 птиц. Рябчиков отлавливали в сентябре 1998-2009 гг. петельным способом на пойменном и водораздельном участках бассейна Чепцы, удаленных друг от друга более чем на 20 км. При отборе проб регистрировали пол животных, вес тела и внутренних органов. Поскольку точное определение возраста взрослых рябчиков затруднено, а большинство особей редко доживают даже до трехлетнего возраста [7], все птицы выборки были разделены на два возрастных класса - молодых и взрослых по методике А.А. Гайдара [7].
Для изучения отбирались образцы печени, почек, сердца, костной ткани (плечевая кость) и скелетной мускулатуры (мышцы плеча). Пробы тканей помещали в химически нейтральную упаковку и хранили при температуре -20 °С. В лабораторных условиях образцы высушивали при 60 °С до постоянного веса, а затем измельчали с помощью электрической лабораторной мельницы ЭМ-3А УХЛ 42. Минимальная навеска, используемая для анализа, составляла 1 г. Пробы взвешивалась с точностью до 0,01 г. После этого навески гомогенизированных проб озоляли способом осторожной сухой минерализации, основанном на полном разложении органических веществ путем сжигания пробы в электропечи при контролируемом температурном режиме. Для озоления проб применялась камерная лабораторная печь сопротивления, обеспечивающая поддержание заданного температурного режима от 150 до 550 °С.
Анализ образцов на наличие микроэлементов и тяжелых металлов проводился во ВНИИОЗ методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии на спекто-фотометре «Спектр-5-3». Содержание восьми микроэлементов определено в воздушно-сухом сырье в мг/кг (операторы Н.А. Шулятьева, Т.В. Рукавишникова).
Статистическая обработка полученных данных проводилась автором с использованием программы «Биостатистика» в версии 4.03. Для проверки достоверности различий между двумя выборками использо-
вались критерии Стьюдента и Манна-Уитни. Нулевую гипотезу отклоняли на уровне значимости менее 0,05.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При сравнении микроэлементного состава органов и тканей рябчиков, добытых в пойме Чепцы и на водораздельном участке, выявлен ряд различий (табл. 1).
Концентрация меди в скелетных мышцах и печени птиц с водораздела оказалась достоверно ниже, чем у пойменных рябчиков, а цинка в скелетных мышцах и марганца в сердце - достоверно выше. Достоверно повышенное содержание хрома зарегистрировано в мышцах, печени и почках пойменных птиц, в печени
рябчиков на водоразделе содержалось меньше никеля. Пойменные птицы были также сильнее загрязнены супертоксикантами - свинцом и кадмием.
Превышение уровня свинца статистически подтверждено для скелетной мускулатуры и сердца, кадмия - для этих же тканей, а также для печени. Содержание кадмия в мускулатуре тела достоверно различалось по непараметрическому критерию Манна-Уитни. Обнаруженные в почках рябчиков из поймы концентрации свинца и кадмия превышали средние для особей водораздельных угодий, но достоверно не различались. Отмеченные тенденции подтвердились и при отдельном сравнении в группе взрослых птиц (табл. 2).
Таблица 1
Содержание металлов в органах и тканях рябчиков пойменного и водораздельного участков (жирным шрифтом выделены концентрации, достоверно различающиеся в одном и том же органе
в пойме и на водоразделе)
Орган Участок (и) Показатель Fe Cu Mn Zn Cr Ni Pb Cd
Кости Пойма (9) M 12,72 5,72 4,40 40,75 2,01 1,82 2,80 1,45
m 5,10 0,95 0,78 3,73 0,43 0,30 0,18 0,21
min 3,80 2,15 1,81 20,45 0,90 0,68 2,00 0,12
max 52,40 10,88 7,66 58,40 5,00 3,50 3,50 2,10
Водораздел (66) M 16,37 5,63 5,91 48,50 2,17 2,45 2,77 1,35
m 1,49 0,45 0,65 2,54 0,16 0,15 0,14 0,09
min 2,11 1,44 0,91 7,21 0,35 0,68 0,71 0,10
max 63,20 20,80 28,30 89,90 8,00 9,00 5,20 3,20
Мышцы Пойма (13) M 20,82 7,90 4,01 20,84 2,11 1,02 1,86* 0,62
m 0,75 0,76 0,84 2,65 0,58 0,21 1,05 0,18
min 18,40 4,96 0,99 6,04 0,61 0,36 0,11 0,05
max 25,81 14,54 12,96 32,81 6,70 3,04 13,32 2,59
Водораздел (68) M 19,31 4,77 3,59 29,47 1,32 0,84 0,98* 0,11
m 0,80 0,38 0,44 1,08 0,13 0,08 0,05 0,01
min 4,42 0,95 0,50 12,36 0,09 0,11 0,32 0,01
max 61,50 13,89 18,22 72,80 5,88 3,52 2,05 0,68
Печень Пойма (18) M 65,57 11,00 10,12 33,91 2,83 2,13 2,05 1,35
m 4,39 0,87 1,42 4,76 0,57 0,28 0,24 0,37
min 41,90 3,91 1,00 10,57 0,13 0,78 0,60 0,10
max 90,80 17,85 21,52 72,12 8,44 4,85 4,15 7,03
Водораздел (60) M 51,89 7,87 9,13 48,00 1,79 1,60 2,13 0,68
m 2,73 0,75 1,06 2,80 0,20 0,11 0,25 0,05
min 10,10 0,56 1,35 6,80 0,11 0,11 0,50 0,09
max 101,50 35,38 54,55 110,80 10,11 4,35 8,80 2,00
Почки Пойма (6) M 57,36 9,97 11,41 38,06 4,58 1,52 2,60 1,43
m 11,80 2,25 2,95 6,35 1,60 0,38 0,35 0,19
min 30,80 5,36 3,54 24,10 1,21 0,48 1,12 1,00
max 101,20 18,11 21,18 63,80 11,80 3,01 3,20 2,00
Водораздел (27) M 53,01 9,04 14,70 34,52 1,79 1,55 1,89 0,93
m 4,93 0,99 3,50 2,52 0,36 0,12 0,21 0,15
min 53,01 9,04 14,70 34,52 1,79 1,55 1,89 0,93
max 4,93 0,99 3,50 2,52 0,36 0,12 0,21 0,15
Сердце Пойма (7) M 54,89 10,94 3,92 39,51 2,66 1,83 2,74 0,78
m 8,47 1,73 0,60 11,18 1,26 0,49 0,62 0,23
min 40,10 6,58 2,27 8,48 0,52 0,11 0,90 0,07
max 98,40 20,02 6,67 101,80 10,11 4,11 5,80 1,82
Водораздел (40) M 54,28 6,74 13,88 30,56 1,61 1,30 1,04 0,12
m 3,75 0,88 1,41 2,99 0,39 0,10 0,08 0,03
min 18,56 3,99 2,91 11,80 0,54 0,60 0,50 0,03
max 133,50 10,96 30,14 80,10 3,51 2,11 1,64 0,30
Таблица 2
Содержание металлов в органах и тканях взрослых рябчиков пойменного и водораздельного участков (жирным шрифтом выделены концентрации, достоверно различающиеся в одном и том же органе
в пойме и на водоразделе)
Орган Участок (и) Показатель Fe Cu Mn Zn Cr Ni Pb Cd
Кости Пойма (5) min 3,80 3,83 1,94 30,21 0,90 0,75 3,00 1,21
max 11,25 8,50 7,66 58,40 3,00 3,50 3,50 2,10
M 6,84 6,29 4,72 44,30 1,68 2,04 3,14 1,67
m 1,42 0,80 1,12 4,98 0,39 0,50 0,09 0,19
Водораздел (36) min 2,94 1,44 0,91 7,21 0,38 1,05 1,00 0,10
max 45,20 20,80 16,45 89,80 8,00 9,00 5,20 3,20
M 14,46 6,28 5,00 51,39 2,17 2,69 3,19 1,49
m 1,20 0,71 0,57 3,39 0,23 0,23 0,19 0,12
Мышцы Пойма (11) min 18,40 5,59 1,60 6,04 0,61 0,36 0,11 0,05
max 25,81 14,54 12,96 32,81 6,70 3,04 13,32 2,59
M 21,16 8,27 4,34 20,25 2,29 1,05 2,08 0,69
m 0,94 0,85 0,95 3,07 0,67 0,25 1,25 0,21
Водораздел (38) min 7,30 0,95 0,50 19,40 0,09 0,11 0,32 0,01
max 28,40 13,89 18,22 50,11 5,88 3,52 2,05 0,50
M 19,11 4,51 3,53 29,03 1,47 0,84 1,06 0,11
m 0,64 0,50 0,66 1,18 0,18 0,11 0,06 0,01
Печень Пойма (14) min 41,90 3,91 1,00 10,77 0,13 0,78 0,60 0,10
max 90,80 17,85 21,52 72,12 8,44 4,85 3,44 7,03
M 65,55 10,93 10,46 33,30 2,24 2,09 1,89 1,55
m 5,33 1,07 1,76 5,37 0,57 0,34 0,25 0,46
Водораздел (33) min 20,50 0,56 1,58 6,80 0,11 0,11 0,50 0,09
max 101,50 18,61 30,74 110,80 10,11 4,35 8,80 2,00
M 56,32 8,25 9,66 48,83 1,98 1,62 2,45 0,64
m 3,52 0,77 1,11 4,08 0,32 0,17 0,42 0,07
Почки Пойма (5) min 30,80 5,36 3,54 24,10 2,05 0,48 1,12 1,00
max 101,20 15,78 21,18 50,40 11,80 2,05 3,20 1,80
M 52,74 8,34 10,53 32,91 5,26 1,22 2,50 1,31
m 13,30 1,91 3,45 4,56 1,77 0,30 0,41 0,18
Водораздел (16) min 12,71 2,15 1,80 12,40 0,09 0,75 1,02 0,31
max 101,80 19,23 57,69 61,50 3,00 3,01 5,08 4,50
M 51,83 8,80 15,00 37,96 1,24 1,72 2,11 1,14
m 6,07 1,33 4,14 3,50 0,19 0,17 0,32 0,23
Сердце Пойма (6) min 28,40 6,58 2,27 8,48 0,52 0,11 1,00 0,07
max 98,40 20,02 25,42 101,80 10,11 4,11 5,80 1,82
M 53,20 10,75 7,11 44,65 2,80 1,99 2,75 0,78
m 9,10 1,76 3,11 12,62 1,24 0,47 0,62 0,23
Водораздел (20) min 18,56 5,43 5,70 11,80 0,54 0,60 0,70 0,03
max 133,50 10,96 30,14 28,50 3,51 1,75 1,08 0,30
M 55,25 7,76 14,09 22,58 1,66 1,15 0,94 0,14
m 6,28 1,48 2,14 4,69 0,75 0,17 0,12 0,05
У сеголетков достоверно повышенным было только содержание хрома в печени птиц из поймы (4,88 + 1,21 и 1,56 + 0,21). У молодых особей этого участка отмечены также гораздо более высокие уровни кадмия в мышцах, меди и свинца в печени, однако различия недостоверны из-за недостаточного объема собранного в пойме материала.
Содержание тяжелых металлов в окружающей среде зачастую определяется интенсивностью хозяйственной деятельности. С наибольшей очевидностью это проявляется в регионах с высокой концентрацией промышленности и плотностью населения, однако может наблюдаться и на других территориях. Изучение растительных и почвенных проб из техногенных и условно чистых территорий Кировской области [8] позволяет
предположить наличие изменений в элементном составе органов и тканей птиц данных местообитаний и зависимость этих изменений от характера техногенного воздействия. Характерно, что особи с повышенными концентрациями свинца и кадмия обнаружены на обоих участках, но гораздо чаще встречались в пойме.
По всей видимости, причиной повышенной токсической нагрузки на птиц является загрязненность кормовых объектов - средние уровни и максимальные концентрации некоторых металлов (Сг, РЬ, Cd) в содержимом зобов рябчиков пойменного участка оказались существенно выше, чем на водоразделе (табл. 3), но при параметрическом и непараметрическом тестировании различия статистически не подтвердились. По-видимому, учитывая многократный размах значений
Таблица 3
Концентрация тяжелых металлов (мг/кг сухого вещества) в содержимом зобов взрослых рябчиков
пойменного и водораздельного участков
Участок Показатель Fe Cu Mn Zn Cr Ni Pb Cd
Водораздел min 25,10 3,45 4,20 15,25 0,56 0,80 0,50 0,02
(n = 11) max 358,40 23,83 82,02 42,10 10,50 4,21 3,21 2,35
M 174,93 15,05 23,94 29,35 2,95 2,19 2,05 1,21
m 40,59 1,71 8,65 2,26 0,83 0,29 0,30 0,35
Пойма min 16,81 4,79 6,80 18,21 0,25 0,25 0,58 0,11
(n = 7) max 303,50 28,20 64,15 68,20 41,29 9,11 11,25 4,21
M 95,37 17,39 26,57 37,37 8,03 3,13 4,68 1,52
m 40,12 3,27 9,78 6,78 5,60 1,06 1,68 0,53
содержания элементов в кормах, для сравнения необходима гораздо более представительная выборка.
Высокая загрязненность органов и тканей птиц и повышенная частота встречаемости загрязненных рябчиков в пойменных угодьях может объясняться воздействием техногенного характера. Не исключено, что сбросы крупных промышленных предприятий с развитыми гальваническими производствами, расположенных в верховьях Чепцы, приводят к загрязнению реки и формированию специфической линейной техногенной геохимической зоны. Подобная ситуация наблюдается и в других регионах [9].
На водораздельном участке большая часть загрязненных особей отлавливалась в непосредственной близости от интенсивно эксплуатировавшейся 15-20 лет назад, а теперь заброшенной лесной дороги. Не исключено, что прилегающая территория все еще загрязнена свинцом и кадмием, попавшим в почву через выхлопы двигателей. Негативное влияние выхлопных газов на живые организмы неоднократно отмечалось ранее как на территории исследования [10], так и в других регионах [11; 4].
Ареал, численность, важное хозяйственное значение позволяют рассматривать тетеревиных птиц в качестве особенно перспективных экомониторинговых тест-объектов [12]. Наиболее ценным в этом плане представляется рябчик. Он довольно многочислен и распространен по всей таежной зоне, причем встретить его можно и в лесной глуши, и в ближайших окрестностях больших городов. Рябчик - наиболее оседлый вид из всех тетеревиных птиц. Всю жизнь рябчики проводят на ограниченных участках, не отлетая больше чем на 1,2-6 км [13; 14]. По данным А.А. Гайдара [14] основная масса (88 %) рябчиков вятской тайги повторно добывалась не дальше 500 м от места кольцевания, а 40 % из них - не далее 100 м. На расстояние свыше 500 метров переместилось лишь 12 % птиц. Наименьшая ширина разлета характерна для взрослых особей, перемещающихся в среднем на 180-190 метров. По данным радиомечения размер индивидуального участка рябчика составляет в среднем около 50 га, варьируя в пределах 36,2-73,6 га [15]. Именно из-за своей оседлости рябчик является незаменимым объектом для локального мониторинга. Отработанные веками способы самоловной добычи рябчика дают возможность получать репрезентативные выборки, а существующие методы живоотлова - осуществлять прижизненный отбор проб для экотоксикологических исследований.
Рябчик имеет достаточные размеры для использования его органов и тканей в аналитических целях.
Полученные нами данные по рябчику вятско-камского междуречья подтверждают результаты авторов, исследовавших другие виды пернатых, и свидетельствуют, что содержание некоторых тяжелых металлов в организме тетеревиных птиц отражает местные геохимические условия. Это, а также особенности экологии позволяют использовать представителей семейства, в первую очередь рябчика, в качестве мониторинговых тест-объектов в условиях южной тайги даже для контроля локальных «точечных» загрязнений. Мониторинговые исследования, основанные на индикационных возможностях рябчика, позволят с высокой степенью конкретизации оценивать территориальное распределение загрязняющих веществ, оперативно выявлять краткосрочные тенденции изменения уровней загрязнения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Durkalec M., Szkoda J., Kolacz R., Opalinski S., Nawrocka A., Zmudzki J. Bioaccumulation of Lead, Cadmium and Mercury in RoeDeer and Wild Boars from areas with different levels of toxic metal pollution // Int. J. Environ. Res. 2015. V. 9. № 1. P. 205-212.
2. Gizejewska A., Spodniewska A., Barski D. Concentration of lead, cadmium, and mercury in tissues of European beaver (Castor fiber) from the north-eastern Poland // Bull. Vet. Inst. Pulawy. 2014. V. 58. P. 77-80.
3. Безель В.С. Экологическая токсикология: популяционный и био-ценотический аспекты. Екатеринбург: Изд-во «Гощицкий», 2006. 280 с.
4. Медведев Н.В., Ивантер Э.В. Экологическая токсикология природных популяций птиц и млекопитающих Севера. М.: Наука, 2007. 228 с.
5. Покаржевский А.Д. Геохимическая экология наземных животных. М.: Наука, 1985. 300 с.
6. Большаков В.Н., Пястолова О.А., Вершинин В.Л. Специфика формирования видовых сообществ животных в техногенных и урбанизированных ландшафтах // Экология. 2001. № 6. С. 343-354.
7. Гайдар А.А. К методике определения возраста рябчика // Экология. 1974. № 3. С. 102-103.
8. Шихова Л.Н., Егошина Т.Л. Тяжелые металлы в почвах и растениях таежной Северо-Востока Европейской России. Киров: Зональный НИИСХ Северо-Востока, 2004. 264 с.
9. Савченко В.В., Сидорович В.Е. Содержание тяжелых металлов в американской норке: поступление, аккумуляция, выведение, возможности биоиндикации // Экология. 1994. № 6. С. 69-76.
10. Талипова Е.В. Изменение морфофизиологических параметров лекарственных растений при действии автотранспортного загрязнения (на примере Кировской области): автореф. дис. ... канд. биол. наук. Саранск, 2006. 22 с.
11. Wilke K., Pohlmeyer K., Lotthammer K.-H. Konzentrationen von Blei und Cadmium beim Schalenwild in autobahnnahen Reveren im Raum Gudow, Schleswig-Holstein // Z. Jagdwiss. 2000. Bd. 46. P. 31-44.
12. Безель В.С., Вельский Е.А., Курамшина Н.Г., Мартыненкова Л.Н. Микроэлементный состав костной ткани тетеревиных и сов Урала // Сибирский экологический журнал. 2005. № 3. С. 489-496.
13. Shin-Jae Rhim. Home range and habitat selection of hazel grouse Bonasa bonasia in a temperate forest of South Korea // Forest Ecology and Management. 2006. V. 226. I. 1-3. P. 22-25.
14. Гайдар А.А. Рябчик - Tetrastes bonasia (L.,) // Миграции птиц Восточной Европы и Северной Азии: хищные - журавлеобразные. М.: Наука, 1982. С. 205-208.
15. Shin-Jae Rhim, Seung-Hun Son. Natal dispersal of hazel grouse Bona-sa bonasia in relation to habitat in a temperate forest of South Korea // Forest Ecology and Management. 2009. V. 258. I. 7. P. 1055-1058.
Поступила в редакцию 19 апреля 2015 г.
Sergeyev A.A. HAZEL GROUSE (Tetrastes bonasia LINNAEUS, 1758) AS AN INDICATOR OF CHEMICAL POLLUTION OF LANDSCAPES
The comparative analysis of chemical composition (8 trace elements) of organism (liver, kidneys, heart, skeletal muscles and bone tissue) and crop contents of hazel grouse (Tetrastes bonasia Linnaeus, 1758), living in areas expected to have different level and nature of chemical pollution, was carried out. Samples were collected during the autumn 1998-2009 in the southern taiga in the Kirov Province. Statistically significant differences in the content of Cu, Zn, Cr, Cd, Pb in the tissues and crop contents of the birds in the floodplain and watershed were found. For the first time the possibility of the use of hazel grouse as an indicator of heavy metals landscapes pollution was justified.
Key words: hazel grouse; ecological monitoring; heavy metals; chemical pollution.
Сергеев Алексей Анатольевич, Всероссийский научно-исследовательский институт охотничьего хозяйства и звероводства им. проф. Б.М. Житкова, г. Вятка, Российская Федерация, кандидат биологических наук, ученый секретарь, e-mail: [email protected]
Sergeyev Aleksander Anatolyevich, Russian Research Institute of game management and fur farming prof. B.M. Zhitkova, Vjatka, Russian Federation, Candidate of Biology, Scientific Secretary, e-mail: [email protected]
