Введение

Дикие парнокопытные животные (лось, косуля и кабан) с древнейших времен являются важным объектом охотничьего промысла человека [223, 300]. Эстетическое значение данной группы животных для современного урбанизованного человечества трудно переоценить [17, 106, 437, 824]. Особенно важным значение парнокопытных становится в условиях густонаселенных районов нашей страны с их островными лесными массивами. В последние десятилетия с ростом глобальной сети экологического мониторинга во всем мире активно ведется поиск биологических индикаторов загрязнения окружающей среды вредными веществами, в частности — ТМ и МЭ, а также стойкими ХОП [4, 11—15, 302, 308, 313, 364, 367]. В этой связи использование таких традиционных объектов охотничьего промысла, каковыми являются дикие парнокопытные, для целей экологического мониторинга указанных загрязнителей дает возможность получить информацию о качестве охотничьей продукции [194] и разработать систему методик слежения за качеством окружающей природной среды [184]. Привлечение родственных с.-х. видов позволяет оценить агропедоценозы, а в ряде случаев и дать рекомендации по коррекции микроэлементного статуса с.-х. угодий, подвергающихся интенсивной эксплуатации.

Детальная разработка научных проблем, связанных с влиянием факторов среды на организмы, является традиционной для отечественного естествознания [144, 330, 332, 374, 438, 440, 456]. Среди множества этих факторов важную роль играет химический состав горных пород, почв и биоты [233, 234, 246, 249, 351, 352].

Следует отметить, что адекватная оценка диких парнокопытных как экологической группы живых организмов с точки зрения их взаимодействия с геохимической средой практически невозможна без рассмотрения общих экологических особенностей этих видов [312]. Главными вопросами, на наш взгляд, следует признать популяционный аспект экологии этих животных, а также их место в биогеоценозе (взаимодействие с хищниками и почвенно-растительным комплексом населяемых ими местообитаний).

Сопоставив территории, характеризующиеся различными геохимическими условиями, с развитием краевой патологии человека и животных, А. П. Виноградов в 1930-х гг. ввел понятие «биогео- химические провинции». Последние, по его мнению, представляют собой «области на Земле, отличающиеся от соседних областей по уровню содержания в них химических элементов и вследствие этого вызывающие различную биологическую реакцию со стороны местной флоры и фауны...» [72]. В экстремальных случаях, вызванных техногенезом, происходит снижение численности и даже полное исчезновение видов на данной территории [35].

В пределах БГХ провинций различного генезиса имеют место народно-хозяйственные проблемы с ведением сельского хозяйства и получением качественных продуктов питания [183, 226]. Современная интенсивная хозяйственная деятельность человека дополнительно усиливает существующую природную неоднородность химического состава среды. Учитывая ежегодный рост аэрозольных выпадений загрязнителей, особую актуальность приобретает поиск способов экспрессных методов экологического мониторинга краткосрочных выбросов [104, 386]. Массовое применение в прошлом, не прекратившееся вплоть до настоящего времени, в сельском и лесном хозяйстве стойких ХОП, совершенно чуждых для естественной природной среды ксенобиотиков, вносит свой дополнительный вклад в ухудшение экологической ситуации во многих регионах [16].

Дикие виды парнокопытных животных (лось, косуля и кабан) — неотъемлемая часть природных сообществ большей части России. Вместе с близкими им с.-х. животными (крупный и мелкий рогатый скот, свиньи), объединяемые в группу ARTIODACTYLA, они являются основным источником животного белка для человека. Неоспоримо рекреационное значение диких копытных для современного урба- низованного человечества [136].

Сложившееся во второй половине двадцатого столетия новое направление биогеохимии и экологии, основанное В. В. Ковальским [226], — геохимическая экология, — базируется на учении В. И. Вернадского о биосфере [64—68] и концепции А. П. Виноградова о биогеохимических провинциях [71, 72]. Как всякая смежная дисциплина, возникшая «на стыке» двух наук, геохимическая экология оперирует понятиями обеих своих предшественниц. Влияние химизма среды как экологического фактора рассматривается на организменном, популяционном и биоценотическом уровнях, а миграция атомов химических элементов через звенья пищевых цепей оценивается с помощью комплекса БГХ параметров, в том числе коэффициентов биологического поглощения, аккумулированных масс атомов химических элементов и величин массопереноса в единицу времени. Центральное место занимают вопросы биологической роли химических элементов [83, 112, 321]: точки приложения и взаимодействия в обмене веществ, разнообразные реакции организмов на дисбаланс макро- и микроэлементов, их соотношений и соединений в БГХ пищевых цепях.

ю

Следует отметить, что с течением времени исследователи все большее внимание начинают обращать на антропогенно измененные ландшафты — территории городов, горнорудные районы, агропедоценозы, — взаимодействуя с такими направлениями, как экотоксикология [35, 529], природопользование и экологическое нормирование [43]. Становится очевидным, что в наиболее урбанизированных участках ландшафтов трансформация биосферы в ноосферу, предсказанная еще В. И. Вернадским, происходит настолько интенсивно, что живые организмы оказываются не в состоянии приспособиться к возрастающим нагрузкам [5, 215, 233, 368, 405, 408]. В подобных случаях у растений могут развиваться уродливые формы, а животные страдают микроэлементозами техногенной и ятрогенной природы [6, 103, 527].

Интерес биогеохимиков и экологов к фоновым субрегионам биосферы, таким как среднерусская лесостепь, вызван прежде всего тем, что эти территории являются густонаселенными аграрно-промышленными регионами. Почвенно-климатические условия, благоприятствующие произрастанию большинства зерновых и технических культур, обусловливают развитие здесь интенсивного с.-х. производства. Из промышленных предприятий, в наибольшей степени загрязняющих окружающую среду выбросами ТМ, выделяются Стойленский и Лебедянский ГОКи, Новолипецкий и Старооскольский металлургические комбинаты.

Животный мир богат и сочетает в себе виды, присущие степям и лесам [31]. Дикие парнокопытные животные (лось, кабан, косуля), обитающие здесь, имеют широкое распространение в Европе и Азии. В условиях заповедности или при соответствующей охране в элитных охотхозяйствах данные виды накапливают значительную биомассу, участвуя таким образом в биогенной миграции атомов. Известно также косвенное влияние этих животных на круговорот элементов, которое становится особенно заметно при высокой плотности их популяций [213, 214, 251].

С.-х. животные родственных видов (КРС, свиньи, овцы) наиболее доступны и поэтому наиболее изучены в нашей стране и за рубежом по содержанию МЭ, ТМ и стойких ХОП в тканях различных органов [197, 228, 253, 272, 350, 562, 566, 622, 635, 696, 776, 801]. Дикие парнокопытные в экологическом аспекте интереснее с.-х. животных тем, что они в большей степени отражают влияние содержания химических элементов в компонентах биогеоценоза. Обе группы в совокупности являются основным источником получения мяса и мясных продуктов для населения.

Нами были проведены исследования — выбор и обоснование использования диких и сельскохозяйственных парнокопытных в качестве биологических мониторов при системном изучении геохимической экологии провинций и фоновых территорий с выявлением специфических реакций организмов на экстремальные условия среды.

Ставились следующие задачи:

• — провести эколого-геохимическую оценку условно-фонового района (Центрально-Черноземный регион), а также районов с аномалиями микроэлементного статуса среды природно-техногенного генезиса (Центральный, Северо-Кавказский и Забайкальский регионы);
• — оценить накопление и метаболизм химических элементов и стойких ХОП у высших млекопитающих в фоновых и экстремальных геохимических условиях, а также в эксперименте;
• — выявить региональную специфику микроэлементного состава крови и волосяного покрова крупного рогатого скота;
• — разработать методы экологического мониторинга среды обитания и диагностики микроэлементозов с использованием органов, тканей и биологических жидкостей парнокопытных.

Научная новизна состоит в том, что впервые:

• — на основании данных по накоплению ТМ растениями и дикими животными в различных эколого-геохимических условиях разработаны методы мониторинга долгосрочного и краткосрочного загрязнения среды (патенты РФ на изобретения № 2266537, № 2375710 и № 2486507);
• — разработан метод диагностики хронических микроэлементозов КРС (патент РФ на изобретение № 2477483);
• — при наблюдении в природе и на основании экспериментальных данных показана возможность использования животных в мониторинге загрязнения среды ХОП и их детоксикации (патенты РФ на изобретения № 2267781 и № 2458524);
• — разработаны методы мониторинга микроэлементного статуса территорий и его коррекции (патенты РФ на изобретения № 2280869 и № 2430355);
• — исходя из закономерностей накопления меди, молибдена и вольфрама в почвенно-растительном комплексе и организме парнокопытных показана возможность использования пахты молока в экологическом мониторинге дисбаланса этих элементов в окружающей среде (патент РФ на изобретение № 2542236).

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретический вклад исследования состоит в установлении взаимосвязи химического состава органов и тканей группы видов ARTIODACTYLA со средой обитания, а также в научном обосновании возможности их использования в качестве биологических мониторов.

Полученные результаты представляют собой новое решение актуальных научных проблем — поиска и адекватного использования биологических мониторов состояния окружающей природной среды и организма животных, а также действенных мер по коррекции неблагоприятного статуса.

Материалы исследования использованы при подготовке Методического руководства для выявления зон экологического бедствия и кризиса по скорректированным БГХ критериям почвенно-растительного комплекса в рамках программы «Экологическая безопасность России» (раздел 6.8.19). Разработано 9 методических рекомендаций, среди которых «Биогеохимические критерии оценки экологического состояния территорий», которые отмечены Серебряной медалью и Дипломом 2-го Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 6—9 февраля 2002 г.). Получены 9 патентов РФ. Результаты работы использованы автором в лекционных курсах.

Методология и методы исследования. Работа выполнена автором в 1999—2015 гг. по традиционной методологии лаборатории биогеохимии окружающей среды ГЕОХИ РАН.

Схема исследований

Исследования плотности населения диких парнокопытных проводили традиционными в охотоведении методами. Отбор образцов крови — общепринятым в ветеринарии способом. При анализе ТМ, МЭ и стойких ХОП использовали утвержденные методики. Подробное описание методов приведено в главе 2.

Глава 1

Автор: Тютиков Сергей