Известно, что живые организмы (биота) формируют и контролирует в биосфере потоки вещества, обеспечивая устойчивое функционирование природных экосистем. Биогеохимические циклы элементов воспроизводят сложные биологические структуры, компенсируя их непрерывное разрушение, в том числе в результате антропогенного воздействия. Существует несколько уровней биогенных циклов химических элементов, формируемых живыми организмами различной трофической принадлежности. При этом между трофическими уровнями природных экосистем имеет место своеобразный “геохимический отбор” микроэлементов, определяемый неодинаковой биологической доступностью химических элементов и формой их соединений в почвах, спецификой зональных типов растительности, избирательностью процессов их поглощения и депонирования организмами различной трофической принадлежности. Можно говорить о многоуровневом геохимическом портрете целостного биогеоценоза и его деформации в результате антропогенной деятельности.
Актуальность изучения микроэлементного состава популяций и сообществ различных групп биоты заключается в раскрытии механизмов формирования биогенных циклов. Для создания адекватных представлений по этим вопросам необходимо проведение комплексных эколого-аналитических исследований, включающих изучение микроэлементного состава модельных объектов на разных уровнях организации биологических систем – от первичных продуцентов до консументов высших трофических уровней.
В настоящее время в научной литературе получен большой фактический материал по накоплению химических элементов в условиях химического загрязнения среды. Однако значительно меньше работ посвящено миграции тяжелых металлов по пищевым цепям экосистем. Кроме того, большинство авторов ограничивается исследованиями лишь химических элементов, выступающих в качестве токсикантов.
Между тем очевидна необходимость получения количественных и репрезентативных данных по многоэлементному составу различных компонентов биоты. В этом случае возможен подробный анализ биогеохимического портрета конкретных природных и техногенных экосистем и его трансформации при химическом загрязнении.
Работа направлена на выявление факторов, определяющих формирование биогенных циклов химических элементов в естественных и подверженных химическому загрязнению экосистемах.
Основная цель исследования – оценка “геохимического отбора” химических элементов мелкими млекопитающими различных трофических групп, которые совместно обитают на химически загрязнённых и ненарушенных территориях.
Проведены исследования особенностей поступления, депонирования и транслокации микроэлементов у модельных видов мышевидных грызунов и мелких насекомоядных млекопитающих, населяющих условно чистые (фоновые) и химически загрязненные участки вблизи двух крупных предприятий, типичных для промышленности Среднего Урала: Среднеуральского медеплавильного завода (цветная металлургия) и Нижнетагильского металлургического комбината (черная металлургия). За 60-летний период работы этих предприятий в их окрестностях сформировались техногенные геохимические территории с повышенным содержанием в почве и других объектах экосистемы широкого спектра химических элементов. В качестве объектов исследования на изучаемых участках выбраны наиболее изученные и методически доступные доминирующие виды мелких млекопитающих принадлежащих к разным трофическим уровням наземных экосистем: 1) фитофаги – рыжие полевки; 2) насекомоядные –землеройки-бурозубки. “Геохимический отбор” микроэлементов мелкими млекопитающими может быть оценен при сравнении их концентраций в рационах и тканях (печень, тушки). Для анализа элементов, поступающих в организмы с кормом, мы рассматривали их концентрации в содержимом желудочно-кишечного тракта зверьков. Элементный состав определяли рентгенофлуоресцентным анализом на пучках синхротронного излучения (РФА СИ). РФА СИ высокочувствительный метод, позволяющий одномоментно определять более 20 элементов от калия, кальция и далее по периодической таблице.
На основании данных о содержании микроэлементов в рационе зверьков и количестве корма, потребляемого особями разных групп, получены данные о суточном поступлении изученных элементов в организмы мелких млекопитающих, что позволило оценить уровень токсической нагрузки на организм. Сравнительный анализ микроэлементного состава органа-депо (печени) позволил выявить специфику концентрирования элементов животными различных трофических групп. Определены возможные различия в характере поступления, транслокации и депонирования поллютантов в организме модельных видов, принадлежащих различным трофическим группам. Полученные сведения позволят установить закономерности формирования токсической нагрузки для модельных видов и прогнозировать на основании этого судьбу изучаемых экосистем.
Исследования проводятся в рамках проектов РФФИ № 94-04-12866 , № 99-05-64587, № 01-04-96402 (РФФИ - Урал), Интеграционный проект СО РАН № 169, проект поддержки ведущих научных школ РФ (НШ – 5286.2006.4) – по изучению роли животных в формировании биогенного обмена химических элементов в наземных экосистемах в естественных условиях и при экстремальном химическом загрязнении.