ДНІПРОПЕТРОВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РУЗІНА ОЛЕНА МИКОЛАЇВНА

УДК 597.8 : 591.5(477) + 528.9

БЕЗХВОСТІ АМФІБІЇ ЯК ЗООІНДИКАТОРИ ЗАБРУДНЕННЯ

ВАЖКИМИ МЕТАЛАМИ ПРИРОДНИХ ТА ШТУЧНИХ ЕКОСИСТЕМ СТЕПОВОГО ПРИДНІПРОВ’Я

(на прикладі Rana ridibunda Pall., 1771)

03.00.16 – екологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Дніпропетровськ – 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровському національному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: кандидат біологічних наук,

Місюра Андрій Миколайович,

Дніпропетровський національний університет,

відділ екології та охорони природи Науково-дослідного інституту біології,

старший науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, доцент

Івашов Анатолій Васильович,

Таврійський національний університет

ім. В.І.Вернадського,

кафедра екології та раціонального природокористування, завідувач

кандидат біологічних наук,

Решетило Остап Степанович,

Інститут екології Карпат НАН України,

відділ популяційної екології,

молодший науковий співробітник

Провідна установа: Донецький національний університет

Міністерства освіти і науки України,

м. Донецьк

Захист відбудеться “19” березня 2003 року о13:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.051.04 для захисту дисертації на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук у Дніпропетровському національному університеті Міністерства освіти і науки України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова, 13, корпус 17, біолого-екологічний факультет, ауд. 611.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Дніпропетровського національного університету Міністерства освіти і науки України за адресою: 49050, м. Дніпропетровськ, вул. Наукова, 13.

Автореферат розісланий “19” лютого 2003 року.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат біологічних наук, доцент Дубина А.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Реалізація стратегії сталого розвитку, проголошеної Організацією Об’єднаних Націй у 1992 р. і прийнятої Україною, потребує широкого застосування заходів, в основу яких покладена оцінка стану природного середовища.

За рівнем концентрації промислового виробництва і за густотою населення Дніпропетровська область займає одне з перших місць на Україні. На площі в 31,9 тис. км2 розташовано близько 4 тис. промислових підприємств. Провідну роль в індустріальному комплексі області відіграють підприємства чорної металургії й хімічної промисловості. За ступенем хімічної небезпеки Дніпропетровська область належить до II класу. Кількість хімічно небезпечних речовин у викидах підприємств області досягає 80 тис. т на рік. На території області знаходяться також великі гірничодобувні райони – Кривбас, Західний Донбас, Нікопольський марганцеворудний басейн та ін.

Актуальність досліджень полягає у впровадженні в систему біомоніторингу степового Придніпров’я методів біоіндикації для діагностики режимних процесів, які відбуваються в природному середовищі. Відомо, що тваринний світ є найбільш надійний індикатор стану екосистем і ступеня їх трансформації внаслідок якого-небудь впливу (Гіляров, 1965, 1983; Покаржевський, 1991; Криволуцький, 2000). У проведених дослідах біоіндикаторами антропогенного впливу на навколишнє середовище були вибрані земноводні, зокрема фоновий вид безхвостих амфібій степового Придніпров’я – озерна жаба (Rana ridibunda Pall., 1771), що відіграє важливу біогеоценотичну роль. Це робить їх цінним об’єктом дослідження для вирішення регіональних екологічних і біогеоценотичних проблем.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами. Матеріали дисертації використовувались під час складання звітів з держбюджетних науково-дослідних тем: по ДДУ № 34-91 “Дослідження фізіолого-біохімічних реакцій пойкілотермних тварин на пріоритетні стресори токсичного походження в природних системах індустріального степового Придніпров’я” (№ держреєстрації РК 01.9.10024019); д/б тема № 01-129-00 “Дослідження основних закономірностей впливу різних полютантів на фізіолого-біохімічні, популяційні та генеративні особливості тваринних організмів та розробка шляхів знешкодження їх синергічної шкідливої дії” (№ держреєстрації 0100U005210); ДКНТ України № 6.3.274, по ДДУ № 74-94 “Нестабільний стан балансу важких металів у тварин в умовах техногенного тиску: біодоступність процесу поглинання, міжтканинний трансфер, акумуляція та виведення”; ДКНТ України № 6.2.143, по ДДУ № 154-93 ”Розробка комплексної еколого-біохімічної оцінки стану тварин в умовах впливу техногенних факторів на території Південно-Східної України”; у звітах Регіональної групи від України, що бере участь у міжнародній програмі, яка проводиться Міжнародним союзом охорони природи, з популяцій земноводних, які зникають, від України (IUCN / SSC Declining Amphibian Populations Task Force – DAPTF).

Мета і завдання досліджень. Основна мета досліджень – визначення можливості використання земноводних, зокрема Rana ridibunda для біоіндикації й режимних біомоніторингових досліджень ступеня забруднення важкими металами екосистем різноманітних рівнів трансформації, особливостей біоакумуляції з використанням розробки картографічного методу зонування досліджуваних територій.

Для досягнення поставленої мети передбачалося вирішити такі завдання:

1.

2.

3.

Об’єкт досліджень – фоновий вид безхвостих амфібій степового Придніпров’я – озерна жаба (Rana ridibunda Pall., 1771), яка характеризується широким спектром поширення, високою чисельністю особин, доступністю збору, лабільністю.

Предмет досліджень – зооіндикація забруднення навколишнього середовища важкими металами.

Методи досліджень. Виловлені тварини підлягали загальнобіологічному аналізу. Морфофізіологічні показники тварин визначались за загальноприйня- тими методиками. Вміст важких металів установлювався методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії. Обробка отриманих результатів проводилася з використанням пакетів програм “Statistica 5.0”, “Excel”, “Statgraphics Plus 3.0”.

Наукова новизна отриманих результатів. Дослідження, проведені в одному з великих промислових регіонів України, дозволили встановити таке:

·

·

·

·

·

Проведені дослідження роблять певний внесок у розвиток теоретичної і прикладної екології й екотоксикології і є основою для покращення стану не тільки зооценозу, але й середовища, що оточує людину. Матеріали дисертаційної роботи можуть слугувати біотестами для оцінки існуючих промислових технологій і обґрунтування екологічних нормативів впливу різних токсикантів на живі організми й середовище їх існування.

Практичне значення отриманих результатів. Подані матеріали досліджень використовуються в науково-дослідній і навчальній роботі, а також різними організаціями (Дніпропетровською міською державною адміністрацією, управлінням екології Дніпропетровської міської ради). Надалі вони повинні ста- ти основою під час складання екологічного атласу області, який до цього часу не враховує стан і рівень забруднення зооценозу важкими металами. Матеріали дослідження увійшли до складу навчальних програм загальних і спеціальних курсів: “Основи екології”, “Біоіндикація”, “Економіка природокористування”, “Екологічна експертиза територій”, “Екологічна токсикологія”. Практичне значення отриманих результатів підтверджується актами впровадження.

Особистий внесок здобувача. Усі експериментальні матеріали, система- тизація, обробка й обґрунтування результатів, серія карт отримані особисто ав- тором. У роботі “Сравнительная характеристика содержания некоторых микро- элементов в организмах беспозвоночных, земноводных и пресмыкающихся в условиях техногенного влияния” (Вісник Дніпропетровського ун-ту: серія біологія, екологія. -1997- Вип. 3. - С. 133-143; співавтори Місюра А.М., Гас- со В.Я., Жуков О.В., Кульбачко Ю.Л., Марченковська О.О.) дисертанткою наведені дані про накопичення важких металів в оргвнізмі земноводних, зроблен їх аналіз, обґрунтовані висновки (15%).

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації пройшли апро- бацію на 1-й міжнародній науково-практичній конференції “Стійкий розвиток: забруднення навколишнього середовища й екологічна безпека” (Дніпро-петровськ, 1995), 2-й міжнародній науково-практичній конференції “Sustainable development: system analysis in ecology” (Севастополь, 1996), міжнародній кон- ференції “IV European Conference on Ecotoxicology and EnviSafety” (Мец, 1996), 4-й міжнародній конференції “Франція та Україна, науковий досвід у контексті діалогу національних культур” (Дніпропетровськ, 1997), міжнарод- ній конференції “Central Eastern European Conference on Ecotoxicology and Environmental Safety” (Юрмала, 1997), міжнародній конференції “Питання біоін- дикації і екології” (Запоріжжя, 1998), науково-практичній конференції “Біло- везька Пуща на межі третього тисячоліття” (Брест, 1999), 4-й Всеросійській науково-практичній конференції з міжнародною участю “Нове в екології й безпеці життєдіяльності” (Санкт-Петербург, 1999), 3-й конференції Російської біогеохімічної школи (Горно-Алтайськ, 2000).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 22 наукові роботи, серед яких 8 – у наукових журналах і збірниках наукових праць (4 – статті у виданнях ВАК України), 14 – у матеріалах і тезах конференцій.

Структура дисертації. Матеріал дисертації викладений на 289 сторінках машинописного тексту, із я ких тексту 162 сторінки. Дисертація складається зі вступу, 9 розділів, висновків, списку використаної літератури, 4 додатків. Текст ілюстрований 78 таблицями, 44 рисунками. Список використаної літератури налічує 240 джерел, серед яких 22 іноземними мовами.

Автор щиро вдячний науковому керівнику старш. наук. співроб., канд. біол. наук А.М. Місюрі, співробітникам лабораторії біомоніторингу НДІ біології ДНУ, кафедри геоекології та раціонального природокористування за цінні поради й рекомендації.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розглядається актуальність і сучасний стан проблеми, що вивчається, мета й завдання дослідження.

АНАЛІЗ НАУКОВИХ ДЖЕРЕЛ

Проаналізовано ряд фундаментальних робіт, у яких висвітлюється методологія досліджень з діагностики стану екосистем і обґрунтовано застосування методу біоіндикації (Гіляров, 1965, 1983; Вікторов, 1962, 1991; Виноградов, 1964, 1994; Востокова, 1962, 1992; Криволуцький, 1985, 2000 та ін.). Розглянуті аспекти застосування біоіндикаторів для оцінки забруднення екосистем важкими металами в індустріально розвинених районах (Степанов, 1991; Жулідов, 1991 та ін.). У зазначених працях відзначається, що перевага біоіндикаторів полягає в тому, що вони більш адекватно відображають нинішній стан природного середовища й зооценозу, здатні відслідковувати динаміку його забруднення в часі й просторі.

Особливу увагу приділено питанням розвитку біоіндикаційного картографування (Вікторов, 1979; Мінеєва, 1991; Голубєва, 1999), яке є розділом екологічного картографування, що відображає просторово-часові аспекти взаємодії природи й суспільства.

Аналіз літератури дозволяє зробити висновок, що, незважаючи на актуальність проблеми, робіт, присвячених використанню земноводних з метою біоіндикації, небагато й практично відсутні роботи, в яких розглядаються питання біоіндикаційного картографування.

ФІЗИКО-ГЕОГРАФІЧНА Й ІСТОРИЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА СТЕПОВОГО ПРИДНІПРОВ’Я

У розділі наводяться дані про фізико-географічні умови степового Придніпров’я: геологічна будова, рельєф, клімат, ґрунти, гідрографічна сітка, характер рослинного й тваринного світу.

РАЙОНИ, МЕТОДОЛОГІЯ Й МЕТОДИКА ДОСЛІДЖЕНЬ

Основні пріоритети вибору територій полягали в тому, що вони повинні представляти як еталонні, так і деструктивні екосистеми й відображати найбільш сильні й характерні для даного регіону типи впливів. Дослідження проводилися в 11 біотопах степового Придніпров’я, які можна розділити на 2 групи: 1) еталонні – біотопи, що не зазнають прямого антропогенного впливу (біотопи, розташовані в Дніпровсько-Орільському природному заповіднику, заплаві р.Оріль, районі Присамар’я); 2) деструктивні – біотопи, що зазнають різних видів антропогенного впливу (біотопи зони надходження стічних вод ПівнГЗКу м.Кривий Ріг, феросплавного заводу м.Нікополь, підприємств марганцеворудної промисловості м.Марганець, шахт Західного Донбасу, підприємств металургійної й хімічної промисловості м.Дніпродзержинська, зони надходження стічних вод Придніпровської ТЕС, зони надходження стічних вод підприємств м.Дніпропетровська й м.Дніпродзержинська – р.Мокра Сура).

В основу методологічного підходу до вивчення зооценозу покладено учення про біогеоценоз В.М.Сукачова (1960).

Облік чисельності амфібій здійснювався шляхом невибіркового вилову тварин у денний, сутінковий і нічний часи доби за стандартними методиками (Гаранін, Панченко 1987). Маршрут обліку й вилову мав довжину від 1 до 5 км уздовж берега водойм при ширині трансекти 2,5 м. Виловлені тварини підлягали загальнобіологічному аналізу. Вивчались такі показники: стать тварин, довжина тіла (з точністю до 1мм), вага тіла (до 0,01 г), вага внутрішніх органів. Вік озер- ної жаби встановлювався за зрізами стегнової кістки, з урахуванням поправок на резорбцію ліній склеювання (Клейненберг, Сміріна, 1969). Визначення мор- фофізіологічних показників тварин проводилося за методикою Шварца, Смир- нова, Добринського (1968). Розраховувалася відносна вага печінки, нирок, легень, серця, гонад. Вміст важких металів в органах і тканинах тварин досліджувався методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії на ААS – 30, Карл Цейс Йена (Німеччина) за стандартними методиками (Хавезов, Цалєв, 1983). Визначався вміст заліза, марганцю, міді, цинку, нікелю, свинцю й кадмію.

Під час статистичного аналізу встановлювались такі показники: об’єм вибірки, середнє арифметичне, похибка середнього арифметичного, середнє квадратичне, похибка середнього квадратичного, коефіцієнт варіації, похибка коефіцієнта варіації. З метою оцінки взаємозв’язку між окремими показниками проводився кореляційний аналіз даних. За вірогідність статистичних гіпотез брався 95%-й рівень надійної ймовірності за t-критерієм Стьюдента (Лакін, 1990). Був складений Банк даних, до якого увійшли: Банк еталонів, Каталог виду індикатора, Банк реальних концентрацій важких металів.

ЕКОЛОГО-БІОЛОГІЧНА РОЛЬ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ЯК СКЛАДОВОЇ ЧАСТИНИ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА

У розділі дається характеристика досліджуваних важких металів: заліза, марганцю, міді, цинку, нікелю, свинцю, кадмію з огляду на їх значення для нормального росту й розвитку тварин.

АКУМУЛЯЦІЯ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ФОНОВИМ ВИДОМ АМФІБІЙ RANA RIDIBUNDA PALL., 1771 В ЕТАЛОННИХ І ДЕСТРУКТИВНИХ МІСЦЕПЕРЕБУВАННЯХ СТЕПОВОГО ПРИДНІПРОВ’Я

Для вивчення особливостей акумуляції важких металів органами і тканинами фонового виду безхвостих амфібій (Rana ridibunda) в еталонних і деструктивних умовах проживання були проаналізовані показники, які характеризують біологічну специфіку виду і його роль у біогеоценозі.

Еталонні місцеперебування.Встановлено вміст досліджуваних важких металів у печінці, нирках, серці, легенях, гонадах, м’язових і кісткових тканинах, шкірі амфібій. З усіх досліджених мікроелементів більш високими концентраційними характеристиками вирізняється група біогенних, особливо залізо. Порівняльний аналіз акумуляції важких металів в органах і тканинах озерної жаби з біотопів “умовно чистих” зон показує в цілому схожі тенденції в рівні їх накопичення в органах і тканинах амфібій, які добре прослідковуються на прикладі біотопів, розміщених у Присамар’ї (рис. 1).

Деструктивні місцеперебування. Аналіз накопичення важких металів у органах і тканинах озерної жаби із деструктивних біотопів свідчить про те, що в розглянутих районах не прослідковується такої чіткої тенденції в рівні акумуляції важких металів, яка спостерігається в “умовно чистих” зонах. Це, мабуть, пов’язано з різним вмістом металів у стічних водах, тривалістю перебування тварин у забрудненому середовищі, а також ступенем адаптації організму. Найбільш високі концентрації практично всіх досліджуваних важких металів установлені в органах і тканинах тварин із біотопів, що знаходяться в зоні надходження стічних вод ПівнГЗКу м.Кривий Ріг (рис. 2). Виняток становить марганець (біотопи, які розміщені в зоні надходження стічних вод марганцеворудної промисловості м.Марганець).

Результати досліджень показали, що морфофізіологічні показники амфібій змінюються залежно від ступеня трансформації біогеоценозів. Накопичуються важкі метали в основному в печінці, нирках й гонадах тварин.

ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЕКОЛОГО-БІОЛОГІЧНИХ І МОРФОФІЗІОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ПОПУЛЯЦІЙ RANA RIDIBUNDA, ЩО ЖИВУТЬ В ЕТАЛОННИХ І ДЕСТРУКТИВНИХ БІОГЕОЦЕНОЗАХ

Вивчення вікової структури популяцій озерної жаби в еталонних біогеоценозах показало, що максимальний вік, якого досягають тварини, – 7 років. Ця вікова група становить близько 3% популяції. Найбільш численні в популяціях цьоголітки й одно. У деструктивних біогеоценозах тварини досягають 6-річного віку. Це свідчить про вкорочення вікового ряду й високу смертність тварин. Виняток є біотопи, розміщені на 100м нижче дамби в районі м.Дніпродзержинська, де на момент досліджень помічена висока чисельність цьоголіток, що вказує на поліпшення умов розмноження тварин у даних біотопах після будівництва дамби й зменшення рівня антропогенного впливу.

Статева структура популяцій амфібій має велике значення як показник стану їх репродуктивних особливостей і ступеня життєстійкості популяції тварин на різних етапах розвитку. Вивчення статевої структури популяцій озерної жаби із різних місць перебування свідчить про те, що в популяціях амфібій переважають самки. В “умовно чистих” біогеоценозах вони становлять до 59% від усієї кількості амфібій, а в деструктивних – до 53%. Збільшення кількості самок в “умовно чистих” біогеоценозах відбувається за рахунок тварин однорічок, а також амфібій чотирьох і п’яти років, у деструктивних – за рахунок тварин старших вікових груп. Виняток становлять біогеоценози Присамар’я й Каховського водосховища, де в популяціях амфібій переважають самці, відповідно 51,7% і 52,7% від усього складу амфібій.

Вивчення розмірно-вагових характеристик указує на те, що тварини в деструктивних біогеоценозах мають більш високі показники розміру й ваги.

Таким чином, незважаючи на всезростаюче антропогенне навантаження, озерна жаба здатна адаптуватися до умов життя в екосистемах, які можуть зазнавати різного ступеня антропогенної трансформації. Цьому сприяє евритопність виду.

Цінність морфофізіологічних показників полягає в тому, що за їх допомогою можна виявити реакцію тварин на зміни умов середовища, які мають як природне, так і антропогенне походження.

Найбільші відмінності у тварин із біотопів “умовно чистих” зон і з забруднених екосистем установлені в показниках відносної ваги печінки й гонад. У біотопах надходження шахтних стічних вод вугледобувної промисловості, зони надходження стічних вод металургійних і хімічних підприємств м.Дніпродзержинська індекс печінки в 1,4 рази вищий, ніж в “умовно чистих” зонах. Відзначається збільшення коефіцієнта варіації відносної ваги печінки в біотопах забруднених екосистем, що пов’язано з різним рівнем впливу антропогенних факторів. Значні відмінності в індексі гонад відзначені в самок. Найбільш високі показники відносної ваги гонад установлені в самок у біотопах зони надходження шахтних стічних вод Західного Донбасу – 35,44 %0 + 2,14 %0, у самців – 9,52 %0 + 0,98 %0 у біотопах зони надходження стічних вод ПівнГЗКу м.Кривий Ріг. У деструктивних біотопах спостерігається підвищення коефіцієнтів варіації відносної ваги гонад. Відмінності в показниках відносної ваги нирок, серця й легенів не такі значні. І для цих органів характерне зниження рівня мінливості відносної ваги в забруднених біотопах, що, очевидно, повинно свідчити про виживання в цих біотопах тварин з певними морфофізіологічними показниками.

Простежена вікова мінливість відносної ваги органів озерної жаби із біотопів “умовно чистих” зон і біотопів, що підлягають різним видам господарської діяльності.

Встановлено, що морфофізіологічні показники амфібій змінюються залежно від ступеня трансформації біотопів і можуть відігравати індикаторну роль у системі біомоніторингу.

ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ВМІСТУ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ В ОРГАНАХ І ТКАНИНАХ ПОПУЛЯЦІЙ RANA RIDIBUNDA, ЯКІ ЖИВУТЬ В ЕТАЛОННИХ І ДЕСТРУКТИВНИХ БІОГЕОЦЕНОЗАХ

Порівняльний аналіз вмісту заліза в органах і тканинах озерної жаби із біотопів “умовно чистих” зон показує в цілому схожі тенденції в рівні його накопичення в органах і тканинах амфібій. Найбільш інформативним органом, з огляду накопичення заліза, є печінка, що, очевидно, пов’язано з кровотворною функцією цього органа. Інші органи за ступенем зниження в них кількості заліза можна розташувати в такому порядку: нирки, гонади, легені, шкіра, серце, кісткова тканина, м’язова тканина.

У біотопах забруднених територій не прослідковується такої чіткої тенденції в рівні накопичення заліза в органах і тканинах озерної жаби.

В більшості точок відбору найбільше марганцю міститься в нирках. Порівняння рівня вмісту марганцю в органах і тканинах озерної жаби із біотопів “умовно чистих” зон і зон надходження промислових стічних вод показало, що його кількість збільшена у тварин із забруднених місць проживання в усіх органах і тканинах, крім шкіри й кісткової тканини, в 1,2 – 9,5 разів. У деструктивних біогеоценозах у кістковій тканині й шкірі кількість марганцю знижена в 1,4 – 1,5 разів порівняно з еталонними біогеоценозами, що може призвести до порушення процесу осифікації, репродуктивних функцій.

Найбільш інформативною при дослідженні вмісту міді в органах і тканинах амфібій є печінка, яка виконує кровотворну функцію. Інші органи за зниженням вмісту міді розташовуються в такому порядку: нирки, серце, легені, гонади, кісткова тканина, шкіра, м’язова тканина. Порівняння динаміки вмісту міді в органах і тканинах озерної жаби із біотопів “умовно чистих” зон і зон промислового забруднення показало, що рівень міді в останніх збільшений у 1,2 – 5 разів у всіх органах і тканинах, крім м’язової тканини й шкіри. У цих органах відзначено зниження кількості міді в 1,3 рази. Зниження кількості міді в нирках тварин при одночасному її збільшенні в печінці у 2 рази повинно, очевидно, свідчити про відсутність механізму її виведення із організму через нирки й одночасно може дозволити використовувати печінку як індикатор накопичення цього елемента.

Концентрація цинку значно варіює в органах і тканинах озерної жаби. Максимальний вміст цинку відзначено в гонадах тварин (зона надходження стічних вод ПівнГЗКу м.Кривий Ріг – 3 173,84 мг/кг сухої маси). Найменший його вміст установлено в м’язовій тканині амфібій (заплава р.Оріль – 14,71 мг/кг сухої маси). У досліджуваних біогеоценозах за рівнем зниження накопичення даного елемента органи й тканини амфібій можна розташувати так: нирки, гонади, легені, шкіра, печінка, кісткова тканина, серце, м’язова тканина.

Найбільш інформативним органом, з огляду накопичення нікелю, є нирки. За ступенем зниження вмісту даного елемента органи і тканини можна розташувати в такому порядку: нирки, печінка, гонади, легені, серце, кісткова тканина, шкіра, м’язова тканина. Його максимальні концентрації відзначені в нирках тварин із біотопів зони надходження стічних вод ПівнГЗКу м.Кривий Ріг – 6 341,75 мг/кг сухої маси.

Найбільше накопичення свинцю спостерігається в нирках тварин, що, очевидно, пов’язано зі шляхами виведення його з організму тварин. Максимальні показники вмісту свинцю встановлені в нирках амфібій з біотопів зони надходження стічних вод підприємств залізодобувної промисловості – 446,18 мг/кг сухої маси. Усі органи й тканини амфібій за ступенем зниження в них вмісту свинцю можна розташувати в такому порядку: нирки, серце, легені, гонади, печінка, шкіра, кісткова тканина, м’язова тканина.

Вміст кадмію варіює в органах і тканинах залежно від місця відбору. Найбільш інтенсивно цей елемент акумулюється в гонадах у амфібій із зони надходження стічних вод ПівнГЗКу м.Кривий Ріг – 290,92 мг/кг сухої маси. Загалом, за зниженням інтенсивності накопичення кадмію органи й тканини озерної жаби слід розташовувати таким чином: гонади, нирки, серце, легені, печінка, м’язова тканина, кісткова тканина, шкіра.

Таким чином, накопичуються важкі метали в основному в печінці, нирках і гонадах. Значним вмістом усіх досліджуваних елементів характеризуються серце й легені тварин, які за рівнем концентрації більшості елементів займають друге-третє місце серед досліджуваних органів і тканин. Це може свідчити про значне атмосферне забруднення біотопів, що вивчаються. Високі концентрації досліджуваних важких металів спостерігаються в шкірі тварин.

Коефіцієнти біологічного накопичення (Кн) важких металів в амфібій з біотопів “умовно чистих” зон характеризуються високими значеннями. Зокрема, для біотопів Дніпровсько–Орільського природного заповідника Кн свинцю в нирках складає 21 503, міді в нирках – 7 260, заліза в печінці – 18 002, міді в печінці – 6 764. Найнижчі значення коефіцієнтів біологічного накопичення відзначаються в зоні надходження стічних вод хімічних і металургійних підприємств м.Дніпродзержинська: Кн свинцю в нирках складає 316, міді в нирках – 145, заліза в печінці – 48, міді в печінці – 278.

Порівняльний аналіз коефіцієнтів біологічного накопичення важких металів в органах і тканинах озерної жаби показав їх значну мінливість, що пов’язано з функціями органів і тканин в організмі тварин.

Встановлена можливість використання досліджуваного виду безхвостих амфібій як тест-організмів для біотестування навколишнього середовища на вміст важких металів.

ДІАГНОСТИЧНА РОЛЬ ЗЕМНОВОДНИХ (RANA RIDIBUNDA) В УМОВАХ СТЕПОВОГО ПРИДНІПРОВ’Я

Високі показники коефіцієнтів біологічного накопичення металів, а також наявність кореляції між вмістом металів у тканинах і органах озерної жаби і їх концентрацією у воді вказують на можливість використання певних органів і тканин тварин, з урахуванням притаманних їм функцій, у ролі біоіндикаторів ступеня забруднення важкими металами як зооценозу, так і середовища проживання. Отримані дані свідчать про те, що як індикаторний орган слід використовувати печінку амфібій. Складені рівняння регресії дозволяють визначати вміст важких металів у печінці за їх концентрацією у водному середовищі.

Актуальним є вивчення зв’язку між морфофізіологічними показниками амфібій і накопиченням важких металів у їх органах. Уявлення про характер такого зв’язку дають коефіцієнти кореляції між відносною вагою органів озерної жаби і вмістом важких металів у них, розраховані як для “умовно чистих” зон, так і для зон, що зазнають антропогенного впливу. Результати досліджень указують на перерозподіл металів в органах амфібій із біотопів, що зазнають промислового забруднення, порівняно з “умовно чистими” зонами. У ході роботи визначені відмінності в характері зв’язку між відносною вагою органів і вмістом у них металів, які визначаються функціями досліджуваного органа й місцеперебуванням тварин. Результати досліджень свідчать про те, що існує тісний зв’язок між відносною вагою печінки й вмістом у ній важких металів. Це дозволяє використовувати печінку як індикаторний орган для визначення вмісту важких металів. В еталонних біогеоценозах виняток становлять свинець і кадмій. Для практичного застосування цього висновку складені рівняння регресії, за допомогою яких можна визначати вміст заліза, марганцю, міді, цинку, нікелю в печінці за її відносною вагою.

Отримані дані свідчать, що в еталонних біогеоценозах існує зв’язок між відносною вагою легенів і вмістом у них свинцю й кадмію. Тому легені запропоновані як індикаторний орган для визначення вмісту даних металів. Складені рівняння регресії, які дозволяють визначити вміст свинцю й кадмію в легенях за їх відносною вагою.

Фактичний матеріал, зібраний у процесі досліджень, став основою для укладання біоіндикаційних карт, які призначені для оперативної роботи в системі моніторингу забруднення навколишнього середовища і також можуть бути використані для визначення інтенсивності антропогенного впливу на природні комплекси; під час розробки карт гранично допустимого навантаження, використання біоресурсів і карт екологічної ефективності залучення територіальних комплексів у господарський обіг; під час картографування обліку антропогенного впливу на природні комплекси; у роботі різних природоохоронних організацій.

Серія карт під загальною назвою “Вміст важких металів в органах і тканинах фонового виду безхвостих амфібій (Rana ridibunda)” виконана в масштабі 1:1 500 000. Карти цієї серії відображають відмінності у вмісті важких металів в органах і тканинах озерної жаби із різних біотопів Дніпропетровської області. Кількість карт відповідає кількості досліджуваних мікроелементів. Вміст металів за ключовими ділянками наводиться в таких органах і тканинах тварин: нирки, печінка, серце, легені, гонади, кісткова тканина, м’язова тканина, шкіра. Найоптимальніший спосіб зображення – локалізовані гістограми. Для кожної карти побудована п’ятиступінчата шкала, розроблена з урахуванням величин накопичення амфібіями в органах і тканинах важких металів. Висота стовпчика відповідає вмісту металу. Кожному органу й кожній тканині відповідає стовпчик. Графічний засіб зображення органів і тканин амфібій – штриховка.

Карта “Накопичення важких металів в органах і тканинах фонового виду безхвостих амфібій (Rana ridibunda)” відображає територіальні відмінності в накопиченні важких металів в органах і тканинах озерної жаби із різних біотопів Дніпропетровської області. Найоптимальніший спосіб зображення цього явища – спосіб локалізованих матричних діаграм. Які дозволяють одночасно відображати значення коефіцієнтів біологічного накопичення металів, що вивчаються, у всіх органах і тканинах озерної жаби. Кожна комірка матричної діаграми відповідає коефіцієнту накопичення певного металу в певних органах і тканинах. Для карти була розроблена чотириступінчата шкала, яка враховує величини коефіцієнтів біологічного накопичення важких металів в органах і тканинах амфібій.

Карта “Забруднення біотопів Дніпропетровської області важкими металами” виконана в масштабі 1:1 500 000 (рис. 3). Вона показує територіальні відмінності в забрудненні біотопів Дніпропетровської області важкими металами. Для наочності зображення було розраховано умовно нормальний вміст мікроелементів, що вивчаються, в органах і тканинах озерної жаби, який являє собою середній арифметичний вміст важких металів в організмі амфібій із “умовно чистих” зон (біотопи Дніпровсько – Орільського природного заповідника, заплави р.Оріль, Присамар’я). Найоптимальніший спосіб зображення цього явища – спосіб локалізованих матричних діаграм. Кожна комірка матричної діаграми відповідає перевищенню вмісту конкретного металу в певних органах і тканинах амфібій щодо умовно нормального вмісту. Для карти була розроблена чотириступінчата шкала, яка враховує величини перевищення вмісту важких металів в органах і тканинах амфібій.

Аналіз показує, що ступінь забруднення біотопів важкими металами істотно відрізняється на території Дніпропетровської області. Виділено 4 групи біотопів за рівнем забруднення важкими металами (таблиця).

Класифікація досліджуваних біотопів за ступенем забруднення важкими металами

Ступінь забруднення біотопів | Вміст металів | Території

умовно чисті | не відзначається переви-щення умовно нормаль-ного вмісту важких ме-талів | Біотопи, розташовані в Дніпровсько-Орільському природному заповіднику, у заплаві р. Оріль, у рай-оні Присамар’я

слабозабруднені | відзначається переви-щення умовно нормаль-ного вмісту важких ме-талів більш, ніж у 2 рази в окремих випадках пере-вищення у 10 разів | біотопи розташовані у за-плаві р. Мокра Сура, на 100 м нижче дамби в районі м.Дніпродзержинська

забруднені | трапляння випадків пере-вищення умовно нор-мального вмісту важких металів у 10 разів частіше на 50% і більше | біотопи в зонах надход-ження стічних вод: фе-росплавного заводу м.Нікополь, підприємств марганцеворудної проми-словості м. Марганець, Придніпровської ТЕС

сильнозабруднені | відзначається переви-щення умовно нормаль-ного вмісту важких ме-талів у 10 разів, в окре-мих випадках у 50 і більше разів | біотопи в зонах надход-ження стічних вод Півн ГЗКу м. Кривий Ріг, мета-лургійних і хімічних підприємств м. Дніпродзержинська, шахт Західного Донбасу

Отримані внаслідок роботи карти дозволили наочно оцінити ступінь забруднення біотопів Дніпропетровської області важкими металами і виділити групи біотопів за рівнем забруднення; встановити відмінності в накопиченні важких металів у біотопах, які зазнають впливу різних видів антропогенної діяльності; виявити органи і тканини озерної жаби, найбільш придатні для цілей біоіндикації.

ОБГОВОРЕННЯ ОТРИМАНИХ РЕЗУЛЬТАТІВ

Rana ridibunda як структурна частина біогеоценозу є надійним біоіндикаційним тестом для моніторингових робіт, що проводяться в регіонах з критичною екологічною ситуацією, яким є Дніпропетровська область. Розробка методу тестування ступеня забруднення середовища за допомогою “живих індикаторів” є найбільш надійним, точним і перспективним науковим напрямком. Живий об’єкт є найбільш інформативним показником сучасного стану навколишнього середовища й дає можливість прогнозувати подальший розвиток конкретного біогеоценозу і його населення.

ВИСНОВКИ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

Особистий внесок – розрахунок потенціалу самоочищення річок (50 %).

6.

Особистий внесок – розроблення методу біоіндикаційного картографування та побудова зооіндикаційних карт (50 %).

7.

8.

Особистий внесок – розроблення методу біоіндикаційного картографування та побудова зооіндикаційних карт (30 %).

9.

10.

Особистий внесок – дані про накопичення важких металів в організмі земноводних (30 %).

11.

12.

Особистий внесок