31. Экотоксикологические показатели меры токсической нагрузки

Содержание токсических веществ в компонентах биоты - это важный экотоксикологический показатель меры токсической нагрузки.

Исследования показывают, что повышенное содержание токсических веществ во внешней среде, прежде всего в почвах, неизменно ведет к повышенным концентрациям этих веществ в растительных и животных организмах. На эти процессы влияет множество факторов, условно разделенных на две группы:

1) пространственная мозаичность и различие уровней загрязненности территории, определяемые спецификой техногенного воздействия, локальными почвенно-климатическими и физико-химическими условиями среды;

2) особенности экологии растительных и животных сообществ, включающие видовую и сезонную специфику пищевых рационов, разнокачественность среды обитания, миграционные потоки.

Рассмотрим некоторые из этих факторов.

32. Факторы, определяющие накопление токсических веществ в компонентах биоты

Влияние абиотических факторов. Рассмотрим влияние кислотности среды на накопление некоторых токсических веществ в биоте. Один из основных загрязнителей атмосферного воздействия – сернистый газ, в результате окисления которого наблюдается снижение pH дождевой воды («кислотные дожди»). Дренирование такой дождевой воды через почвенные горизонты приводит к снижению pH в почвенных водах и водоемах. Таким образом, конечное звено трансформации выбросов сернистого газа – водные экосистемы, в которых аккумулируются загрязнения со значительной территории и уже в силу этого в наибольшей степени проявляются токсические последствия. В результате подкисления воды в реках и водоемах наблюдаются эффекты, связанные не только с прямым токсическим действием на гидробионты низких pH, но и с опосредованным влиянием других факторов.

Таким образом, в реальных природных экосистемах любые загрязняющие вещества являются источниками возникновения сложной смеси компонентов, биологическое накопление которых биотой и токсичность не всегда можно предвидеть.

Роль пищевых рационов. Возможны два пути поступления токсических веществ к живым объектам наземных биоценозов.

1) это прямое поступление токсикантов аэральным путем через устьица растений, легкие или органы, их заменяющие, у животных.

2) связан с предварительным накоплением токсикантов в почве (для растений), растительности (для животных-фитофагов), животных (для плотоядных). Можно сказать, что прямой путь поступления значительно уступает пищевому поступлению токсических соединений от почвы к растениям и далее по пищевым цепям. Все это определяет особую роль состава пищевых рационов в накоплении токсикантов.

Использование содержимого желудочно-кишечного тракта для оценки уровня токсической нагрузки оправдано еще и потому, что среда обитания характеризуется, как правило, мозаичностью загрязнения.

Роль пространственной и эколого-функциональной гетерогенности природных систем. Важнейший момент, определяющий уровни накопления токсических элементов компонентами биоты, – пространственная неоднородность территории. В реальных условиях эколого-климатические факторы проявляют свою прерывистость во многих пространственно-временных масштабах и формируют некоторую экологическую мозаику среды обитания природных популяций. Кроме того, на эту естественную мозаичность накладывается неоднородность полей загрязнения, вызванная неравномерностью воздушных потоков, особенностями рельефа местности и другими географическими параметрами территории. Таким образом, различия в содержании токсических веществ в биологических объектах, а значит, и те потоки загрязнителей, которые включаются в общий круговорот вещества в биоценозах через отдельные пространственные группировки организмов, являются отражением сочетанного влияния природных и техногенных факторов.

Кроме того, в проблеме токсической деградации территории принципиальной является возможность пространственного перемещения биологических объектов. Имеется в виду возможность поддержания «пораженных» популяций и биогеоценозов за счет постоянного их пополнения растениями и животными с более чистых или полностью не загрязненных участков.

Статистическое распределение концентраций токсикантов в популяционной выборке. Уровни токсических элементов, накапливаемых компонентами биоты, не только зависят от уровня техногенных выбросов, но и в значительной мере контролируются рядом факторов внешней среды, а также важнейшими внутрипопуляционными процессами.

Распределение уровней токсикантов среди организмов в выборке может быть математически описано одним из законов статистического распределения. Анализ содержания токсических веществ в тканях или цельных организмах, составляющих, казалось бы, однородную выборку из популяции, показал, что статистическое распределение таких концентраций несимметрично (не может быть описано законом нормального распределения). Наиболее адекватно такой спектр концентраций аппроксимируется лог-нормальным законом, при котором доля особей с высоким содержанием токсикантов превышает долю с низким.

Исследования американских ученых, показавших, что в отличие от токсических загрязнителей распределение физиологически необходимых микроэлементов (медь, цинк и др.) более близко к нормальному (симметричному), а не логнормальному.

В экологической токсикологии отмеченный факт асимметрии распределения концентраций загрязнителей в объектах биоты имеет особое значение. Так, в силу несимметричности распределения концентраций в популяции даже незначительные изменения средних содержаний приводят к существенному увеличению встречаемости особей с содержанием токсикантов, превышающем критическое.