Изучение экологической обстановки с помощью пчел

Изучение воздействия тяжелых металлов на окружающую среду и биологические объекты требует проведения детальных исследований. Инвентаризация тяжелых металлов и концентрация их содержания в природных объектах - одна из важнейших экологических проблем, которую непросто решить даже точными методами. Большая часть загрязняющих веществ осаждается на расстоянии 10...50 км от источника загрязнения в соответствии с розой ветрбв, часть поступает в верхние слои атмосферы и может переноситься на многие сотни и даже тысячи километров (Бериня, 1990). Решение данной проблемы усложняется из-за разнообразия климатических и почвено- геохимических условий отдельных территорий, а также уровня развития промышленности исследуемой территории.

Перспективными для контроля степени загрязнения экосистем токсикантами: тяжелыми металлами, радионуклидами, отходами нефтяной и газовой промышленности, пестицидами, гербицидами и другими загрязнителями могут стать биологические методы. Однако в настоящее время нет отечественной системы унифицированных объектов и показателей биомониторинга. Многие ученые считают, что такими объектами могли бы стать представители группы пчелиных насекомых как одни из самых уязвимых и чувствительных к загрязнению окружающей среды наземных животных. По изменению плотности населения пчелиных, их биоразнообразия, наличия загрязнителей в продуктах пчеловодства и теле пчелы можно характеризовать экологическую обстановку (апимониторинг).

Жизнь пчелиной семьи тесно связана с внешней средой. Так, годовой принос пыльцы в улей составляет 25-30 кг, нектара - до 200 кг, воды - около 50 кг, воздуха - 4 тыс. м3 (Макаров, 1995). В процессе сбора нектара и пыльцы пчелы вступают в контакт с огромным числом энтомофильных растений. Каждая семья обслуживает около 3-5 тыс. га площади ежедневно. Уникальная структура биологического объекта - пчелы медоносной, ее связь с окружающей средой, физиологические особенности позволяют определять не только сиюминутные воздействия загрязняющих веществ, но и проследить процесс во времени, проанализировать реакцию на воздействие загрязнителей и их связь с загрязнением почв, растений, воды, воздуха. Контролы за окружающей средой в одной и той же местности на протяжении ряда лет позволит проследить динамические изменения содержания техногенных загрязнителей в биоценозах и отдельных биологических объектах.

Пчел и их продукты можно использовать для составления карт экологически чистых и загрязненных территорий ; для идентификации среды загрязнения;.для мониторинга распределения газообразных химических веществ, а также соединений мышьяка, меди, свинца, ртути и других токсикантов.

В настоящее время во многих зарубежных странах и некоторых регионах России для контроля загрязнения окружающей среды различными химикатами (фтором, мышьяком, серой, тяжелыми металлами, пестицидами, радионуклидами) используются медоносные пчелы (Гасанов, Кадыев, 1997). Была дана экологическая характеристика с помощью апимониторинга отдельных территорий и в Смоленской, Пермской областях и Удмуртии.

Большое количество информации о техногенном загрязнении могут предоставить продукты пчеловодства (мед, пчелиная обножка, прополис), которые являются усредненными пробами, характеризующими уровень загрязнения местности в радиусе 3-4 км. С помощью апимониторинга возможно проследить миграцию элементов (техногенных загрязнителей, в том числе радионуклидов) в экосистемах (почва, вода, воздух-растения нектар, пыльца-пчела - личинка пчелы-продукты пчел). Медоносные пчелы являются удобными биологическими объектами в том плане, что с ними возможны четкие и фиксированные эксперименты, не наносящие ущерба популяции.

В Пермском педагогическом университете Петуховым А.В, Суверевой В.К., Шамсудиновой Н. первые работы по изучению нитратов в меде были проведены в 1994 г. совместно зоологии и химии. Определение тяжелых металлов в медах Пермской области проводилось с 1995 г. с фотоколориметрическим методом, а с 1997 г. такие исследования проводятся совместно с НИИ детской экопаталогии атомно-абсорбционным методом. В 1999 г. обследовалась территория Юсьвинского района Пермской области. Район исследования находится в северотаежной природной зоне Коми-Пермяцкого национального округа, расположенного на северо-западе Пермской области. Большая часть территории располагается вдоль Камского водохранилища. Это слабый сельскохозяйственный район, но с развитой лесной промышленностью. Так как здесь нет крупных промышленных предприятий, он мог бы считаться экологически чистым районом. Большую часть территории района занимают леса - 60-70%. По географическому расположению район находится в 60-140 км от крупного промышленного центра г. Березники и в 140-200 км от г. Перми. Среднегодовая температура воздуха +0,5°С, преобладающими в весенне-летний период являются северо-западные ветры, т.е. со стороны г. Березники.

Впервые на территории Пермской области было проведено изучение загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами методом атомно-абсорбционной спектрофотографии на основе апимониторинга. В Юсьвинском районе были заложены 6 пробных площадок с расположенными на них пасеками. Четыре из них размещались в населенных пунктах, две находились в 2-3-километровой зоне от поселений человека. На отведенных площадках в августе 1999 г. брались пробы почвы, растений, пчел, меда, перги, прополиса. Точки отбора проб располагались на расстоянии не ближе 300 м от дорог. Проба почвы представляла собой один смешанный образец из трех индивидуальных точек, расположенных друг от др}та на расстоянии 500-1000 м. Проба продуктов пчеловодства с каждой учетной площадки забиралась от трех пчелиных семей (по 100 г меда, 20-30 г перги и 5 г прополиса). Анализу подвергался один смешанный образец. В качестве пробы растений выбиралась прежде всего вегетативная часть медоносов с трех точек площадки, расположенных на расстоянии 500-1000 м друг от друга, а затем подсушивалась при температуре до 40°. Пробы меда, пчел, почвы помещали в поли- стирольные емкости до 400 см3, растения - в полиэтиленовые кульки 3000 см³. В двух параллельных сериях исследований пробы меда, пчел, почвы, растений, перги и прополиса сжигали способом мокрого озоления в автоклаве в азотной кислоте. Затем методом атомно-абсорбционной спектрометрии определяли следующие элементы: магний, никель, свинец, марганец, хром.

Результаты исследования с помощью продуктов

Первые исследования показали, что с помощью продуктов пчеловодства можно получать объективную характеристику состояния окружающей среды. Полученные результаты распределения тяжелых металлов на территории Юсьвинского района за 1999 г. отражены в табл. 1-5. В табл. 1 показана картина распределения магния на 6 площадках Юсьвинского района. Наибольшее содержание магния в почве обнаружено на учетной площадке с. Юсьва, а наименьшее - п. Пожва. Содержание этого элемента в растениях исследуемых площадок достаточно высоко, но значительно ниже, чем в почве. Лишь незначительная часть этого металла переходит в мед. Таким образом, прослеживается миграция магния по цепочке почва => растение => перга => пчела -=> мед с уменьшением его содержания в 100-400 раз.

Таблица 1. Распределение содержания магнии в цепи почва => мед на пробных площадках Юсьвинского района, мкг/г

В табл. 2 отражено содержания никеля на изучаемых площадках и его миграция по цепочке почва => растение => перга => пчела => мед. Из таблицы видно, что так же, как и в первом случае, наблюдается снижение содержания металла в продуктах медоносной пчелы, но в меньших значениях. Следует отметить, что в перге содержание никеля больше, чем в теле пчелы.

Таблица 2. Распределение содержания никеля в цепи почва => мед на пробных площадках Юсьвинского района, мкг/г

Свинец на учетных площадках в однотипных пробах изменяется в незначительных пределах. Миграция свинца по цепочке снижается в 10-80 раз.

Таблица. 3. Распределение содержания свинца в цепи почва => мед на пробных площадках Юсьвинского района, мкг/г

Содержание марганца на учетных площадках исследуемого района Значительно превышает фоновое содержание. Вероятно, его превышение связано с выбросами веществ, в состав которых входит марганец. Предприятиями г. Березники сокращение содержания марганца по цепи в большинстве своем происходит пропорционально . Повышенное содержание марганца на учетных площадках в почве вызвало резкое увеличение его в растениях, перге, что повлекло за собой увеличение и в теле пчелы, и в меде.

Таблица 4. Распределение содержания марганца в цепи почва => мед на пробных площадках Юсьвинского района, мкг/г

Хром - единственный из исследуемых тяжелых металлов, который не имеет существенных различий по содержанию его в растениях, перге, теле пчелы и меде: от 2,8 до 0,47 мкг/г.

Таблица 5. Распределение содержания хрома в цепи почва => мед на пробных площадках Юсьвинского района, мкг/г

Полученные результаты позволили определить уровень содержания изучаемых тяжелых металлов в почвах, растениях, пчелах и продуктах пчеловодства. Как показали исследования, степень накопления тяжелых металлов в компонентах изучаемой цепи неодинакова. Самое высокое содержание в почве, растениях, перге, теле пчелы; меде - магния, а менее всего - хрома и свинца. К основным источникам загрязнения исследуемой территории за учетный период можно отнести марганец, содержание которого превышает нормы ПДК. Содержание тяжелых металлов в биологических пробах цепи растение-пчела-перга-мед в большинстве своем снижается в сотни раз. Мед в процессе переработки нектара очищается пчелами в большей степени, чем перга, и не может служить четким индикатором среды.

В целом территория исследуемого района не загрязнена тяжелыми металлами, исключая марганец на учетных площадках, близко расположенных к г. Березники, где зафиксированы выбросы данного элемента в 1999 г.