Отчет о научно-исследовательской и научно-организационной деятельности за 2000 год
| Вид материала | Отчет |
- Отчет о научно-исследовательской и научно-организационной деятельности за 2002 год, 1880.64kb.
- Отчёт о научно-исследовательской работе за 2011 год, 1208.93kb.
- Отчёт о научно-исследовательской работе за 2009 год, 851.3kb.
- Отчёт онаучно-исследовательской работе гу нии но ур за 2010 год, 997.69kb.
- Отчет о научно-исследовательской деятельности в 2010 году, 373.56kb.
- Отчет о научно-исследовательской работе, 2473.27kb.
- Рекомендация по составлению справки о научно-организационной деятельности для вступления, 10.52kb.
- Проект решение Ученого совета свгу от 30 января 2012, 74.59kb.
- Качество научно-исследовательской и научно-методической деятельности академии, 620.08kb.
- Краткий отчет о научно-практической деятельности фгуп «российский научно-исследовательский, 70.58kb.
Научные руководители и отв. исполнители - д.б.н. Н.В. Лукина и д.б.н. В.В. Никонов.
Сроки выполнения работы: 2000-2004 гг.
(Финансовая поддержка - гранты РФФИ № 00-04-49174; 00-04-63049, 00-04-49073; грант № С0076 ФЦП «Интеграция»).
Раздел 1. Пространственная и временная изменчивость функционирования северо-таежных лесов. (Ответственные исполнители - д.б.н. Н.В. Лукина и д.б.н. В.В Никонов).
Развиваются представления о пространственной и временной изменчивости кислотности и состава атмосферных выпадений в бореальной зоне на примере хвойных лесов индустриально-развитого региона - Кольского полуострова. Показано, что участие атмосферной составляющей в функционировании этих лесов определяется кислотностью и составом выпадений, а также степенью их преобразования биоценозом. Прежде всего, это касается кислотности выпадений бесснежного периода. Наиболее глубокие преобразования происходят в вегетационный период: в межкроновых пространствах состав и кислотность выпадений определяют атмосферные осадки, в подкроновых пространствах они приобретают выраженный биогенный (аутогенный) характер. Низкие значения pH свидетельствуют о высокой толерантности таких чувствительных растительных организмов как лишайники и зеленые мхи, произрастающих под кронами хвойных деревьев, к высокой кислотности окружающей среды. Ель более глубоко трансформирует атмосферные выпадения, нежели сосна. В условиях воздушного промышленного загрязнения атмо-биогенный характер выпадений дополняется техногенной составляющей, резко увеличиваются кислотность, концентрации поллютантов и других элементов. Повышенные концентрации основных катионов обусловлены их выщелачиванием из кроны кислыми осадками. Обращается внимание на необходимость пересмотра традиционных представлений об атмосферной нагрузке на бореальные леса с учетом их пространственной структуры.
Оценена обеспеченность элементами питания ели сибирской в северной тайге в природных условиях и при аэротехногенном загрязнении выбросами крупнейших в Северной Европе комбинатов медно-никелевого производства. Показано, что обеспеченность ели сибирской для фосфора и магния можно оценить как достаточную, для кальция, калия, марганца и цинка - как оптимальную, для азота - как недостаточную. В условиях воздушного промышленного загрязнения выбросами крупнейших в Северной Европе комбинатов медно-никелевого производства хвоя ели обогащается не только поллютантами - серой, никелем, медью, железом, но и подвижными элементами питания - азотом, фосфором и калием. Концентрации кальция, магния и, марганца и цинка снижаются, иногда до уровня дефицита.
В многолетнем тренде (1980-1999 гг.) выявлены особенности плодоношения брусники в 6 типах хвойных (сосновых и еловых лесов) и кустарничково-лишайниковой горной тундре центральной части Кольского полуострова. Установлено, что бруснике присуща высокая вариабельность плодоношения (за период 1963 - 1999 гг. в среднем от 0,5 до 59 кг/га), определяемая климатическими условиями типом растительного сообщества и биологией развития. Выявлены достоверные различия в плодоношении брусники в различных типах сосновых лесов. Условия сосняка брусничного (Pinetum vacciniosum) являются наиболее оптимальными для плодоношения брусники. Здесь максимальные урожаи ягод могут превышать 500 кг/га. Сосновые и еловые старовозрастные леса центральной части Кольского полуострова сходных типов сопоставимы по урожайности брусники.
Установлены тесные зависимости урожайности брусники от показателей среднемесячных температур за зимний период, вегетационный период, июнь и август месяцы, а также от суммы осадков за вегетационный период. На температуру воздуха в июне (в период цветения) брусника реагирует не в ту же осень, а только в следующем году: если температура в июне ниже нормы в предшествующем году, то урожайность выше в последующем. Высокая урожайность брусники выявляется на 2-ой год после года с дождливым августом (осадков выше нормы).
В сосновых типах леса положительно влияют на массу одной ягоды температура июня (сосняк брусничный, сосняк зеленомошно-кустарничковый) и температура за вегетационный период (сосняк брусничный, сосняк ними ранними заморозками). На урожайность, массу одной ягоды и количество ягод в условиях ельника чернично-вороничного может оказывать влияние температура воздуха за зимний период. В условиях кустарничково-лишайниковой горной тундры плодоношение определяют количество осадков за вегетационный период и за год.
Урожайность брусники зависит от возрастной структуры. Урожайные годы, как правило, повторяются через 2-3 года.
Раздел 2. Микоризообразование в северо-таежных лесах. (Ответственный исполнитель - к.с.-х.н. Л.Г. Исаева).
По данному разделу темы представлен литературный обзор и проведен полевой этап исследований.
В лесных сообществах микобиота представлена самыми разнообразными группами грибов, выполняющих различные функции. Поэтому изучение строения микобиоты и определение места, которое грибы занимают в системе биогеоценоза, правильнее осуществлять именно в девственных, ненарушенных сообществах. Вместе с тем полное и разностороннее представление о функциях грибов и их влиянии на формирование древостоев можно получить, рассматривая наравне с микоценозами девственных лесов структуры грибных сообществ в лесах, обладающих различной устойчивостью и не обладающих ею, в которых функции грибов как компонентов растительных сообществ изменены (Стороженко и др., 1992). Согласно имеющимся данным (Шубин, Крутов 1979), основными микоризообразователями древесных пород таежной зоны Европейского Севера являются представители родов Amanita, Cortinarius, Lactarius, Leccinum, Russula, Suillus и Tricholoma. Наиболее многочисленны представители рода Cortinarius, но их связи с древесными породами еще слабо изучены.
Рост и развитие хвойных пород Мурманской области в северной части их ареала происходит в экстремальных почвенно-климатических условиях: при недостатке тепла, продолжительном зимнем периоде, возможных на протяжении всего вегетационного периода заморозках, низком плодородии и высокой кислотности почв и т.д. Это, в свою очередь, предопределяет видовой состав, развитие и распространение находящихся в консортивных отношениях с ними макромицетов, характер этих отношений. Функционирование леса как сложной экосистемы определяется взаимодействием составляющих эту систему различных групп организмов. Изучение закономерностей их взаимоотношений позволяет определить экологическое значение каждой из них. Потеря лесными сообществами взаимообусловленных, контролирующих межценотических и внутриценотических функций приводит к нарушению баланса организмов различных трофических уровней.
Важная роль мутуалистических взаимоотношений, к которым относится микориза, в функционировании лесных экосистем заключается в регулировании биогеохимического круговорота и потоков энергии. Благодаря микоризе ускоряются круговороты минеральных веществ и продукция пищи.
В типичных лесных условиях подавляющее большинство древесных растений получает воду и питательные вещества из почвы при посредстве микоризообразующего гриба. Важно подчеркнуть, что различные древесные породы в результате многовековой эволюции в настоящее время обнаруживают различную приспособленность к микотрофному типу питания.
Целью исследований является изучение особенностей микоризообразования и роль микоризы в биогеохимическом круговороте в лесах северо-таежной зоны в природных условиях и в условиях аэротехногенного загрязнения кислотообразующими веществами и тяжелыми металлами.
Для достижения данной цели было проведено рекогносцировочное обследование старовозрастных лесов Лапландского заповедника. Выбраны объекты исследований: сосняк кустарничково-зеленомошный, сосняк лишайниковый, сосняк чернично-зеленомошный; ельник чернично-зеленомошный, ельник кустарничково-лишайниковый, ельник травяный. В сосняке кустарничково-зеленомошном. и сосняке лишайниковом были заложены пробные площади для отбора проб и изучения основных видов грибов микоризообразователей, приуроченность их к древесной породе и особенности их размещения в различных типах леса (поиск активных видов микоризных грибов). В дальнейшем, чтобы выявить взаимосвязи между параметрами питательного режима растений (накопление элементов питания в ассимилирующих органах и корнях) и характеристиками микориз, в лабораторных условиях будет проведен разбор пробных образцов для определения обилия микориз; определения химического состава микоризы или мелких корневых окончаний с наличием микоризы, почвы содержащей корешки с микоризой.
Раздел 3. Биоразнообразие и разнообразие местообитаний на Кольском полуострове.
(Ответственные исполнители - д.б.н. Н.В. Лукина и д.б.н. В.В Никонов).
В настоящее время при большом интересе к проблеме биоразнообразия общее представление о взаимосвязях между биоразнообразием и разнообразием местообитаний не сформулировано. Более того, при оценке уровней, элементов и критериев биоразнообразия старовозрастных лесов бореальной зоны, а также при разработке подходов к сохранению редких и исчезающих компонентов биоразнообразия, разнообразие местообитаний не учитывается. Между тем общепризнанно, что местообитание сообществ - это многомерное пространство, векторами которого являются экологические факторы, определяющие уровень биоразнообразия. Биоразнообразие обусловлено различными природными факторами: геологическим строением, рельефом, климатом, почвами, историей развития территории и др. Цель данного раздела - дать анализ взаимосвязей между биологическим разнообразием и ведущими природными факторами.
Для определения этих взаимосвязей в старовозрастных лесах Лапландского биосферного государственного заповедника проведен 1 этап полевых исследований. Объектами послужили ельники трех типов (лишайниковый, черничный и травяный) и сосняки трех типов (лишайниковый, лишайниково-кустарничковый и черничный) доминирующие на этой территории. Определен видовой состав сосудистых растений, лишайников и мохообразных, а также афиллофоровых грибов.
В березовых редколесьях, формирующих северный предел распространения лесной растительности в Фенноскандии, в рамках совместного российско-норвежского проекта проведен отбор образцов доминирующих растений и почв для оценки взаимосвязей между биоразнообразием, разнообразием местообитаний и воздействием промышленного воздушного загрязнения (40 стационарных площадок на российской и норвежской сопредельной территории).
Плановые работы выполнены.
Тема 9-00-2102 (№ гос.рег. 01.20.0001677) “рассеянные элементы в бореальных лесах и техногенез”
Научный руководитель и отв. исполнитель - проф., д.б.н. В.В. Никонов.
Сроки выполнения: 2000-2002 гг.
(Финансовая поддержка - гранты РФФИ № 00-04-49174; 00-04-63049)
Показана роль различных видов растений в концентрации различных элементов. Максимальное количество большинства определяемых элементов концентрирует береза. Показаны особенности распределения элементов по возрастным классам хвои сосны: с возрастом накапливаются - литий, натрий, таллий, алюминий, кальций, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, мышьяк, стронций, иттрий, сурьма, теллур, лантан, свинец, висмут и уран; сохраняются на постоянном уровне - бор, никель, медь, цинк, кадмий, с возрастом снижаются концентрации фосфора, серы, рубидия, цезия и магния. При аэротехногенном загрязнении выбросами крупнейших в Северной Европе комбинатов медно-никелевого производства в растениях и органогенных горизонтах почв активно накапливаются соединения никеля, меди, железа, кобальта, селена, теллура, мышьяка, молибдена, сурьмы, висмута, свинца, накопление менее ярко выражено для ванадия, фосфора, серы, хрома, цинка, таллия. Концентрации лития, бериллия, бора, магния, алюминия, кальция, иттрия, кадмия, лантана, тория и урана были в большей степени обусловлены природными факторами (содержание в почвообразующих породах). Снижение концентраций рубидия, стронция, цезия, марганца и бария обусловлено выщелачиванием соединений этих элементов из корневой зоны в процессе катионообменных реакций.
В условиях интенсивного воздушного загрязнения выбросами апатито-нефелинового производства исследовано распределение и аккумуляция рассеянные элементы (Rb, Cs, Ag, Au, Sr, Ba, Zn, Cd, Sc, La, Ce, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Yb, Th, U, Zr, Hf, As, Sb, V, Та, Se, Cr, Mo, W, Co, Ni, Br, lr) в подзолистых AI-Fe-гумусовых почвах. Большинство перечисленных элементов, входящих в состав выбросов этого типа, характеризуются в природных условиях ярко выраженным элювиальным типом внутрипрофильного распределения (среди них лантаноиды и актиноиды). Важным фактором, определяющим снижение миграционной активности этих элементов в кислых подзолистых почвах, является существенное подщелачивание верхних органогенных горизонтов. Благодаря этому распределение данных элементов в минеральном профиле носит природный характер, изменяясь в соответствии с литогенным фактором.
Сосредоточение горно-перерабатывающих производств на Кольском полуострове обусловливает многофакторное воздушное загрязнение. Вблизи такого мощного источника загрязнения как апатито-нефелиновая фабрика, концентрация и внутрипрофильное распределение в почвах рассеянных элементов определяется выбросами как апатитового, так и расположенного поблизости медно-никелевого производства. Компонентами выбросов в атмосферу предприятий апатитового и медно-никелевого производства являются принципиально различные по поведению в незагрязненных подзолистых Al-Fe-гумусовых почвах рассеянные элементы: одни (среди них лантаноиды, актиноиды) демонстрируют элювиальный тип внутрипрофильного распределения, другие (среди них Со, Ni, Sb) - биогенно-аккумулятивный. В условиях загрязнения эти элементы характеризуются единым типом внутрипрофильного распределения с максимальной концентрацией в верхних органогенных горизонтах. Такой тип распределения следует определить как техногенно-аккумулятивный. Верхние органогенные горизонты являются эффектным биогеохимическим барьером, в этих условиях предохраняющим минеральный профиль от техногенных изменений. В одном случае механизм закрепления элементов - подщелачивание органогенного горизонта, в другом - связывание с органическим веществом и биогенная аккумуляция. Благодаря этому распределение данных элементов в минеральном профиле сохраняет природный характер, а изменение их концентраций обусловлено действием литогенного фактора.
Плановые работы выполнены.
Тема 9-96-2103 (№ гос.рег. 01.20.0001676) “ МОДИФИКАЦИЯ АНТИОКСИДАНТАМИ ГЕНЕТИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ У РАБОЧИХ И НАСЕЛЕНИЯ, В УСЛОВИЯХ НИКЕЛЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА”.
Научный руководитель и отв. исполнитель - к.м.н. И.Н. Перминова.
Сроки выполнения: 2000-2004 гг.
(Финансовая поддержка Экологического фонда Печенгского р-на, Контракт № ________)
Впервые выполнено изучение модификации генотоксических эффектов у экспонированных в пирометаллургическом производстве никеля ретинолом. Достоверное снижение структурных изменений хромосом исходного среднего уровня СХО - сестринских хроматидных обменов - 9,24 ± 0,36 обменов на лимфоцит до 7,75 ± 0,23 (р<0,05), т.е. на 14 % служит обоснованием для внедрения апробированного профилактического курса приема ретинола по 33 000 МЕ/сут. (10 мг) в течение месяца для профилактики патологии, обусловленной мутагенным воздействием генотоксических факторов плавильного цеха у работающих в производстве никеля.
Более выраженное антимутагенное действие ретинола наблюдалось в группе курящих рабочих: снижение СХО на 16,3 % в сравнении с некурящими на 15,06 % по средним геометрическим величинам.
Изучение динамики процессов репарации ДНК при данной схеме приема ретинола обнаружено также статистически достоверную стимуляцию внепланового синтеза ДНК при использовании в качестве стандартного мутагена 4-НХО (4-нитрохонолин-1оксид). По окончании приема ретинола индекс стимуляции возрос в среднем на 8,0 % с 1,04 ± 0,06 до 1,12 ± 0,07.
Поддержка выполняемой НИР осуществляется Экологическим Фондом Печенгского района в рамках договора ЦРБ Печенгского района в виде оплаты необходимых для исследования аналитических и командировочных затрат.
Плановые работы выполнены.
Тема 9-00-2810 (№ гос.рег. 01.20.0001904) " АДАПТИВНАЯ СТРАТЕГИЯ ПИТАНИЯ СЕВЕРО-ТАЁЖНЫХ ЛЕСОВ".
Научный руководитель и отв. исполнитель - д.б.н. Н.В. Лукина.
Сроки выполнения: 2000-2004 гг.
(Финансовая поддержка - гранты РФФИ № 00-0579078; 00-05-64620).
Показано, что общепринятое представление о парцеллярных различиях в кислотности Al-Fe-гумусовых подзолов еловых лесов северной тайги соответствует действительности только для минеральных горизонтов: кислотность их в древесных парцеллах достоверно выше, чем в межкроновых. В условиях постоянного и интенсивного воздействия кислотообразующих веществ, поступающих со стволовыми и кроновыми водами, не происходит подкисления органогенного горизонта почв, являющегося основным источником элементов питания для хвойных древесных растений. На основе результатов лабораторных и полевых экспериментов, а также данных территориального обследования, показано, что общепринятое представление о парцеллярных различиях в кислотности Al-Fe-гумусовых подзолов еловых лесов северной тайги соответствует действительности только для минеральных горизонтов: кислотность их в древесных парцеллах достоверно выше, чем в межкроновых. В условиях постоянного и интенсивного воздействия кислотообразующих веществ, поступающих со стволовыми и кроновыми водами, не происходит подкисления органогенного горизонта почв, являющегося основным источником элементов питания для хвойных древесных растений. Обращается внимание на важную роль соединений кальция, поступающих с опадом хвои ели и вымываемых из древесного полога, в высокой способности органогенных горизонтах почв под кронами к нейтрализации аутогенной кислотности. Данное явление рассматривается как адаптация северо-таежных лесов, формирующихся на кислых почвах в условиях гумидного режима.
Оценена обеспеченность элементами питания ели сибирской в северной тайге в природных условиях и при аэротехногенном загрязнении выбросами крупнейших в Северной Европе комбинатов медно-никелевого производства. Показано, что обеспеченность ели сибирской для фосфора и магния можно оценить как достаточную, для кальция, калия, марганца и цинка - как оптимальную, для азота - как недостаточную. В условиях воздушного промышленного загрязнения выбросами крупнейших в Северной Европе комбинатов медно-никелевого производства хвоя ели обогащается не только поллютантами - серой, никелем, медью, железом, но и подвижными элементами питания - азотом, фосфором и калием. Концентрации кальция, магния и, марганца и цинка снижаются, иногда до уровня дефицита.
Определены уровни концентраций 34 макро-, микро- и ультрамикроэлементов в ассимилирующих органах доминирующих растений подзоны лесотундры и северной тайги - сосны обыкновенной ( по возрастным классам), березы пушистой, черники, брусники, вороники, луговика извилистого, а также в органогенных горизонтах почв в природных условиях и при аэротехногенном загрязнении выбросами крупнейших в Северной Европе комбинатов медно-никелевого производства. Показана роль различных видов растений в концентрации различных элементов. Максимальное количество большинства определяемых элементов концентрирует береза. Показаны особенности распределения элементов по возрастным классам хвои сосны: с возрастом накапливаются - литий, натрий, таллий, алюминий, кальций, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, мышьяк, стронций, иттрий, сурьма, теллур, лантан, свинец, висмут и уран; сохраняются на постоянном уровне - бор, никель, медь, цинк, кадмий, с возрастом снижаются концентрации фосфора, серы, рубидия, цезия и магния. При аэротехногенном загрязнении выбросами крупнейших в Северной Европе комбинатов медно-никелевого производства в растениях и органогенных горизонтах почв активно накапливаются соединения никеля, меди, железа, кобальта, селена, теллура, мышьяка, молибдена, сурьмы, висмута, свинца, накопление менее ярко выражено для ванадия, фосфора, серы, хрома, цинка, таллия. Концентрации лития, бериллия, бора, магния, алюминия, кальция, иттрия, кадмия, лантана, тория и урана были в большей степени обусловлены природными факторами (содержание в почвообразующих породах). Снижение концентраций рубидия, стронция, цезия, марганца и бария обусловлено выщелачиванием соединений этих элементов из корневой зоны в процессе катионообменных реакций.
Плановые работы выполнены.
Тема 9-00-2204 (№ гос.рег. 01.20.0001881) “Разработка теоретических основ нормирования антропогенного воздействия на водные экосистемы Севера”.
Научные руководители - чл.-к. Моисеенко Т.И., д.б.н. Кашулин Н.А. Ответственные исполнители - д.б.н. Кашулин Н.А., к.б.н. Ильяшук Б.П., д.г.н. Даувальтер В.А.
Сроки выполнения: 2000 -2004 гг.
(Финансовая поддержка - грант № ICA 2-CT-2000-10018 EC программы «Коперникус-2»; договорные работы с Лапландским заповедником и ОАО «Апатит» - Контракты №№ …)
Раздел 1. Механизмы формирования качества вод и донных отложений, обоснование критических нагрузок загрязнения (Ответственные исполнители - чл.-к. Моисеенко Т.И., д.г.н. Даувальтер В.А.)
Целью работ является исследование территориальной изменчивости химического состава вод и донных отложений озер северо-запада России. Анализ исторического развития антропогенного влияния на водные объекты. Обоснование интегральных информативных критериев, объединяющих показатели качества вод и донных отложений.
В отчетном году (первый год исследований) были проведены широкомасштабные исследования водоемов северо-запада России: озера Валдайской возвышенности, Иваньковское водохранилище и малые озера Кольского п-ова (114 озер, 2000 г.). При исследовании данных водоемов применялись единые методологические подходы, анализ собранных проб проводился едиными методами, что позволяет проводить сравнительные исследования и повышает достоверность выявленных различий и особенностей механизмов формирования качества вод.
На основании теоретических исследований были обоснованы главные принципы и методы региональных исследований влияния аэротехногенного загрязнения на состояние качества вод. Приведены современные гидрохимические данные, характеризующие озера Кольского Севера России и динамику их развития в различных ландшафтно-географических зонах. С помощью результатов исследований сопоставлены основные показатели химического состава вод Фенноскандии.
Разработан один из методологических подходов к оценке накопления тяжелых металлов в оз. Имандра в условиях многолетнего промышленного загрязнения. На примере этого крупнейшего водоема Кольского полуострова проведена оценка накопления тяжелых металлов в донных отложениях за более чем 60-летний период деятельности предприятий горно-металлургического комплекса. Установлено, что мощность загрязненных донных отложений на большей части акватории озера в среднем составляет 10 см, а средняя скорость осадконакопления - 1.5 мм/год. Накопленные в донных отложениях металлы могут представлять опасность загрязнения воды этими металлами в будущем, особенно при развитии процессов евтрофирования озера.
Для оценки токсичности металлов, накопленных в донных отложениях оз. Имандра за период деятельности предприятий горно-металлургического комплекса определялись содержания Ni, Cu, Zn, Mn, Fe, Na, K методом ацетатно-аммонийной вытяжки. Установлено, что при повышении валовых концентраций в поверхностном слое загрязненных донных отложений оз. Имандра увеличивается доля подвижных соединений Ni и Cu, что повышает опасность их негативного влияния на гидробионтов и экосистему озера в целом. Показано, что с увеличением валовых концентраций Mn и Fe в поверхностных слоях донных отложений оз. Имандра процент их подвижных соединений снижается. С помощью ацетатно-аммонийной вытяжки выявлены акватории озера, на которых происходит образование загрязненных донных отложений, формирующихся под влиянием обогащенных металлами сточных вод.
Плановые работы выполнены.
Раздел 2. Закономерности функционирования сообществ гидробионтов и обоснование системы их диагностики. (Ответственные исполнители - к.б.н. Ильяшук Б.П., к.б.н. Вандыш О.И.)
В ходе проводимых работ по данному разделу было показано, что фитопланктонные сообщества различных озер Кольского региона включают от 13 до 234 видов и форм. Биомасса фитопланктона в исследованных водоемах варьирует в широких пределах - от 38 мг/м3 в озерах горной тундры до 20 г/м3 и более в водоемах, испытывающих влияние хозяйственно-бытовых сточных вод. Для крупных водоемов характерно неравномерное распределение фитопланктона по акватории. В районах поступления хозяйственно-бытовых сточных вод наблюдается увеличение общей биомассы и видового богатства фитопланктона. Рост общей биомассы обычно сопровождается перестройкой структуры доминирующих комплексов, возрастает роль криптофитовых, перидиней и вольвоксовых.
Содержание хлорофилла “а” в планктоне исследованных водоемов находится в пределах 0.2-6-75 мг/м3, максимальные концентрации отмечены в районах, подверженных влиянию хозяйственно-бытовых стоков.
Установлено, что загрязнение тяжелыми металлами не оказывает выраженного токсического влияния на уровень биомассы фитопланктона. Высокое содержание биогенных элементов в воде, поступающих с коммунальными сточными водами, вероятно, снижает токсичность и оказывает стимулирующее влияние на фитопланктон. Термальное воздействие отработанных вод электростанций приводит в водоемах Субарктики к изменениям в сообществах, сходным с влиянием эвтрофирования.
При изучении зоопланктонных сообществ водоемов Кольского региона выявлены общие закономерности изменения структурных и функциональных показателей зоопланктона в зависимости от степени и характера антропогенного воздействия. Видовая структура сообщества - надежный показатель степени загрязнения водоема. Установлено, что коловратки устойчивы, а каланоиды наоборот наиболее чувствительны к техногенному воздействию стоков промышленных производств. В малых озерах горной тундры, испытывающих антропогенное закисление, зарегистрирован бедный видовой состав. Выявлено, что B. obtusirostris и H. gibberum устойчивы, а крупные планктонные хищники Asplanchna, Leptodora, Bythotrephes напротив наиболее чувствительны к закислению и встречаются единично, что характерно для природных закисленных озер Фенноскандии.
Количественные показатели также проявляют определенную специфику в зависимости от характера и степени загрязнения. В зонах интенсивного воздействия стоков медно-никелевого, горно-обогатительного производств и апатито-нефелиновой индустрии (при параллельно идущем процессе эвтрофирования, вызванным высоким содержанием биогенных элементов в воде) наблюдается увеличение общей численности, биомассы и продукции зоопланктона. Это подтверждает вывод, что высокое содержание биогенов, поступающих с коммунальными сточными водами, снижает токсичность тяжелых металлов и частично стимулирует развитие зоопланктона. В малых закисленных озерах горной тундры количественные показатели зоопланктона низки (численность - 7-15 тыс. экз/м3, биомасса - 0.3-0.7 г/м3), что характерно для экосистем олигоацидных олиготрофных озер.
На основе наиболее информативных показателей зоопланктона разработан подход к определению степени загрязнения водоема стоками промышленных производств.
По результатам исследований зообентоса, на основе долговременных наблюдений за состоянием фауны реликтовых ракообразных в крупных озерах Европейского Севера, находящихся на различных стадиях эвтрофирования, были установлены зависимости между структурно-функциональными показателями представителей фауны реликтовых ракообразных и стадиями трофности водоема. Это позволило для ряда крупных озер Европейского Севера выявить общие закономерности изменения структурно-функциональных показателей представителей фауны реликтовых ракообразных, наблюдаемые на различных стадиях онтогенеза озер при их эвтрофировании. На начальных стадиях эвтрофирования происходит резкое обеднение видового состава комплексов реликтовых ракообразных. В течение следующего этапа отмечается резкий рост плотности и продукции наиболее устойчивых к загрязнению представителей реликтовой фауны. На последующих этапах, когда водоем характеризуется как эвтрофный, наиболее устойчивые к загрязнению представители встречаются только единично. На основе полученных результатов были разработаны научные основы и методологический подход для индикации стадий эвтрофирования крупных озер Европейского Севера на основе структурно-функциональных показателей фауны реликтовых ракообразных.
Раздел 3. Разработка методов ихтиологической биоиндикации загрязнения. (Ответственные исполнители - д.б.н. Кашулин Н.А., к.б.н. Лукин А.А.)
Необходимость рационализации природопользования усиливает значение научных разработок по оценке состояния природной среды, определению ее экологического резерва и критических нагрузок, прогнозированию последствий антропогенных воздействий. Использование химико-аналитических методов контроля качества окружающей среды не дает полного представления о биологических последствиях загрязнения. Гидрохимические показатели не всегда могут дать характеристику токсичности среды, особенно при многофакторном сублетальном продолжительном загрязнении с флуктуирующими уровнями нагрузки. В то же время гидробионты, постоянно находящиеся в данном водоеме, являются интегрирующими показателями всех воздействий, имевших место на протяжении их жизни. Нормирование нагрузок только по показателям содержания веществ-загрязнителей в среде (ПДК, ПДВ), без знаний их поведения в реальных экосистемах и ответных реакций биоты, не предотвращают деградации биологических систем.
Одним из перспективных методов оценки антропогенного воздействия является биоиндикация, когда степень воздействия оценивается по ответным реакциям самих биологических систем. Изучение биологических систем различного уровня организации в условиях как их естественной среды обитания, так и измененной под воздействием антропогенного фактора позволяет непосредственно выявить эффекты, обусловленные воздействием всего комплекса загрязняющих веществ и естественных абиотических факторов за продолжительный период времени, определить пороговые уровни нагрузок и дать наиболее реалистичный прогноз ее развития.
Установление причинно-следственных связей между определенным видом загрязнений и биотой водоема часто затруднено в силу ряда обстоятельств. Как правило, в реальных экосистемах антропогенное воздействие носит сложный комплексный характер и изучаемое загрязнение сопровождается разнообразными другими загрязнениями и иными видами антропогенной активности, которые также могут быть ответственными за наблюдаемые биологические ответы. Различные экологические факторы (например: питание, комплекс абиотических факторов и т.д.) могут изменять или влиять на ответ организмов к стрессу, обусловленному загрязнением среды обитания. Синергетические, антагонистические или аддитивные взаимодействия различных стрессовых факторов окружающей среды, включая различные виды загрязнения, также усложняют интерпретацию и оценку этих эффектов на биоту. Кроме того, полагают, что для биологических систем высокого уровня организации (популяция, сообщество и т.д.) имеется ограниченное число путей, по которым стрессоры могут влиять на их структуру, и часто ответы на их воздействие имеют не специфический характер а являются результатом изменения процессов или функций, подобные ответам на изменение потока доступной энергии. Схожесть ответов рыб на популяционном уровне на различные средовые стрессы является следствием узкого диапазона компенсаторных механизмов, которые лимитируют вариации численности популяции при воздействии в критические моменты жизненного цикла. Следует также иметь в виду, что ответы на высоких уровнях организации биологических систем имеют определенную задержку с момента воздействия.
В то же время, ответы на более низких уровнях организации более реактивны и, зачастую, носят специфический характер. Многочисленные лабораторные и полевые эксперименты демонстрировали взаимосвязи между индукцией биохимических ответов и воздействием определенных классов загрязнений окружающей среды. Так во многих исследованиях было показано, что синтез металлотионеинов организмами животных различных таксономических групп является чувствительным и быстрым индикатором прямых эффектов тяжелых металлов. В ряде полевых и лабораторных исследований наблюдали взаимосвязанные биотрансформацию системы фермента цитохрома P450 (CYPIA) и изменения в данном органе под воздействием ароматических многоядерных углеводородов. Аналогично, многие исследования показали прямую зависимость между воздействием остаточных уровней хлорированных дибензодиоксинов с деятельностью CYPIA. Однако, на основании этих ответов сложно строить прогноз изменения структуры более высоких уровней.
Поэтому при биоиндикации тех или иных видов техногенного загрязнения окружающей среды необходимо проведение комплексных исследований, включающие изучение ответов систем различного уровня: от субклеточного до популяции и сообществ.
В настоящее время, для оценки воздействия определенного источника загрязнений на биологические системы или установления зависимости между дозой токсического воздействия и наблюдаемыми биологическими эффектами существует несколько принципиальных подходов. Один из наиболее общих подходов заключается в том, что определяются основные типы загрязнений, выбрасываемых в окружающую среду (например, PCB, диоксины, тяжелые металлы), измеряют уровни этих загрязнений в водоеме-приемнике и биоте, и предполагают причинные связи на основе концентраций в этих средах и общих представлениях о их токсичности. Главное ограничение этого подхода - то, что изучаемая биологическая система может подвергаться воздействию других разнообразных источников загрязнений и стрессовых факторов и поэтому определение причин наблюдаемых эффектов затруднено. Второй подход заключается в проведении лабораторных или управляемых природных экспериментов, в которых воздействие специфических загрязнений связывают с определенными ответами в организмах. Основными недостатками этого подхода является то, что лабораторные (и даже смоделированные в природных водоемах) эксперименты редко полностью отражают естественные условия, число тест-видов ограничено а сами эксперименты непродолжительны по времени, что вызывает необходимость использования острых или под острых концентраций загрязняющих веществ, тогда как в природных водоемах, в основном, мы сталкиваемся с продолжительными субтоксичными воздействиями. Поэтому эти эксперименты полностью не раскрывают причинно-следственных отношений между стрессовыми факторами и биологическими системами в природных водоемах.
В этом плане исследования природных популяций, испытывающие градиентные нагрузок одного и того же источника загрязнений позволяют получить более надежные доказательства причинных связей доза-эффект. Эти исследования дают возможность установить корреляцию между частотой или интенсивность наблюдаемых биологических ответов и показателями нагрузки. При этом наиболее достоверные результаты будут получены если исследуются эффекты на нескольких уровнях биологической организации.
Среди живых организмов, обитающих в загрязняемых водоемах, рыбы в силу биологических особенностей являются наиболее подходящими объектами исследования, позволяющим оценить процессы трансформации водоемов. Показатели состояния популяций и организмов рыб отражают состояние окружающей среды и могут быть использованы для ее оценки. Однако большинство полевых исследований ограничивается исследованием изменений структуры рыбной части сообщества и/или популяций или напротив, организмами рыб и/или суборганизменными уровнями.
В отчетном году проводились исследования на двух модельных водных системах:
- р. Пасвик, где реализовывается градиентный методологический подход изучения ответных реакций ихтиофауны на загрязнение, заключающийся в исследовании популяций, обитающих в водоемах расположенных по градиенту нагрузки;
- оз. Чунозеро, где реализуется исторический подход, заключающийся в сравнительных исследованиях современного состояния сиговых данного озера и имеющихся архивных данных.
Исследования водоемов системы реки Пасвик являются продолжением десятилетнего цикла исследований в условиях снижения уровня нагрузки. В шестидесятые годы проводились подробные исследования сиговых оз. Чунозеро. Поэтому целью настоящих исследований является изучение современного состояния популяций сигов этого водоема с целью регистрации возможных изменений их структурно-функциональной организации, обусловленной аэротехногенным загрязнением водосбора.
Плановые работы выполнены.