Накопление химических элементов трофическими уровнями биогеоценоза

ограниченность наших сведений о динамике биомассы и продуктивности отдельных звеньев ценоза, их опосредованного влияния на геохимические циклы, как правило, вынуждает нас ограничиваться лишь данными о концентрации химических элементов в их биомассе. Это в значительной мере оправданно, поскольку распределение последних по отдельным звеньям трофических цепей является важнейшей характеристикой участия того или иного уровня в общем биогенном круговороте химических элементов. В условиях химического загрязнения среды отмеченное распределение токсикантов по уровням отражает возможные экотоксикологические эффекты в природных системах в целом и в их отдельных компонентах.

Содержание в живых организмах жизненно необходимых макрои микроэлементов достаточно жестко регулируется механизмами внутреннего гомеостаза, и по этой причине уровень таких элементов в тканях обычно не зависит от их содержания в окружающей среде. Если же речь идет об остальных химических элементах, в том числе тех, которые выступают в качестве токсических агентов, то они вовлекаются в биологический круговорот, и их накопление фактически определяется потребностями в поддержании баланса энергии и вещества. Это относится также к необходимым элементам в случае их значительных концентраций, превышающих кларковые. Последнее обстоятельство особенно важно, поскольку характеризует способность химических элементов преодолевать геохимические барьеры в виде корневой системы растений, желудочно-кишечной стенки животных, выводиться из организма и депонироваться в тканях.

Рассматривая распределение химических элементов по трофическим уровням экосистем в качестве биоиндикационного признака, необходимо иметь в виду следующие обстоятельства.

• 1. У растений защитная функция реализуется в виде корневого барьера, который, с одной стороны, за счет активного транспорта обеспечивает поступление из почвы необходимого количества физиологически значимых микрои макроэлементов, с другой — при их избыточном содержании, а также при токсическом загрязнении почв ограничивает поступление токсических соединений в вегетативные и генеративные ткани.
• 2. У животных барьерную функцию выполняет ЖКТ, контролирующий всасывание физиологически необходимых химических элементов и ограничивающий поступление чужеродных веществ. Уровень всасывания зависит от химических свойств соединений, поступающих в организм. Для ионной формы большинства тяжелых металлов этот показатель не превышает 5—10%. В этом случае при переходе от низших трофических уровней к высшим не наблюдается возрастания концентраций металлов, возможно даже их снижение. Иначе обстоит дело для многих органических соединений металлов, способных всасываться на 90% и более в ЖКТ (например, метили диметилртуть, метилированный свинец, мышьяк и др.). При этом резко возрастает содержание металлов у животных высших трофических уровней.
• 3. Распределение химических элементов в природных экосистемах зависит от экологической специфики тех видов, которые рассматриваются в качестве модельных для соответствующего трофического уровня. Роль экологических факторов в первую очередь определяется своеобразием пищевых рационов: их положением в системе трофических связей, содержанием в них химических элементов, уровнем токсического загрязнения стаций обитания и т. д.

Таким образом, содержание химических элементов в организмах различного трофического уровня выступает в качестве важнейшей экотоксикологической характеристики состояния природных экосистем.

В настоящее время получен большой фактический материал по накоплению в отдельных компонентах природных экосистем таких химических элементов, как радионуклиды (Криволуцкий, 1983; Миграция радионуклидов…, 1989), макрои микроэлементы, включая тяжелые металлы (Лебедева, 1999), в том числе в условиях техногенного загрязнения среды (Безель, 1987; Черненькова, 2002). Однако значительно меньше работ посвящено миграции тяжелых металлов по пищевым цепям экосистем. Кроме того, некоторые авторы ограничивают последовательность рассматриваемых трофических уровней, в частности сообществом почвенных беспозвоночных. Очевиден недостаток данных по накоплению тяжелых металлов в длинных пищевых цепях (начиная с почвы и заканчивая консументами высших трофических уровней), в особенности для лесных экосистем, испытывающих мощное техногенное загрязнение.

В качестве примера рассмотрим закономерности накопления тяжелых металлов разными компонентами экосистемы южной тайги, представляющими всю совокупность трофических уровней: депонирующие среды (почва, лесная подстилка), продуценты (растения) и консументы трех уровней (от беспозвоночных фитофагов и хищников до насекомоядных птиц). Изучение процессов миграции тяжелых металлов по трофическим цепям проводилось как при низких (на уровне регионального фона) уровнях содержания тяжелых металлов в среде, так и в условиях интенсивного химического загрязнения.