Токсичность на уровне популяции и биоциноза. Токсическая нагрузка в экотоксикологии
Казалось бы, дело обстоит предельно просто: достаточно знать содержание токсичных веществ в объектах внешней среды, чтобы прогнозировать их накопление в растительности, по содержанию в растительности — у животных-фитофагов и т.д., определяя тем самым токсическую нагрузку на отдельные компоненты биоты.
Однако в реальных условиях множество трудно учитываемых механизмов влияют на эти процессы. Все многообразие этих проявлений можно условно разделить на две группы действующих факторов:
• Пространственную мозаичность и различие уровней загрязненности территории, определяемых спецификой техногенного воздействия, локальными почвенно-климатическими и физико-химическими условиями среды.
• Особенности экологии растительных и животных сообществ, включающие видовую и сезонную специфику пищевых рационов, разнокачественность стаций обитания, миграционные потоки и т.д.
Влияние абиотических факторов среды. В качестве примера рассмотрим влияние кислотности среды на накопление некоторых токсичных веществ в биоте. Редко мы продавая или приобретая авто обращаем внимание на его токсичность. На сегодняшний день во многом автомобили являются источниками токсинов в биопопуляции. Как показывает исследование рынка, продажа авто не во всех регионах страны осуществляется под строгим контролем токсичности. Многие автомобили вторичного рынка имеют повышенную токсичность. Один из приоритетных загрязнителей атмосферного воздуха — выброс сернистого газа, в результате окисления которого наблюдается снижение рН дождевой воды (так называемые "кислые" дожди). Дренирование такой дождевой воды через почвенные горизонты приводит к снижению рН в почвенных водах и водоемах. Таким образом, конечное звено трансформации выбросов сернистого газа — водные экосистемы, в которых аккумулируются загрязнения значительных территорий и уже в силу этого в наибольшей степени проявляются токсические последствия. В результате подкисления вод в реках и водоемах наблюдаются эффекты, связанные не только с прямым токсическим действием на гидробионты низких рН, но и с опосредованным влиянием других факторов.
Из-за того что растворимые формы токсических элементов физиологически более активны, особое значение приобретают некоторые сопутствующие абиотические факторы, включающие процессы осаждения, гидролиза и комплексообразования, в конечном счете определяющие токсичность элементов для биоты естественных водоемов.
К таким факторам относят: адсорбцию токсических элементов на взвешенных частицах или гидроксилах железа, марганца и ряда других элементов.
Проблемы влияния этих показателей на токсичность ряда элементов широко обсуждаются в литературе. Однако до настоящего времени ученые не располагают четкой и однозначной картиной этих явлений.
Так, разнообразие реакции биоты на изменение только рН воды можно иллюстрировать данными некоторых авторов.
Показано, что возрастание рН с 0,6 до 8,0 снижает токсичность свинца для амфипод. Для радужной форели максимальная токсичность пятиокиси ванадия наблюдается при рН 7,7. При больших и меньших значениях этого показателя отмечено снижение токсичности.
На том же объекте изучали влияние токсичности меди при различной жесткости воды в диапазоне рН от 5,0 до 9,0. Влияние кислотности наиболее существенно при высокой жесткости и при значениях рН от 6,0 до 7,0. При меньших и больших значениях токсичность снижалась.
Аналогичным образом общее содержание токсичных веществ в почвах не всегда адекватно отражает меру токсического воздействия на компоненты природных популяций и биоценозы. Лишь подвижные формы химических элементов могут переходить в растительность и далее по трофической цепочке. По этой причине рекомендуемые в настоящее время ориентировочные допустимые концентрации некоторых тяжелых металлов и мышьяка могут отличаться в 3—5 раз в зависимости от типа почв.
Отметим, что, кроме чисто химических взаимодействий, в изменении метаболических свойств и токсичности ряда элементов может участвовать микробиота почв и водоемов. Так, большое значение имеет комплекс бактерий почв и донных отложений, который в анаэробных и аэробных условиях может способствовать изменению химических форм ряда токсических элементов и изменению связанной с этим их токсичности.
Примером может служить ртуть. Мы имеем в виду интенсивные процессы биологического метилирования, которые, по мнению многих авторов, протекают наиболее интенсивно в поверхностных слоях донных отложений. Известно, что интенсивность этих процессов пропорциональна величине рН водной среды. В этих условиях накопление метил- и диметилртути в придонной фауне и планктоне, а вместе с этим и у животных следующих трофических уровней также зависит от кислотности водоема. Это хорошо иллюстрируют данные И.К.Степановой и В.Г.Комова, установивших прямую зависимость накопления ртути в мышцах окуня в зависимости от рН воды озер северо-запада России.
Таким образом, в реальных природных экосистемах любые загрязняющие вещества являются источниками возникновения сложной смеси компонент, биологическое накопление которых биотой и их токсичность не всегда можно предвидеть.
