АККУМУЛЯЦИЯ

(от лат. accumulatio - накопление) загрязняющих веществ организмами накопление в живых организмах веществ, загрязняющих среду обитания. Растения и животные, у которых могут появляться симптомы, свидетельствующие о присутствии в воздухе одного или нескольких загрязняющих веществ (поллютантов), называются биоиндикаторами. Организмы, способные аккумулировать загрязняющие вещества, накопление которых характеризует изменения концентрации атмосферных загрязнителей во времени и пространстве, называются биомониторами. Общую нагрузку на экологические системы можно определить, измеряя содержание загрязняющих веществ в тканях растений и животных. Аккумулирующая способность растений зависит в некоторой мере от естественного, свойственного каждому виду содержания макро- и микроэлементов, а также уровня содержания их в окружающей среде. Индикаторами загрязнения воздуха могут быть лишайники, мхи, высшие растения.

В качестве биомониторов используют различные растения, как культивируемые, так и дикорастущие. В Нидерландах, Великобритании, Франции это табак (Nikotiana tabacum, сорт Bel W3), шпинат (Spinacia oberacca сорта Subito, Dynamo), в Германии - лишайники и культивируемые растения, чувствительные к загрязняющим веществам. Кизил (Cornus florida) в Европе используют как индикатор ионов хлора, входящих в состав осадков или аэрозолей. При воздействии высоких концентраций ионов хлора на листьях растений появляются характерные темно-красные пятна, отделенные от зеленой части листа четкой темной границей. В Нидерландах заключение о загрязнении природной среды делают на основании концентраций серы, фтора, свинца, цинка, кадмия и марганца, обнаруженных в листьях плевела (Lolium multiflorum). По накоплению в листьях тюльпана (Tulipa gesneriana) определяют уровень загрязнения воздуха фтором.

Наибольшей поглотительной способностью обладают древесные растения, за ними, по мере ее снижения, идут местные сорные травы, однолетние цветущие растения и газонные травы. Древесные растения, произрастающие вдоль автомагистралей на расстоянии 100-300 м, а также в урбанизированных зонах, имеют высокий уровень накопления свинца, цинка, никеля, кадмия, меди и марганца. Содержание свинца и цинка в растениях вблизи дорог с интенсивным движением составляет 60 — 170 мг/кг золы, на расстоянии 5 м концентрация этих веществ уменьшается в 15 раз. Так, вблизи автодороги Оукленд (Новая Зеландия) при интенсивности движения 50 тыс. машин в сутки содержание свинца в растениях составило 350 мкг на 1 кг сухого вещества, при фоновом содержании 5 мкг на 1 кг сухого вещества. На расстоянии 8-32 м от дороги при такой же интенсивности движения содержание свинца падает в 6,9-19,0 раз. Свинцовая нагрузка на растения в придорожных экосистемах может достигать значительных уровней и превышать фоновое содержание свинца до 200 раз. Деревья могут накапливать загрязняющие вещества длительное время, очищая воздух городов и промышленных районов. Аккумуляция вредных соединений в древесных растениях зависит от концентрации загрязнителей и времени действия. В большинстве случаев скорость поглощения газов и накопления вредных ингредиентов в листьях и хвое растений обратно пропорциональна интенсивности газообмена. Поэтому наибольшей поглотительной способностью при разовом действии газов обладают не устойчивые к загрязнению виды.

Концентрации загрязняющих веществ, определяемые у видов, выбранных в качестве биомониторов, помогают установить уровни загрязнения биосферы и его временные тенденции. Так, уровни пестицидов в яйцах островных океанических птиц характеризуют глобальное загрязнение природной среды этими соединениями, а динамика концентраций ртути в оперении морских птиц с начала текущего столетия и до наших дней выявила общий рост загрязнения ртутью в Северном полушарии. Анализ тканей морских млекопитающих позволил установить фоновые уровни хлорорганических соединений и тяжелых металлов для Мирового океана. Эти же поллютанты широко распространены и в наземных экосистемах, они были найдены в органах и тканях северных оленей, волков, росомах Таймыра. Процентные соотношения различных поллютантов в тканях животных соответствуют таковым в объектах их питания. Концентрация ртути возрастает в 50 раз при переходе этого элемента от растений к животным-фитофагам, а при последующем переходе к хищникам - в 250 раз относительно уровней ртути в растениях. По степени накопления хлорорганических соединений и ртути первое место занимают хищники. По мере поступления в пищевые цепи загрязняющие вещества аккумулируются в их конечных звеньях, оказывая негативное воздействие на клеточном, организменном и популяционном уровнях. Прежде всего оно проявляется в нарушении репродукции животных. Для птиц это снижение успеха гнездования вследствие утончения скорлупы откладываемых яиц (критическим считается утончение на 14-20 %), гибель эмбрионов, повышенная гибель птенцов, высокий процент уродств у новорожденных. Поллютанты серьезно нарушают защитные функции иммунной системы, вследствие чего организм становится восприимчивым к различным заболеваниям. Они стали одной из основных причин сокращения численности, а иногда и полного исчезновения популяций птиц и млекопитающих.

Человек, употребляя в пищу мясо диких животных из загрязненных областей, подвергается опасности отравления. Поэтому во многих странах введены ограничения на использование такого мяса.

В организме поллютанты распределяются неравномерно. Хлорорганические соединения накапливаются в тканях с высоким содержанием липидов, ртуть и медь - в печени, 1/3 всего содержащегося в организме кадмия сосредоточена в почках. В скелете депонируется от 70 до 90 % свинца. Наибольшие концентрации поллютантов обнаруживаются у животных старших возрастных групп. Птицы «сбрасывают» в откладываемые яйца до 50 % хлорорганических соединений, находящихся в организме самки во время откладывания яиц, поэтому яйца птиц - подходящий материал для мониторинга этих соединений. Один из важнейших путей освобождения организма от вредных соединений - накопление их в периодически сменяемых тканях (шерсть зверей, оперенье птиц) или органах (рога копытных). Перьевой покров птиц содержит до 90 %, а шерсть антилопы серао - до 40 % всей ртути, присутствующей в организме. Линька - основной путь освобождения животных от ртути и кадмия. Именно поэтому эти ткани - высокочувствительные индикаторы антропогенного загрязнения. Концентрация тяжелых металлов (кадмий, свинец, медь) в перьях оседлых птиц Центральной Европы (сороки и ястреба-тетеревятника) обратно пропорциональна расстоянию от крупного источника загрязнения атмосферы - г. Гамбург (Германия). Перья воротничковых рябчиков, добытых в лесах Канады, подверженных эмиссиям металлургических заводов, содержали в 7-20 раз больше меди, никеля и железа, чем оперенье контрольных птиц.

Измерение количества поллютантов в организме может дать точные данные о наличии их в природе, мобильности и судьбе элементов в экосистемах. Концентрации загрязнителей в биомониторах могут отражать загрязнения различного характера - глобальное, региональное или местное, а также их временные тенденции.

Лит.: Медведев, Н. В. Птицы и млекопитающие Карелии как биомониторы химических загрязнений. - Петрозаводск, 1998; Чернышенко, О. В. Поглотительная способность и газоустойчивость древесных растений и насаждений. - М., 2001.