НАКОПЛЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НИКЕЛЯ (Ni +) В ОРГАНИЗМЕ ПЧЕЛ И ПРОДУКТАХ ПЧЕЛОВОДСТВА В РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНАХ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
НАКОПЛЕНИЕ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ НИКЕЛЯ (Ni +) В ОРГАНИЗМЕ ПЧЕЛ И ПРОДУКТАХ ПЧЕЛОВОДСТВА В РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНАХ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН
Аннотация
Проведенная работа была направлена на анализ характера распределения и степени кумуляции никеля (Ni +) в организме пчел и продуктах пчеловодства, отобранных в различных районах Республики Татарстан с дифференцированной антропогенно-техногенной нагрузкой. На основании проведённого анализа с помощью биологических тест-систем (апимониторинга) в районах повышенного техногенеза (нефтедобыча и нефтепереработка) Республики Татарстан показали различие уровня загрязнения, а также характера распределения Ni + в организме пчёл продуктах пчеловодства. Показано, что распределение Ni + имеет неравномерный характер. По Ni + в ЗБЦ (звеньях биологической цепи) «почва-пыльца», «пыльца-пчела», «пчела-мед» и «пчела-перга» районы РТ были сгруппированы, на основании коэффициента накопления.
1. Введение
Техногенные и антропогенные воздействия оказывают негативное влияние на экосистемы в целом. Для нивелирования последствий этого воздействия на биогеоценозы необходим постоянный комплексный контроль, например, с помощью биоиндикаторов. Одним из сравнительно новых направлений биоиндикационных исследований является апимониторинг. Экологическая значимость медоносных пчел (Apis mellifera L.) определяется их присутствием в самых разнообразных типах биогеоценозов , . Основными и наиболее опасными химическими загрязнителями почв крупных населенных пунктов являются тяжелые металлы. Проникая в почву, они начинают мигрировать по пищевым цепям, а так же напрямую воздействовать на человека. Масса никеля в коре земли (по массе %) – не более 10. Основное его присутствие – в рудах: сульфидных, медно-никелевых, окисленных силикатных и мышьяковистых. Он используется для получения коррозионностойких и пластичных сплавов (с железом, хромом, медью и др.), которые широко применяются в медицине (никелирование посуды и инструментов), машиностроении (покрытие деталей, производство аккумуляторных батарей), органической химии. Источники загрязнения окружающей среды – горнодобывающие, металлургические комбинаты, предприятия нефте-газовой отрасли. При попадании в почву тяжелый металл вызывает изменения микробного состава почвы в разных ее слоях (снижение в верхнем слое и увеличение в нижних слоях): способствует угнетению актиномицетов и стимулированию роста грибов. В организм человека никель попадает через ЖКТ, слизистые, респираторную систему. Отравления никелем и его соединениями могут привести к летальному исходу.
С учетом разноречивости литературных данных о значительных колебаниях в концентрации никеля в продуктах пчеловодства в зависимости от региона, а также геоэкоморфологических особенностей, нами проведены настоящие исследования, целью которых являлось изучение накопления и распределения (Ni +) в почве, организме пчёл и продуктах пчеловодства, собранных в различных районах Республики Татарстан , .
2. Методы и принципы исследования
В качестве объекта исследования использовали 195 образцов почвы, 288 проб продуктов пчеловодства – меда (85), пчел (63), пыльцы (69), и перги (71), отобранных в пасечных зонах Республики Татарстан, на территории восьми районов с наиболее высокой техногенной нагрузкой (Альметьевского, Азнакаевского, Бугульминского, Заинского, Лениногорского, Новошешминского, Чистопольского, Черемшанского). Для определения содержания ТМ в пыльце (обножке) забор проб производили 3х-кратно (май, июль-август) на 21 пасеке в течение 5 лет. Исследование полученных образцов проводили в несколько этапов.
Для исследования содержания никеля в почве проводили пробоподготовку. На этапе пробоподготовки осуществляли отбор проб почвы в соответствии с требованиями, изложенными в МУ 2.1.7.730-99 «Гигиеническая оценка качества почвы пасечных мест» и в ГОСТ 17.4.3.01-83 (СТСЭВ 3847-82) «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб». В каждую пробу почвы (навески по 0,5 г), помещенную в тефлоновый стаканчик, добавлялось 10 мл концентрированной азотной кислоты. В дальнейшем осуществляли разложение проб в минерализаторе. Для этого герметично закрытые стаканчики со смесью помещали в микроволновую печь-минерализатор MARS 5. Разложение проб в печи происходило при температуре 165°С, мощности 400 Вт, давлении 35000 кПБ (350 бар) в течение 2 мин. По завершении программы разложения и охлаждения, полученный раствор пропускали через фильтр «Синяя лента», в мерную колбу на 100 см3, до метки раствор доводили дистиллированной водой. Коэффициент разбавления образцов проб почвы составлял 5.
Параллельно готовили контрольный раствор с использованием тех же реактивов, что и для подготовки анализируемой пробы.
На втором этапе работы в исследуемых пробах определяли содержание никеля методом масс-спектрометрии с использованием индуктивно связанной плазмы (1СР-МS). Для этого параллельно два (анализируемый и контрольный) растворы помещали в загрузочное устройство прибора и измеряли выходной сигнал. Измерение повторяли 3 раза.
Обработку результатов проводили с использованием общепринятых методов вариационной статистики и пакета программ «Excel – 2010» , , , .
Сбор цветочной пыльцы осуществляли с помощью навесного пыльцеуловителя, учитывая критерии ГОСТ 28887-90 «Пыльца цветочная (обножка)» и СанПиН 2.3.2.1078-01. Для проб готовили навески цветочной пыльцы по 0.5 г. Каждую навеску помещали во фторопластовые цилиндры (PTFE, VitonTM, TeflonTM, PFA), добавляли 10 мл концентрированной азотной кислоты. Для разложения проб в минерализаторе помещали герметично закрытые стаканчики с реакционной смесью в микроволновую печь-минерализатор MARS 5 (при температуре 165°С, мощности 400 Вт, давлении 35000 кПБ (350 бар)) на 2 минуты. По завершении программы разложения и охлаждения, полученный раствор пропускали через фильтр «Синяя лента», в мерную колбу на 100 см3, дистиллированной водой доводили раствор до метки. Коэффициент разбавления образцов проб пыльцы составлял 25 (К = 25). Все последующие исследования по определению тяжелых металлов в пробах пыльцы проводили так же, как в пробах почвы , , , .
Для исследования содержания никеля в пчелах, навески трупов пчел по 0,5 г, помещали во фторопластовые цилиндры (PTFE, VitonTM, TeflonTM, PFA), добавляли 10 мл концентрированной азотной кислоты и помещали в микроволновую печь-минерализатор MARS 5. Последующие исследования по определению концентраций никеля и обработку полученных результатов проводили так же, как в пробах почвы и пыльцы. По аналогичной методике проводили определение никеля в меде и перге.
Используя данные о концентрации никеля в исследуемых заборах, рассчитывали коэффициент накопления (Кн) из почвы в организмы пчел и продукты пчеловодства по формуле:
где С1 и С – соответственно концентрации тяжелого металла в звене-акцепторе и -доноре , , , .
Полученные данные обрабатывали методом вариационной статистики с использованием критерия Стьюдента , .
3. Основные результаты
3.1. Накопление и распределение никеля в почве, пчелах и апипродуктах
Результаты накопления и распределения (Ni +) в почве, организме пчел и апипродуктах представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Накопление и распределение никеля в почве, организме пчел и апипродуктах, собранных в различных районах Республики Татарстан
Район | Концентрация тяжелого металла (мг/кг) | ||||
почва | мед | перга | пыльца | подмор пчел | |
Альметьевский | 26,3 | 2,6 | 0,49 | 0,55 | 14,39 |
Бугульминский | 34,9 | 1,38 | 0,61 | 0,71 | 12,31 |
Азнакаевский | 27,11 | 1,43 | 0,53 | 0,63 | 4,41 |
Лениногорский | 25,9 | 1,01 | 0,55 | 0,79 | 5,07 |
Новошешминский | 11,9 | 1,65 | 0,29 | 0,56 | 5,09 |
Черемшанский | 14,31 | 0,65 | 0,33 | 0,38 | 7,41 |
Чистопольский | 14,1 | 0,98 | 0,23 | 0,37 | 2,39 |
Заинский | 21,9 | 0,31 | 0,43 | 0,61 | 8,91 |
Из представленных в таблице 1 материалов видно, что изученные объекты (почва, пыльца растений, пчелы, мед и перга) контаминированы никелем весьма неравномерно. Наиболее контаминированная никелем почва была получена из Бугульминского района республики, наименее загрязненный почвенный слой относится к Новошешминскому району. По меду наиболее загрязненный – Альметьевский район, наименее – Заинский район. По перге и пыльце максимальная концентрация никеля зафиксирована в Бугульминском и Лениногорском районах соответственно, минимальная в Чистопольском. Подмор пчел наиболее загрязненный также в Альметьевском районе, наименее загрязненный в Чистопольском районе. Результаты неравномерного распределения в целом повторяют картину наших предыдущих исследований относительно Cu+, Cd+, Fe+ и радионуклидов St90 и Cs137.
3.2. Накопление никеля в звеньях биологической цепи
Результаты расчёта Кн никеля в звене биологической цепи (ЗБЦ) почва-пыльца, пыльца-пчела, пчела-мед, пчела-перга (таблица 2) дают возможность отнести районы по степени аккумуляции в апипродуктах к одной из групп согласно принятой методике , , , :
- Сильное накопление (Кн более 10);
- Слабое накопление (Кн = 1-10);
- Отсутствие аккумуляции (Кн = 0,1-1,0);
- Слабая дискриминация (Кн = 0,01-0,1);
- Сильная дискриминация (Кн ˂ 0,01);
- Полное отсутствие кумуляции (Кн = 0).
Таблица 2 - Коэффициенты накопления никеля из почвы в апипродукты и организм пчел, обитающих в разных районах Республики Татарстан
Район | Звено биологической цепи | |||
Почва-пыльца | Пыльца-пчела | Пчела-мед | Пчела-перга | |
Альметьевский | 0,021 | 26,16 | 0,18 | 0,03 |
Бугульминский | 0,020 | 17,34 | 0,11 | 0,05 |
Азнакаевский | 0,023 | 7 | 0,32 | 0,12 |
Лениногорский | 0,031 | 6,42 | 0,19 | 0,11 |
Новошешминский | 0,047 | 9,09 | 0,32 | 0,06 |
Черемшанский | 0,027 | 19,5 | 0,09 | 0,04 |
Чистопольский | 0,026 | 6,46 | 0,41 | 0,09 |
Заинский | 0,028 | 14,6 | 0,03 | 0,05 |
Накопление (сильное и слабое) наблюдается в ЗБЦ «пыльца-пчела» во всех районах республики. Отсутствие аккумуляции В ЗБЦ «пчела-мед» также отмечено в большинстве районов, кроме Черемшанского и Заинского. В ЗБЦ «пчела–перга», напротив большинство районов имеют слабую дискриминацию. Слабая дискриминация в ЗБЦ «почва-пыльца» присутствует во всех исследуемых районах.
Обнаружение различия степени аккумуляции никеля в изученных апипродуктов объясняется комплексом факторов, способствующих усилению или дискриминации накопления тяжелого металла в том или ином объекте, физико-химических свойств тяжелых металлов, агрохимической характеристики почвы, биологической особенностью акцептора.
4. Заключение
Результаты проведённого апимониторинга в районах интенсивного техногенеза в Республике Татарстан показали существенную разницу уровней контаминации и характера распределения никеля в организме пчёл и продуктов, вырабатываемых насекомыми. Результаты проведенных исследований позволили сделать следующие выводы:
1. Распределение никеля в организме пчёл и апипродуктах носила дифференцированный характер. Наиболее высокая концентрация наблюдается в районах с высокой антропогенно-техногенной нагрузкой;
2. Результаты проведенных расчетов по определению величины антропогенной нагрузки на исследованные апипродукты в звеньях биологической цепи «почва-пыльца», «пыльца-пчела», «пчела-мед» и «пчела-перга» позволили сгруппировать их по степени аккумуляции никеля на 4 группы: Сильное накопление (Кн более 10), слабое накопление (Кн = 1-10), отсутствие аккумуляции (Кн = 0,1-1,0), слабая дискриминация (Кн = 0,01- 0,1).