Изучение структуры и функционирования экосистем и их изменения под воздействием внешних факторов, представляют собой одну из важнейших задач современной экологии. Наличие достоверной информации о происходящих изменениях в природной среде – одно из необходимых условий сбалансированного развития общества. Наиболее перспективный подход при оценке и прогнозировании состояния природной среды содержится в концепции экологического мониторинга, где определенная роль отводится биоиндикации [1–3]. Исследователями давно подчеркивалось важное индикаторное значение результатов длительных стационарных наблюдений за биологическими объектами, которые проводятся в природных резерватах [4, 5]. Совершенствование биологической индикации продолжает оставаться актуальной проблемой современных научно-прикладных исследований [6].
В условиях глобального перманентного загрязнения биосферы особую актуальность приобретает проблема изучения возможности существования организма в субтоксичных условиях среды и поиска порога, за которым изменения приобретают для биосистем необратимый характер [7]. Для выявления последствий загрязнения окружающей среды на растения и почву, на воду и природные популяции животных, а также на здоровье человека необходимы оценки этих изменений. Поэтому при мониторинге загрязнений окружающей среды целесообразно использовать модельные объекты, соответствующие задачам. В качестве таких объектов часто используют группу мелких млекопитающих [8–13]. Это – одна из наиболее изученных групп живых организмов, представленная различными близкими таксономическими и экологическими единицами. Благодаря высокой численности и интенсивному размножению, оседлости и небольшому участку обитания, а также высокой чувствительности к внешним агентам они являются незаменимым инструментом экологического мониторинга [14–17].
Изменение характеристик местообитаний обуславливают значительные изменения географического распространения разных видов, что сказывается на видовом составе сообществ и приводит к усилению действия естественного отбора, корректирующего их взаимоотношения на уровне экологических ниш [18–21]. На территориях техногенных участков, расположенных в непосредственной близости от объектов промышленного производства, происходит снижение биоразнообразия флоры и фауны, уменьшение количества обитающих видов и снижение их численности. Оставшиеся виды вынуждены приспосабливаться к обитанию в сложных условиях постоянного техногенного пресса и присутствия в окружающей среде значительных количеств вредных веществ антропогенного происхождения [22].
Павлодарская область, как один из наиболее развитых промышленных регионов Северного Казахстана, представляет собой несомненный интерес при изучении антропогенной трансформации окружающей природной среды и изменений, происходящих в экосистемах. За последние десятилетия одним из существенных видов антропогенных воздействий на прилегающие территории г. Павлодар представляет деятельность крупных предприятий алюминиевого производства – АО «Алюминий Казахстана» и АО «Казахстанский электролизный завод». В результате деятельности заводов, сформировались участки с максимальными показателями концентрации фтора в почвах города и его окрестностях, превышающими фоновые значения [23, 24]. Известно, что фтор является одним из ядовитых газов, относящийся к элементам первого класса опасности [25] и имеющий двойственную биологическую функцию. Фтор в строго определенных концентрациях жизненно необходим для организма человека и животных, но при избытке приводит к различным заболеваниям [26–27]. Так, отмечен большой процент патологий репродуктивной системы у женщин, проживающих вблизи алюминиевых производств [28]. У беременных женщин соединения фтора проникают через плаценту, накапливаются в организме плода и оказывают токсическое действие в постэмбриональный период, вызывая ухудшение кровоснабжения, торможение деления клеток, ослабление функциональной активности остеокластов и остеобластов, в результате чего замедляется рост костей и в длину, и в толщину [29]. Длительное избыточное поступление фтора в организм приводит к снижению умственной способности у детей и различным психическим расстройствам у взрослых [30, 31]. Поэтому проблема влияния загрязнения от алюминиевого производства на окружающую среду и здоровье человека на территории Северного Казахстана стоит очень остро. Чтобы оценить скорость и количество накопления фтора в организме человека и животных, необходимы модельные объекты, которыми могут быть мелкие млекопитающие.
Таким образом, в результате проведенной работы, впервые выполнены мониторинговые исследования населения и распределения мелких млекопитающих на участках с разной техногенной нагрузкой в окрестностях производственного комплекса АО «Алюминий Казахстана» и АО «Казахстанский электролизный завод» г. Павлодар. Проведена инвентаризация сообществ фауны мелких млекопитающих Северного Казахстана. Впервые в Павлодарской области обнаружен новый вид для региона – восточноевропейская полевка (Microtus levis Miller, 1908). Выделены типичные фаунистические комплексы и показаны различия в их структуре по сравнению с контрольной территорией. Приведены сведения по пространственному размещению и численности отдельных видов на участках с разной техногенной нагрузкой. Показано, что по мере приближения к источникам эмиссии изменяется, как суммарное обилие, так и структура доминирования сообществ мелких млекопитающих. Установлено, что на численный состав и структуру сообществ влияет территориальная градация исследуемых зон и уровень численности видов-доминантов. На примере фоновых видов показано изменение уровня накопления фтора в костях на отрезке от импактных к фоновым и контрольным территориям.
Проведенные исследования позволяют дать оценку современного состояния населения мелких млекопитающих промышленной зоны г. Павлодара, рacширяют представления о процессах функционирования экосистем в условиях антропогенного влияния, а также дают возможность прогнозировать изменения, происходящие в популяциях и сообществах животных в зависимости от степени антропогенных нарушений.
В качестве биологических видов-индикаторов могут быть использованы узкочерепная полевка (Microtus gregalis Pall., 1779) и степная мышовка (Sicista subtilis Pall., 1773), имеющие широкое распространение, относительно высокую численность в районе исследования и достаточно четко отражающие уровень накопления фтора в организме.
Благодарность. Выражаю глубокую благодарность научному руководителю д.б.н. Н. Т. Ержанову за всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах выполнения работы. За постоянное внимание к моей работе сердечно благодарю моего зарубежного научного консультанта – заведующего лабораторией экологии сообществ позвоночных животных Института систематики и экологии животных (ИСиЭЖ) СО РАН, д.б.н. Ю. Н. Литвинова. Особую признательность выражаю к.б.н. Т. А. Дупал (ИСиЭЖ СО РАН) за ценные советы, помощь в определении видов, а также за любезно предоставленные материалы по Карасукскому контрольному участку. Выражаю искреннюю благодарность директору Института почвоведения и агрохимии (ИПА) СО РАН, д.б.н. А. И. Сысо за предоставленную возможность работы в лаборатории биогеохимии почв. Особую благодарность хотелось бы выразить д.б.н. Г. А. Конарбаевой за руководство в проведении анализов определения фтора в костной ткани грызунов, а также ведущему инженеру В. В Демину за помощь в выполнении анализов (ИПА СО РАН). Выражаю искреннюю благодарность младшему научному сотруднику А. В. Макарову (ИСиЭЖ СО РАН) за ценные советы и предоставленные материалы по узкочерепной полевке Бийского контрольного участка. За всестороннюю помощь и конструктивные обсуждения результатов исследования благодарю к.б.н. А. Б. Каденову (ПГУ им. С. Торайгырова), к.б.н. С. А. Абрамова (ИСиЭЖ СО РАН), магистра биологии Т. Ж. Абылхасанова (НАО «Торайгыров университет»). Автор благодарен за неоценимую помощь в подготовке ловчих канавок: М.Б. и Б. А. Сергазиновым, К. К., О. К. и К. Б. Ибраевым, К. Е. Шокушеву, Д. Мезенцеву, А. Б. Касенову.