Концепция экологического апимониторинга
Об использовании пчел и их продуктов для оценки экологической обстановки местности уже писали. К настоящему времени достаточно изучены связи между концентрациями тяжелых металлов окружающей среды и продуктами жизнедеятельности пчел в разных регионах Российской Федерации (Г.В.Ломаев, К.Е.Еськов, Л.М.Колбина, В.В.Максимов, Р.Г.Хисматуллин, О.Г.Яковлев, 2001; А.В.Петухов, Т.В.Уланова, И.Г.Завгородная, 2000; Л.М.Колбина, 2000). Зарубежные ученые установили и используют повышенную чувствительность пчел к отравляющим, взрывчатым и наркотическим веществам.
Введению в практику экологического биомониторинга должно предшествовать решение ряда научных и практических вопросов. К их числу в первую очередь следует отнести: изучение пчел в качестве биоиндикатора и аккумуляторов загрязнителей окружающей среды (по отдельным видам загрязнителей); анализ трофической цепи «источник загрязнения—почва—медоносное растение—пчела—продукт ее жизнедеятельности»; сравнительный анализ различных видов биомониторинга с апимониторингом и другие проблемы. Отдельные результаты по перечисленным вопросам можно найти в публикациях: Г.В.Ломаев, Н.В.Бондарева, 2003 (определена фильтрующая способность пчелы при избыточном поступлении железа с кормом); В.П.Князев, 2002 (разработана методика дрессировки пчел и закрепления рефлекса на наркотические и взрывчатые вещества); В.И.Лебедев, Е.А.Мурашова, 2003 (изучена динамика продвижения тяжелых металлов по трофической цепи «почва—растение—тело пчелы—продукты ее деятельности»); Т.Г.Габричидзе, 2005 (предложено включить апимониторинг в состав системы мониторинга животного и растительного мира зоны защитных мероприятий объекта по переработке химического оружия ЗЗМ ОХО — люизита).
Цель данной работы — выработка концепции апимониторинга и обоснование целесообразности введения в практику системы с использованием пчел Apis mellifera L. (в частности, на территории ЗЗМ ОХО).
В качестве индикатора загрязнения среды медоносные пчелы обладают рядом особенностей. Например, индикаторная пластичность, то есть различная чувствительность к определенным загрязнителям, поэтому их можно использовать и как реакционные, и как аккумулятивные индикаторы. Так, пчелы очень чувствительны к мышьяку и некоторым другим элементам, а значит, могут быть использованы как реакционный индикатор при определении влияния токсиканта на биосистемы (влияние мышьяка можно установить по некоторым физиологическим показателям пчел: количеству расплода, проявляющимся аномалиям развития особей, медо- и воскопродуктивности и т.д.). С другой стороны, пчелы способны накапливать некоторые элементы в своих тканях либо концентрировать их в продуктах своей жизнедеятельности. Следует учесть значительную изученность пчел в токсикологическом отношении. Были исследованы их клеточные защитные реакции, неклеточный иммунитет к присутствию токсикантов в окружающей среде, получены многочисленные данные об аккумулировании некоторых токсичных элементов в тканях либо продуктах этих насекомых.
Проведение апимониторинга лимитировано периодом летной активности пчел (с апреля по сентябрь). Наибольшая эффективность его совпадает со сроками цветения медоносов (в средней полосе России этот период приходится на конец апреля — начало сентября). Однако при организации зимовки пчел на воле возможно поражение особей через воздух, поступающий в улей. Наблюдение за поведением пчелиной семьи в зимнее время в любом случае необходимо и может дать информацию о каких-либо нарушениях ее жизнедеятельности из-за наличия загрязнителей в корме.
Концепция апимониторинга формулируется следующим образом: на контролируемой территории размещают апипосты (группы из нескольких пчелиных семей), за которыми ведут наблюдения и регулярно берут пробы продуктов жизнедеятельности для химического анализа. Их устанавливают в соответствии с размещением медоносных ресурсов и с учетом розы ветров в радиусе 3–4 км. При отсутствии медоносов подсевают культурные медоносные растения в сроки, обеспечивающие цветение в течение всего летного периода.
Как известно, концентрация химических элементов в тканях пчел и их продуктах коррелирует с содержанием их в окружающей среде — почве, воде, воздухе, тканях растений. Кроме того, некоторые вещества (например, мышьяксодержащие соединения) вызывают мутации и физиологические отклонения, которые можно зарегистрировать известными методами.
При этом обслуживание системы апимониторинга не требует значительных материальных затрат. Вложения в создание системы окупятся за один-два сезона.
Рис. 1. Вид блочного мобильного апипоста из четырех семей в ульях системы Роже Делона на крыше пятиэтажного дома на окраине города
На первом этапе апимониторинга проводят подбор семей пчел и выбор системы пчеловодства и типа ульев. Порода должна соответствовать климатическим условиям контролируемой территории. Чистопородность представляет собой важное (возможно, необходимое) условие, поведение метизированных пчел непредсказуемо. Мы использовали модернизированные ульи системы Роже Делона, позволяющие брать без вмешательства в гнездо пчелиной семьи корпус с продуктами пчеловодства и частью пчел. На фотографии (рис. 1) апипост расположен на крыше пятиэтажного дома на окраине города возле парка. Плотность ульев на контролируемой территории рассчитана, исходя из радиуса лета пчел за нектаром (в среднем 3 км) или за пыльцой (0,7 км), ландшафта, медоносов, розы ветров и других как природных, так и техногенных факторов. На схеме (рис. 2) показан пример расположения апипостов на территории ЗЗМ ОХО. Апимониторинг встроен в общую систему, включающую в числе прочих видов и мониторинг растительного и животного мира.
Рис. 2. Карта-схема расположения апипостов Ap в зоне защитных мероприятий с эпицентром в арсенале химического оружия (карта-схема составлена Н.В.Хан)
Изучение летной активности пчел (в количестве вылетов за 5 мин) ведут в солнечную, безветренную погоду (скорость ветра не более 5–7 м/с) при температуре воздуха не ниже 20°С (температура ночью накануне исследований должна быть не ниже 10°С), три раза в день (в 10, 14 и 18 ч) в период главного медосбора. Причем токсическое действие загрязнителей при попадании в окружающую среду приводит к поражению растений, нарушению их физиологического состояния, снижению нектаропродуктивности и/или изменению химического состава нектара, что может отразиться на изменении летной активности пчел.
Исследование активности ульевых пчел. Регистрацию звуковых сигналов проводят записью звуков с помощью микрофона, помещенного внутрь улья. Двигательную активность оценивают, регистрируя изменение показателей микроклимата в улье (температуры, влажности). Ведут наблюдение за индивидуальным развитием пчелиной семьи. Особи на ранних стадиях развития не способны выводить отравляющие вещества из организма, а потому наиболее чувствительны к их действию, что неблагоприятно сказывается на жизнеспособности развивающихся пчел и формировании органов в онтогенезе.
Для апимониторинга измеряют экстерьер особей и сравнивают показатели с требованиями стандарта. Работу выполняют по стандартной методике. Измеряют длину хоботка, длину и ширину 3-го тергита, 3-го стернита, восковых зеркалец, лапок, передних и задних крыльев, параметры крыла, дискоидальное смещение и кубитальный индекс. Пробы насекомых (30 шт.) рекомендуется отбирать 3 раза в год (в мае, июле и сентябре) и фиксировать в спирте.
Надежный показатель нормальной жизнедеятельности особей в зоне проведения мониторинга — активность ферментов. У медоносных пчел различные физиологические нарушения, связанные с токсичным действием мышьяка, отражаются на их продуктивности и устойчивости к заболеваниям. В связи с этим оценка ряда хозяйственно полезных признаков пчел, так же как и анализ активности ряда ферментов, позволит контролировать общее состояние особей.
Например, фермент глоточных желез инвертаза определяет способность пчел перерабатывать нектар. Активность его подвержена значительной индивидуальной изменчивости, зависит от физиологического состояния пчел и определяет в конечном счете их медопродуктивность (коэффициент корреляции между этими двумя показателями составляет 0,8).
Для анализа этого показателя используют летных пчел (30–40 шт. из каждого улья), отобранных рано утром перед главным медосбором. Готовят водную вытяжку из экстрактов пчелиных голов, в экстракте учитывают активность инвертазы по Бертрану.
Каталаза ректальных желез определяет зимостойкость пчел. Для определения ее активности отбирают по 40–50 пчел из каждого улья (с крайнего сота в тихую и теплую погоду) и используют газометрический способ (по объему кислорода, выделяющегося при действии экстракта толстых кишок на пероксид водорода).
Химозин — фермент среднего кишечника пчел — определяет их устойчивость к нозематозу. Его активность устанавливают по скорости створаживания казеина экстрактом из средних кишок. Анализ проводят 2 раза в год — в июне и сентябре, берут среднюю пробу пчел (40–50 шт. из каждого улья).
Активность дегидрогеназ влияет на интенсивность анаэробных окислительно-восстановительных процессов тканевого дыхания в организме пчел. Отбирают по 20 пчел из каждого улья, готовят экстракт из грудных сегментов и проводят реакцию с метиленовой синью в присутствии лимоннокислого калия (донора водорода). Метод основан на обесцвечивании метиленовой сини под влиянием водорода, активированного дегидрогеназами.
Активность пероксидазы и полифенолоксидазы определяет уровень окислительно-восстановительных процессов в тканях пчел (пероксидаза катализирует окисление ряда фенолов, а полифенолоксидаза — полифенолов). Для анализа отбирают по 20 пчел из каждого улья, активность оксидаз в экстракте из грудных сегментов определяют по методу М.В.Жеребкина (2002).
Медопродуктивность семей определяется в сентябре, взвешивая ульи. Качественную характеристику меда устанавливают в лаборатории в соответствии с требованиями ГОСТ 19792—2004. Воскопродуктивность семей оценивается один раз в год (в сентябре) по числу рамок с отстроенной вощиной. Качественные характеристики воска определяются в лаборатории в соответствии с требованиями ГОСТ 21179-2000.
Химический анализ тканей пчел и их продуктов на предмет содержания тяжелых металлов и токсичных веществ составляет главную часть апимониторинга. Отбор проб рекомендуют проводить с апреля по октябрь один раз в месяц. Отбирают не менее 200 взрослых пчел (20–25 г), часть сота (7х7 см) с расплодом, часть сота (10х10 см) с медом и пергой, воск (свежеотстроенную вощину), прополис. Химико-аналитические исследования биопроб проводят в аттестованных лабораториях.
К сожалению, в настоящее время нет отечественной системы унифицированных объектов и показателей биомониторинга. Однако предприняты попытки использования пчел для характеристики загрязнения территорий тяжелыми металлами в Смоленской и Пермской областях, Татарстане, Казахстане, Удмуртии. Нет данных о параметрах пчел как «биофильтрах» тяжелых металлов (за исключением работы «Динамика накопления железа в теле пчелы и продуктах ее жизнедейтельности», Г.В.Ломаев, Н.В.Бондарева, 2003), мало сведений о накоплении (или рассеивании) их в цепи «почва, вода, воздух -> растения (нектар, пыльца, прополис) -> пчелы -> воск, мед, молочко». Важно акцентировать тот факт, что различные загрязнители по-разному адсорбируются (или фильтруются) звеньями трофической цепи, начиная с почвы и заканчивая продуктами жизнедеятельности пчел. Возникает ряд вопросов.
Чему равны фоновая концентрация загрязнителя в продуктах жизнедеятельности пчел и ее зависимость от растений-медоносов, климатических и сезонных погодных условий?
Каким образом распределяется вещество-загрязнитель в теле пчел в процессе онтогенеза насекомых от яйца до имаго при фоновом поступлении вещества с кормом?
Как идет изменение концентрации вещества-загрязнителя при повышенном и меняющемся поступлении его в онтогенезе особей и в продуктах пчеловодства? Чему равны параметры фильтрующих свойств пчел и порог, начиная с которого нарушаются физиологические механизмы, ответственные за фильтрацию? Есть и ряд других вопросов.
Несомненно одно: более удобного, управляемого и дешевого биологического объекта для мониторинга загрязнения окружающей среды как пчел в природе нет.
Г.В.ЛОМАЕВ, Н.В.БОНДАРЕВА
Ижевский государственный технический университет
E-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
Источник
Журнал "Пчеловодство"
Смотрите также
Экологические проблемы пчеловодства и возможные пути их решения
Условия получения экологически чистого меда
