Элементный состав организма млекопитающих природнотехногенных территорий и их ранжирование с использованием модели USEtox

Геохимическая мозаичность биосферы, обусловленная различными природно- техногенными условиями, значимо меняется в связи с развитием человека и общества. Добыча полезных ископаемых, их переработка использование и утилизация, строительство и эксплуатация промышленных объектов ведет к значительной смене геоэкологических условий существования живых организмов, включая человека. Повышенное поступление определенных химических элементов в природную среду ярко отражается в элементном составе биоты. Живые организмы становятся геоиндикаторами антропогенной преобразованности локальных территорий. Основные результаты исследования химического состава биологических объектов: растений, животных и человека, как геоэкологических индикаторов были представлены в работах Виноградова А.П., Виноградовой Л.Д., Ковальского В.В., Добровольского В.В., Перельмана А.И., Ковалевского А.Л., Киста А.А., Кабаты-Пендиас А. и Пендиас Х., Ткалича С.М., Саенко Г.Н., Авцына А.П., Малюги Д.П., Bowen H.J.M., Fortescue J.A.C., Kalani D.K., Жаворонкова А.А., Риша М.А., Ермаковa В. В., Моисеенко Т.И., Сусликова В.Л., Агаджанянa Н.А., С.Ф. Тютиковa, В.А. Алексеенко, М.С. Панинa, Мальгина М.А., Ильина В.Б., Христофоровой Н.К., Пузанова А.В. и многих других авторов.
Современные геоэкологические исследования различных территорий (Белан Л.Н., В.Н. Удачин, В.С. Безель, Паничев А.М., А.М. Сысо, В.Д. Страховенко, Ю.В. Робертус, Леонова Г.А., Коробова Е.М., Курамшина Н.Г., Шаймарданова Б.Х., Корогод Н.П. и многие другие) доказывают факт тесной взаимосвязи живых организмов со средой, о которой говорил еще В.И. Вернадский (1960). Однако, во многих исследованиях отсутствуют данные о взаимодействиях химических элементов в рамках разных локальных эколого-геохимических условий, редко рассматривается их широкий спектр, мало внимания уделяется комплексному подходу с применением модели оценки воздействия на живые организмы. Однако, сложная экологическая обстановка локальных территорий, обусловленная техногенным воздействием промышленности, создает необходимость такой оценки потенциального негативного воздействия на здоровье населения.
Метод Оценки жизненного цикла (ОЖЦ), один из ведущих инструментов экологического менеджмента в Европейском союзе, позволяет отслеживать величину и значимость воздействия на окружающую среду, и человеческий организм. В Российской Федерации данный метод в связи с принятием международных стандартов – ГОСТы РИСО 14040-14043 (Притужалова, 2007) все больше входит в практику оценки рисков для населения и экосистем (Сидоренко, Михеев, 2017; Перминова, 2017; Ялалтдинова, 2015; Старостина, Уланова, 2013; Мамаджанов, Сидоренко, Латушкина 2011,). Модель широко применяется в работах иностранных исследователей (Peña, 2018; Ortiz de García, 2017; Rosenbaum, 2011) и
5
признана мировым научным сообществом. Показатель негативного воздействия – характеристический коэффициент (CF) является табличным значением, предлагаемым моделью для 25 неорганических и 3000 органических соединений в зависимости от территориального расположения региона. В данной работе, однако предлагается модификация данного коэффициента с помощью внедрения результатов биогеохимического анализа территории с различной эколого-геохимической ситуацией, с целью их дальнейшего ранжирования, что определяет и актуальность исследования.
Цель работы. Оценка геоэкологического состояния локальных территорий Сибири, Забайкалья и Казахстана с использованием показателей элементного состава органов и тканей млекопитающих и их ранжирование по степени токсичности отдельных элементов.
Для её решения были поставлены следующие задачи:
1. Провести отбор проб биологического материала млекопитающего Sus scrofus domesticus на локальных территориях с различными геоэкологическими условиями функционирования природно-техногенных систем;
2. Установить индикаторные показатели содержания концентрирования и соотношения химических элементов в органах и тканях, а также биологической жидкости организма млекопитающего для локальных территорий России и Казахстана;
3. Выявить биоегохимическую специфику формирования барьерных свойств систем органов и её изменение в условиях урбанизации и хозяйственной деятельности человека
4. Модифицировать метод расчета характеристического фактора токсичности для здоровья населения с использованием модели USEtox с внедрением результатов химического анализа отобранного биоматериала;
5. Ранжировать территории по величине характеристического фактора токсичности для здоровья населения.
Основные защищаемые положения:
1. В различных эколого-геохимических условиях среды обитания в организме млекопитающего (Sus scrofa domesticus) формируются специфичные корреляционные взаимосвязи химических элементов с Cr (Eu-Cr-Yb Павлодарская область г. Экибастуз; Cr–Ca, Газимуромский завод, Тайна, Калга, Уровские ключи Забайкальский край ; Cr-Sb пос. Кижирово, Верхнее Сеченово Томский район), изменяются абсолютные содержания и коэффициенты концентрации химических элементов, изменяются отношения элементов (Th/U, Rb/Cs), что может служить индикатором этих условий.
2. Элементный состав органов и тканей млекопитающих отражает специфику техногенеза территорий их обитания в виде концентрирования определенного спектра элементов на барьерных органах. В эмбрионах мелких млекопитающих в условиях воздействия

6
Среднеуральского медеплавильного комбината накапливаются Sb, Cr, РЗЭ (Sm, Ce, La, Lu), Zn, Br, U.На плацентарном барьере женщин-жительниц приближенных к Северному промышленному узлу районов концентрируются Th, Br, Zn, Sm, Hf. В зоне воздействия Северного промышленного узла Томского района также нарушается работа гематоэнцефалического барьера с аккумулированием в тканях головного и спинного мозга Rb, Ba, Au, Fe, Cs. В зоне действия добывающей и энергетической промышленности города Экибастуз максимальное накопление элементов приходится на барьер толстого кишечника.
3. Рассчитанный индекс токсичности увеличивается под влиянием урбанизации и хозяйственной деятельности человека. Расчет индекса токсичности элементов для здоровья населения согласно их содержанию в мышечной ткани млекопитающего при нормализации к почвам позволяет ранжировать территории по снижению показателя в следующем порядке:
1. Для Cr Забайкальский край> Павлодарская область> Республика Тыва> Томская область> Восточно-Казахстанская область
2. Для Zn, As, Sb, Ba Забайкальский край> Павлодарская область> Восточно- Казахстанская область> Томская область> Республика Тыва.
Фактический материал и методы исследований.
В основу диссертационной работы положены результаты исследований, проводимых лично автором, а также совместно с сотрудниками отделения Геологии Инженерной школы Природных ресурсов Национального исследовательского Томского политехнического университета. В работе также рассмотрен и использован материал, предоставленный коллегами–сотрудниками института г. Екатеринбурга (Институт Экологии Растений и Животных УрО РАН) и материал, отобранный в городе Томск к. м. н. Станкевич С.С., руководитель Центра поддержки грудного и рационального вскармливания г. Томска.
В рамках работы было рассмотрено 186 проб органов и тканей Свиньи домашней (Sus scrofa domesticus), представляющих все системы органов животного. Для открома животных, выбранных для исследования, использовались 2 сорта комбикормов, отвечающие требованиям ГОСТ, возраст животных составлял от 3-6 месяцев. Основные территории отбора проб: населенные пункты Кижирово и Верхнее Сеченово Томского района Томской области (Россия) и город Экибастуз Павлодарской области (Республика Казахстан), для проведения сравнительного анализа рассматривались данные, полученные по другим регионам России и Казахстана, а именно поселки Уровские ключи, Газимурский завод, Тайна, Калга Забайкальского края, поселок Хову-Аксы Республики Тыва а также поселок Путинцево Восточно-Казахстанской области Казахстана.
Для количественного определения химических элементов в компонентах природной среды использовались следующие методы: инструментальный нейтронно–активационный

7
анализ (ИНАА), масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Анализ образцов методом ИНАА проводился на базе исследовательского ядерного реактора ИРТ-Т в ядерно–геохимической лаборатории (ЯГЛ) кафедры геоэкологии и геохимии Национального исследовательского Томского политехнического университета (аттестат аккредитации RA.RU.21АБ27 от 08.04.2015); аналитики – с. н. с. А.Ф. Судыко и Л.Ф. Богутская) согласно инструкции НСАМ ВИМС No 410-ЯФ. Анализ образцов методом ИСП-МС проводился в аналитическом центре ООО «Химико-аналитический центр «Плазма» (руководитель – Федюнина Н.В.). Вода биологическая анализировалась в аккредитованном научно- образовательном центре «Вода» Национального исследовательского Томского политехнического университета (руководитель центра к.г-м.н. Копылова Ю. Г.).
Достоверность защищаемых положений обеспечена статистически значимым количеством проб, проанализированных современными высокочувствительными аттестованными аналитическими методами (ИНАА, ИСП-МС) в аккредитованных лабораториях, а также глубиной проработки фактического материала с использованием современных методов статистической обработки и литературы по теме исследования.
Научная новизна. Впервые при изучении элементного состава 176 проб органов и тканей Свиньи домашней (Sus scrofa domesticus) методами ИНАА и ИСП-МС установлены индикаторные показатели соотношения химических элементов в органах и тканях млекопитающих, обитающих в условиях функционирования локальных природно-техногенных систем на территории России и Казахстана. Установлена специфика функционирования биогеохимических барьеров внутри организмов млекопитающих (плацентарный барьер, гематоэнцефалический барьер, барьер пищеварительной системы) и её изменение в условиях техногенеза. Модифицирован расчет характеристического коэффициента токсичности для 5 химических элементов для 4 локальных территорий Сибири, Забайкалья и Казахстана. Впервые представлено ранжирование локальных территорий Сибири, Забайкалья и Казахстана по величине характеристического коэффициента токсичности для здоровья насления.