Лаборатория экотоксикологии популяций и сообществ

Lab. of Population and Community Ecotoxicology

Лаборатория работает в области фундаментальных проблем экологической токсикологии. Основное научное направление – исследование закономерностей и механизмов реакции надорганизменных систем (популяции, сообщества, экосистемы) на токсическую нагрузку от точечных источников загрязнения (предприятия металлургической и химической промышленности).

Направления исследований: 

анализ механизмов устойчивости биоты к экстремально высоким уровням токсических нагрузок, закономерностей модификации под действием загрязнения динамики численности, размерной, возрастной и генетической структуры популяций модельных видов

изучение закономерностей аккумуляции и транслокации тяжелых металлов в организме животных, растений и лишайников, перехода металлов по трофическим цепям, внутри- и межвидовой гетерогенности аккумуляции металлов

анализ пространственного варьирования содержания поллютантов в природных депонирующих средах (снег, почва, подстилка) в разных пространственных масштабах (от единиц сантиметров до единиц километров), выявление механизмов формирования полей концентраций элементов

изучение закономерностей изменения видового, таксономического, генетического и функционального разнообразия наземных экосистем (в разных пространственных масштабах) под действием промышленного загрязнения

анализ зависимостей доза–эффект для природных популяций и сообществ, определение величин критических нагрузок для биоты

изучение закономерностей восстановления наземных экосистем импактного региона после снижения промышленных выбросов

Результаты: 

2015

С помощью разработанной методики полевого измерения скорости дыхания лесной подстилки показано, что сильное промышленное загрязнение практически не влияет на эмиссию углекислого газа из органогенного горизонта. Раскрыт механизм этого феномена: стабильность дыхания подстилки в градиенте загрязнения обусловлена взаимодействием двух разнонаправленных процессов – уменьшением ее удельной дыхательной активности (дыхание единицы массы) из-за угнетения обитающих в ней микроорганизмов и увеличением запаса подстилки.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/main_results/2015-51-6

На основе двух регистраций присутствия дождевых червей и европейского крота в одних и тех же точках, выполненных с интервалом в 20 лет, оценен характер смещения техногенных границ их распространения в импактном регионе в период сокращения выбросов медеплавильного завода. За 20 лет площадь «кротовой пустыни» уменьшилась на 40 %, «люмбрицидной пустыни» – на 75%. Наиболее существенно (на 5–10 км ближе к заводу) граница распространения крота сдвинулась на участках с почвами легкого механического состава, где выше скорость очищения верхних почвенных горизонтов от тяжелых металлов, тогда как на участках с почвами тяжелого состава смещение границы отсутствует.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/main_results/2015-51-4

Впервые для территорий, сильно загрязненных выбросами промышленных предприятий, на основе анализа пространственных автокорреляций показано, что даже при высокой вариабельности токсичности почвы пространственная структура ценопопуляций травянистых растений в первую очередь обусловлена действием биоценотических факторов и характером распространения диаспор.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/node/381

2014

На основе повторных регистраций состояния древесного и травяно-кустарничкового ярусов, выполненных с периодичностью 5–10 лет в течение 25 лет, охарактеризована динамика растительных сообществ в период снижения атмосферных выбросов крупного точечного источника загрязнения. Несмотря на значительное сокращение, а затем почти полное прекращение выбросов, растительность на участках с высоким загрязнением остается в крайне угнетенном состоянии. На территории со слабым и умеренным уровнями загрязнения естественные факторы могут играть более важную роль в динамике лесных сообществ, чем собственно сокращение выбросов.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/node/193

На основе многолетних исследований проанализирована зависимость эффективности воспроизводства птиц (на примере мухоловки-пеструшки) от доступности моллюсков (основного источника кальция) в условиях промышленного загрязнения на Среднем Урале. Показано, что дефицит кальция приводит к увеличению доли брошенных кладок и яиц с аномальной скорлупой, а также сокращению величины выводка, усиливая негативное действие тяжелых металлов на воспроизводство локальных популяций.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/node/194

2013

На примере эпифитных лишайников показано, что учет межвидовых функциональных, таксономических и генетических дистанций не ведет к приращению информации об изменении разнообразия сообществ в градиенте промышленного загрязнения, а исчезновение того или иного вида лишайника равновероятно и не связано с его принадлежностью к группам, выделяемым по их родству или сходству функциональных признаков. Сделано заключение, что учет разных аспектов разнородности сообществ не дает никакого выигрыша в точности диагностики перед «простыми» индексами разнообразия и видового богатства.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/main_results/2013-51-2

Расчет поступления тяжелых металлов с кормом у насекомоядных птиц в зоне воздействия крупного источника промышленного загрязнения показал, что токсическая нагрузка различается у совместно обитающих видов, а вклад разных компонентов корма в поступление металлов не эквивалентен их доле в рационе. Техногенное воздействие влияет на величину токсической нагрузки не только путем увеличения концентраций поллютантов в кормовых объектах, но и вследствие изменения структуры рациона, из-за чего нагрузка непропорциональна уровню загрязнения среды. Полученные данные могут быть использованы для прогнозирования динамики популяций на загрязненных территориях.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/main_results/2013-51-3

2012

Совместно с коллегами из Финляндии выполнен сравнительный анализ состояния сообществ птиц в окрестностях четырех крупных источников промышленных выбросов. При универсальности негативных эффектов (снижение общего обилия, продуктивности и видового разнообразия), выявлена специфика их проявления, обусловленная объемом выбросов в прошлом и настоящем, физико-географическими особенностями региона и фоновым составом орнитокомплексов; эффекты более выражены вблизи северной и южной границ лесной зоны. Определен критический уровень загрязнения, превышение которого приводит к резкому ухудшению состояния сообществ птиц в результате комплексного воздействия токсикантов и деградации растительности. Полученные данные могут быть использованы для мониторинга состояния природных экосистем.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/main_results/2012-51-2

Впервые для макромасштаба получены количественные оценки изменения бета-разнообразия сообществ растений и мелких млекопитающих в импактных регионах. Сильное промышленное загрязнение, снижая альфа-разнообразие, существенно увеличивает бета-разнообразие, что свидетельствует об усилении пространственной изоляции локальных популяций и потере целостности биоты.

Подробнее - здесь: http://www.ipae.uran.ru/main_results/2012-51-3

2016

С использованием микросателлитных маркеров ядерной ДНК в импактных ценопопуляциях горицвета (Lychnis flos-cuculi), произрастающих на территориях, сильно загрязненных промышленными выбросами, выявлен эффект основателя в отдаленном прошлом и повышение ауткроссинга в последних поколениях. Установлено, что самоопыление у этого вида не служит механизмом фиксации аллелей устойчивости к загрязнению и изоляции от неустойчивых ценопопуляций.

Подробнее - здесь: https://www.ipae.uran.ru/main_results/2016-51-2

История лаборатории: 

История лаборатории берет свое начало с организации в институте в 1987 году отдела прикладной экологии (под руководством к.б.н. О.Ф. Садыкова), объединившего 3 лаборатории, занимавшихся изучением влияния химического загрязнения на живое. В 1989 г. из отдела выделили лабораторию экологической диагностики и нормирования (зав. д.б.н. В.С. Безель). В 1998 г. было изменено название лаборатории, которая стала называться "популяционной экотоксикологии". С 2002 г. и по сегодняшний день лабораторию возглавляет д.б.н. Е.Л. Воробейчик. В 2009 г. лаборатория получила свое нынешнее название – экотоксикологии популяций и сообществ. В 2011 г. в состав лаборатории вошла группа функциональной экологии почв – потомок лаборатории экологии почв. Подробнее история лаборатории изложена в статье http://www.ipae.uran.ru/sites/default/files/publications/Vorobeichik_EL/...

Материальная база: 

Наша аналитическая лаборатория аккредитована на техническую компетентность (аттестат РОСС.RU0001.515630).

ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ атомно-абсорбционный спектрометр AAS Vario 6 (Analytik Jena, Германия) с пламенным и электротермическим вариантом атомизации; помимо стандартного автодозатора для жидкостей спектрометр оснащен автодозатором твердых образцов SSA 600S (Analytik Jena, Германия);

масс-спектрометр с индуктивно связанной плазмой ELAN 9000 (Perkin Elmer, США), дополнительно оснащен системой лазерной абляции UP-266 Macro (Perkin Elmer, США);

Анализатор содержания углерода и азота в твердых и жидких образцах Multi N/C 2100 (Analytik Jena, Германия);

автоматический пламенный фотометр ФП-2 (ЗОМЗ, Россия) для определения концентрации ионов кальция, калия, натрия;

система для измерения почвенного дыхания в полевых условия LiCor-8100A (LiCor Biosciences, США) с инфракрасным газоанализатором и датчиками влажности ThetaProbe (Delta-T, Великобритания);

респирометр SR1LP с инфракрасным газоанализатором (Qubit Systems, Канада) для измерения почвенного дыхания в полевых условиях;

модульный (24 канала) респирометр с инфракрасным газоанализатором фирмы (Qubit Systems, Канада) для измерения потоков углекислого газа в лабораторных условиях;

концентратомер нефтепродуктов в почве и воде КН-2М (Сибэкоприбор, Россия);

Лазерный анализатор размеров и формы частиц Analysette 22 (Fritsch, Германия)

И много чего еще...

Международное сотрудничество: 

Лаборатория имеет тесные контакты с несколькими зарубежными научными центрами: Федеральным институтом изучения леса, ландшафтов и снега (Швейцария), Музеем естественной истории (Великобритания), Секцией экологии университета г. Турку (Финляндия).

Основные публикации коллектива: 

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИЗУЧЕНИЯ ДЕЙСТВИЯ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА БИОТУ

Безель В.С. Популяционная экотоксикология млекопитающих. М.: Наука, 1987. 129 с.

Безель В.С., Большаков В.Н., Воробейчик Е.Л. Популяционная экотоксикология. М.: Наука, 1994. 83 c.

Воробейчик Е.Л., Садыков О.Ф., Фарафонтов М.Г. Экологическое нормирование техногенных загрязнений наземных экосистем: (локальный уровень). Екатеринбург: Наука, 1994. 280 с.

Безель В.С. Экологическая токсикология: популяционный и биоценотический аспекты // Екатеринбург: Академкнига. 2006. 279 с.

Безель В.С., Кряжимский Ф.В., Семериков Л.Ф., Смирнов Н.Г. Экологическое нормирование анропогенных нагрузок. I. Общие подходы // Экология. 1992. № 6. С. 3–12.

Безель В.С., Кряжимский Ф.В., Семериков Л.Ф., Смирнов Н.Г. Экологическое нормирование антропогенных нагрузок. II. Методология // Экология. 1993. № 1. С. 36–47.

Воробейчик Е.Л., Козлов М.В. Воздействие точечных источников эмиссии поллютантов на наземные экосистемы: методология исследований, экспериментальные схемы, распространенные ошибки // Экология. 2012. № 2. С. 83.

Козлов М.В., Воробейчик Е.Л. Воздействие точечных источников эмиссии поллютантов на наземные экосистемы: представление результатов в публикациях // Экология. 2012. № 4. С. 243.

ОРГАНИЗМЕННЫЙ И ПОПУЛЯЦИОННЫЙ УРОВНИ Лишайники

Михайлова И.Н., Воробейчик Е.Л. Размерная и возрастная структура популяций эпифитного лишайника Hypogymnia physodes (L.) Nyl. в условиях атмосферного загрязнения // Экология. 1999. № 2. С. 130–137.

Mikhailova I.N., Scheidegger C. Early development of Hypogymnia physodes (L.) Nyl. in response to emissions from a copper smelter // Lichenologist. 2001. Vol. 33, № 6. P. 527–538.

Bargagli R., Mikhailova I. Accumulation of inorganic contaminants // Monitoring with Lichens – Monitoring Lichens / Eds.: P.L. Nimis et al. Netherlands: Kluwer Acad. Publ., 2002. P. 65–84.

Михайлова И.Н., Шарунова И.П. Динамика аккумуляции тяжелых металлов в талломах эпифитного лишайника Hypogymnia physodes // Экология. 2008. N5. С. 366–372.

Михайлова И.Н., Кшнясев И.А. Популяционная гетерогенность содержания металлов в лишайнике Hypogymnia physodes (L.) Nyl. // Сибирский экологический журнал. 2012. № 3. С. 423–428.

Высшие растения

Безель В.С., Жуйкова Т.В., Позолотина В.Н. Структура ценопопуляций одуванчика и специфика накопления тяжелых металлов // Экология. 1998. № 5. С. 376–382.

Жуйкова Т.В., Позолотина В.Н., Безель В.С. Разные стратегии адаптации растений к токсическому загрязнению среды тяжелыми металлами: (На прим. Taraxacum officinale s.l.) // Экология. 1999. № 3. С. 189–196.

Безель В.С., Позолотина В.Н., Бельский Е.А., Жуйкова Т.В. Изменчивость популяционных параметров: Адаптация к токсическим факторам среды // Экология. 2001. № 6. С. 447–453.

Позолотина В.Н., Безель В.С., Жуйкова Т.В. Механизмы адаптации к техногенному стрессу в ценопопуляциях растений (Taraxacum officinale s. l. ) //Докл. Акад. наук. 2000. Т. 371, № 4. С. 565–568.

Жуйкова Т.В., Безель В.С., Позолотина В.Н. Демографическая структура Taraxacum officinale s. l. в условиях химического загрязнения среды //Ботан. журн. 2001. Т. 86, № 8. С. 103–111.

Жуйкова Т.В., Безель В.С., Позолотина В.Н., Северюхина О.А. Репродуктивные возможности растений в градиенте химического загрязнения среды //Экология. 2002. № 6. С. 432–437.

Трубина М.Р. Внутрипопуляционная дифференциация скерды кровельной (Crepis tectorum L.) по скорости роста розетки и темпам развития особей. Эффект последействия длительного стресса // Экология. 2005. № 4. С 243–251.

Трубина М.Р. Стратегия выживания Crepis tectorum L. в условиях хронического атмосферного загрязнения // Экология. 2011. № 2. С. 102–109.

Дуля О.В., Микрюков В.С., Воробейчик Е.Л. Стратегии адаптации Deschampsia caespitosa и Lychnis flos-cuculi к загрязнению тяжелыми металлами: Анализ на основе зависимости доза–эффект // Экология. 2013. № 4. P. 243–253.

Птицы

Безель В.С., Бельский Е.А. Репродуктивные показатели птиц–дуплогнездников в условиях техногенного загрязнения среды обитания // Докл. АН. 1994. Т. 338, № 4. С. 555–557.

Бельский Е.А., Безель В.С., Поленц Э.А. Ранние стадии гнездового периода птиц–дуплогнездников в условиях техногенного загрязнения // Экология. 1995. № 1. С. 46–52.

Бельский Е.А., Безель В.С., Ляхов А.Г. Характеристика репродуктивных показателей птиц–дуплогнездников в условиях техногенного загрязнения // Экология. 1995. № 2. С. 146–152.

Eeva T., Belskii E., Kuranov B. Environmental pollution affects genetic diversity in wild bird populations // Mutation Research / Genetic Toxicol. and Environ. Mutagenesis. 2006.Vol. 608, N 1. P. 8 – 15.

Безель В.С., Бельский Е.А., Мухачева С.В. К проблеме вариабельности показателей воспроизводства в популяциях животных при токсическом загрязнении среды обитания // Экология. 1998. № 3. С. 217–223.

Бельский Е.А., Безель В.С. Птицы // Рассеянные элементы в бореальных лесах. Под ред. Исаева А.С. – М.: Наука, 2004. С. 273-289.

Лугаськова Н.В., Карфидова А.А., Бельский Е.А. Гематологические характеристики мухоловки-пеструшки (Ficedula hypoleuca Pall.) в условиях промышленного загрязнения // Сибирский экологический журнал. - 2005. № 3. – С. 507-514.

Бельский Е.А., Лугаськова Н.В., Карфидова А.А. Репродуктивные показатели мухоловки-пеструшки Ficedula hypoleuca Pall. и морфофизиологические характеристики ее птенцов в условиях техногенного загрязнения местообитаний // Экология. – 2005. № 5. – С. 362-369.

Бельский Е.А., Бельская Е.А. Структура рациона птенцов мухоловки-пеструшки Ficedula hypoleuca Pall. в условиях промышленного загрязнения // Экология. 2009. № 5. С. 363-371.

Eeva T., Hakkarainen H. and Belskii E. Local survival of pied flycatcher males and females in a pollution gradient of a Cu-smelter // Environmental Pollution. 2009. Vol. 157. № 6. P. 1857-1861.

Бельский Е.А., Безель В.С. Энергетическая «цена» потомства мухоловки-пеструшки Ficedula hypoleuca Pall. в условиях промышленного загрязнения // Экология. 2012. № 3. С. 196–203.

Belskii E., Belskaya E. Diet composition as a cause of different contaminant exposure in two sympatric passerines in the Middle Urals, Russia // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2013. V. 97. P. 67–72.

Млекопитающие

Безель В.С., Бельский Е.А. Мелкие млекопитающие // Рассеянные элементы в бореальных лесах / Отв. ред. А. С. Исаев. М., 2004. Гл. 9. С. 260–273.

Безель В.С., Оленев Г.В. Внутрипопуляционная структура грызунов в условиях техногенного загрязнения среды обитания // Экология. 1989. № 3. С. 40–45.

Безель В.С., Мухачева С.В. Характер репродуктивных потерь в популяциях рыжих полевок при токсическом загрязнении среды обитания // Докл. АН. 1995. Т. 345, № 1. С. 135–137.

Мухачева С.В., Безель В.С. Уровни токсических элементов и функциональная структура популяций мелких млекопитающих в условиях техногенного загрязнения: На прим. рыжей полевки // Экология. 1995. № 3. С. 237–240.

Мухачева С.В., Лукьянов О.А. Миграционная подвижность населения рыжей полевки (Clethrionomys glareolus, Schreber 1780) в градиенте техногенных факторов // Экология. 1997. № 1. С. 34–39.

Мухачева С.В. Воспроизводство населения рыжей полевки, Clethrionomys glareolus (Rodentia, Cricetidae), в градиенте техногенного загрязнения среды обитания // Зоол. журн. 2001. Т. 80, № 12. С. 1509–1517.

Мухачева С.В. Особенности питания рыжей полевки в условиях техногенного загрязнения среды обитания // Сибирский экологический журнал. 2005. № 3. С.523-533.

Мухачева С.В. Особенности пространственно-временного размещения населения рыжей полевки в градиенте техногенного загрязнения среды обитания // Экология. 2007. № 3. С. 178-184.

Мухачева С.В., Безель В.С. Химическое загрязнение среды: тяжелые металлы в пище мелких млекопитающих // Зоол. журн. 2007. Т.86. № 4 С. 492-498

Давыдова Ю.А., Мухачева С.В., Кшнясев И.А. Спленомегалия у мелких млекопитающих: распространенность и факторы риска // Экология. 2012. № 6. С. 446–456.

X