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).
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
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
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
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
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
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
2017
На основе ежегодных регистраций в течение 25 лет исследована многолетняя динамика содержания тяжелых металлов в корме и организме мелких млекопитающих, обитающих в зоне воздействия крупного медеплавильного завода. Установлено, что многократное сокращение промышленных выбросов в последнее десятилетие не привело к эквивалентному снижению концентраций ни эссенциальных (Cu, Zn), ни токсичных (Pb, Cd) элементов ни в корме, ни в организме животных. Более того, в импактной зоне концентрация Cd в корме и организме даже увеличилась по сравнению с исходным уровнем. Этот феномен может быть связан как с отсутствием выноса тяжелых металлов из верхних почвенных горизонтов из-за снижения их кислотности, так и с элементоспецифичностью гомеостатических барьеров на пути поступления тяжелых металлов в организм, которые для Cd неэффективны.
Подробнее - здесь: https://ipae.uran.ru/main_results/2017-51-1
Для условий южной тайги Среднего Урала успешно апробирована Европейская морфофункциональная классификация форм гумуса, базирующаяся на детальном описании морфологии верхних почвенных горизонтов. Показано, что под действием промышленного загрязнения спектр форм гумуса лесных почв смещается от зоогенных мюль-типов к незоогенным мор-типам. Учитывая высокую информативность, надежность и небольшую трудоемкость анализа спектров форм гумуса, рекомендовано его использование как эффективного инструмента экологического мониторинга.
Подробнее - здесь: https://ipae.uran.ru/main_results/2017-51-2
2018
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/...
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...
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).
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.