CC BY
70
БІЯЛОГІЯ
31
УДК 574.5:574.632:574.2
Е. Г. Тюлькова
ИНДИКАЦИОННАЯ РОЛЬ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ В ОЦЕНКЕ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ СРЕДЫ ИХ ОБИТАНИЯ
Представлены данные по содержанию тяжелых металлов в раковинах двухстворчатых (перловицы, беззубки, шаровки) и брюхоногих (прудовики) моллюсков, в прибрежных растениях (сусак, стрелолист, частуха, рдест, роголистник, горец) из водоемов, расположенных на территории западной, южной и северной промышленных зон города Гомеля. Определены концентрации исследуемых тяжелых металлов в водоемах, расположенных в указанных промышленных зонах, испытывающих различную степень антропогенной нагрузки, и установлены особенности накопления этих элементов водными гидробионтами. В большинстве случаев выявлена умеренно высокая прямая корреляционная связь между содержанием тяжелых металлов в воде и в водных растениях водоемов города Гомеля и его окрестностей.
Введение
В условиях все большего усложнения взаимоотношений природы и общества на современном этапе актуально совершенствование системы контроля за состоянием окружающей среды в целом и водных экосистем в частности в условиях загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами, а также поиск наиболее подходящего для конкретных условий биоиндикатора [1], [2].
Водные макрофиты как биоиндикаторы отличаются легкостью идентификации, сравнительной простотой отбора проб, произрастанием на территории водоема в течение ряда лет [3], [4].
Среди водных беспозвоночных способностью к накоплению тяжелых металлов, легкостью определения до вида, широким распространением и простотой препарирования, а следовательно, достаточными преимуществами использования в качестве биоиндикаторов характеризуются моллюски [5], [6]. В этой связи интерес представляет сравнение индикационных возможностей указанных объектов и выбор оптимального биоиндикатора в условиях загрязнения водной среды тяжелыми металлами.
Методы исследования. Определение содержания тяжелых металлов в раковинах двухстворчатых (перловицы, беззубки, шаровки) и брюхоногих (прудовики) моллюсков, водной растительности (сусак, стрелолист, частуха, рдест, роголистник, горец) в водоемах города Гомеля и его окрестностей проводилось методом атомной абсорбции. Для проведения испытаний использовались методики, которые позволили достаточно эффективно подготовить пробы для определения в них тяжелых металлов и провести исследования [7]—[9].
В прибрежных растениях и в пробах воды определяли содержание свинца, никеля, кобальта, хрома, марганца и меди как основных и наиболее опасных компонентов загрязнения окружающей среды; в раковинах моллюсков - бора, марганца, титана, меди, стронция и бария. В рамках данной статьи в обсуждении результатов были использованы концентрации марганца, меди, а также титана (как d-элемента, расположенного в одной группе d-элементов с никелем, хромом и кобальтом) и бора (как p-элемента, по химическим свойствам частично близкого к свинцу) в раковинах моллюсков. В работе был также определен коэффициент корреляции с целью установления наличия зависимости и ее степени между содержанием тяжелых металлов в воде и в исследуемом растении-индикаторе.
Место исследования. Исследуемые водоемы расположены на территории трех промышленных зон города Гомеля: Любенское (западная зона), Шапор (южная зона), Круглое, Дедно, Волотовское, Володькино, У-образное, Крайнее, Малое - расположены на территории северной промышленной зоны города Гомеля.
32
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Указанные промышленные зоны города Гомеля различаются общими объемами выбросов загрязняющих веществ, из которых часть веществ улавливается или обезвреживается перед выбросом в атмосферу, а часть выбрасывается без очистки [10]. Объем выбрасываемых веществ без очистки был использован в качестве основополагающего критерия с целью характеристики степени антропогенной нагрузки каждой промышленной зоны. Так, на территорию западной промышленной зоны приходится около 19% объема выбросов загрязняющих веществ без очистки1. Западная промышленная зона является самой незагрязненной по указанному критерию. Южная промышленная зона характеризуется 34% общего объема выбросов по городу Гомелю и занимает промежуточное положение по уровню загрязнения; северная промышленная зона -47% общего объема выбросов, что указывает на самый высокий уровень антропогенной нагрузки.
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты определения содержания исследуемых элементов в раковинах моллюсков показали неравномерное накопление тяжелых металлов у разных видов указанных гидробионтов, что показано в таблице 1.
Таблица 1 - Содержание тяжелых металлов в раковинах моллюсков
Тяжелые металлы Промышленные зоны
северная южная западная
содержание металла, мг/100 г сухой массы
марганец 79,1 ± 0,80 120,3 ± 2,60 67,7 ± 0,70 62,5 ± 0,50 59,4 ± 0,56
медь 0,8 ± 0,02 0,7 ± 0,01 0,9 ± 0,01 5,5 ± 0,30 1,0 ± 0,01
титан 7,4 ± 0,10 6,3 ± 0,08 4,6 ± 0,10 7,8 ± 0,30 5,2 ± 0,10
бор 1,4 ± 0,01 1,6 ± 0,01 1,5 ± 0,01
1,6 ± 0,01 1,8 ± 0,02 -
Примечание - В знаменателе приведены данные по содержанию тяжелых металлов в раковинах брюхоногих моллюсков.
Так, из данных таблицы 1 видно отсутствие видоспецифичной закономерности накопления исследуемых элементов раковинами моллюсков. В раковинах брюхоногих моллюсков, обитающих на территории северной промышленной зоны города Гомеля, отмечено повышенное, по сравнению с двухстворчатыми моллюсками, накопление марганца и бора (120,3 ± 2,60 мг/100 г сухой массы и 1,6 ± 0,01 мг/100 г сухой массы соответственно); брюхоногие моллюски южной зоны характеризовались большим количеством меди, титана и бора (5,5 ± 0,30 мг/100 г сухой массы, 7,8 ± 0,30 мг/100 г сухой массы и 1,8 ± 0,02 мг/100 г сухой массы соответственно).
В целом моллюски северной промышленной зоны накапливали большее количество марганца (79,1 ± 0,80 мг/100 г сухой массы у двухстворчатых и 120,3 ± 2,60 мг/100 г сухой массы у брюхоногих моллюсков соответственно в северной промышленной зоне по сравнению с 67,7 ± 0,70 мг/100 г сухой массы у двухстворчатых и 62,5 ± 0,50 мг/100 г сухой массы у брюхоногих моллюсков соответственно в южной промышленной зоне); по остальным рассматриваемым элементам такой закономерности не наблюдалось, что не является положительным фактом для обоснования возможности использования моллюсков в качестве биоиндикаторов в рамках нашей работы.
Этот вывод подтверждается результатами расчета критерия Стьюдента, представленными в таблице 2.
1 Здесь и далее имеются в виду выбросы загрязняющих веществ без очистки.
БІЯЛОГІЯ
33
Таблица 2 - Критерий Стьюдента для промышленных зон города Гомеля по содержанию тяжелых металлов в раковинах моллюсков
Тяжелые металлы / Промышленные зоны
промышленные зоны южная западная
марганец
северная 10,8* 22,2* 19,7*
южная - 9,0*
медь
северная 5,9* 16,0* 11,8*
южная - 9,1*
титан
северная 20,0* 5,0* 16,9*
южная - 4,3*
бор
северная 18,2* 10,0* 8,3*
южная - 8,3*
Примечание - Здесь достоверные отличия обозначены *. В знаменателе приведены данные критерия Стьюдента по содержанию тяжелых металлов в раковинах брюхоногих моллюсков.
В таблице 2 показано, что содержание всех исследуемых тяжелых металлов в раковинах моллюсков водоемов северной промышленной зоны достоверно отличается от западной и южной промышленных зон.
Максимальный критерий Стьюдента между северной и западной промышленными зонами не был отмечен ни по одному из рассматриваемых элементов для двухстворчатых и брюхоногих моллюсков; максимальное значение критерия было отмечено между северной и южной промышленными зонами (для марганца по брюхоногим - t = 22,2 при P < 0,05; для бора по двухстворчатым моллюскам t = 18,2 при P < 0,05 и т. д.).
Результаты атомно-абсорбционного анализа показали, что накопление тяжелых металлов в прибрежных растениях водоемов, расположенных в различных промышленных зонах города Гомеля, происходит избирательно, что показано в таблице 3.
Таблица 3 - Содержание тяжелых металлов в прибрежных растениях
Тяжелые металлы Промышленные зоны
северная южная западная
содержание тяжелых металлов, мг/100 г сухой массы
свинец 2,2 ± 0,04 1,7 ± 0,01 1,5 ± 0,005
никель 5,3 ± 0,26 3,3 ± 0,09 1,4 ± 0,002
кобальт 2,1 ± 0,05 0,7 ± 0,01 1,3 ± 0,006
хром 2,1 ± 0,04 1,7 ± 0,06 1,2 ± 0,004
марганец 493,6 ± 7,77 400,0 ± 6,27 400,0 ± 5,20
медь 41,8 ± 0,09 4,0 ± 0,11 1,3 ± 0,007
Следует отметить, что среди всех рассматриваемых элементов в растительных пробах отмечен в преобладающем количестве марганец, причем эта тенденция характерна для всех промышленных зон города Гомеля.
34
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Так, содержание марганца, например, в водной растительности на территории западной промышленной зоны составило 400,0 ± 5,20 мг/100 г сухой массы; в северной зоне -493,6 ± 7,77 мг/100 г сухой массы.
В незначительном количестве по сравнению с марганцем в водных растениях накапливались остальные рассматриваемые элементы. Так, свинец в водных растениях на территории западной промышленной зоны концентрировался в количестве 1,5 ± 0,005 мг/100 г сухой массы; северной -2,2 ± 0,04 мг/100 г сухой массы; никель - 1,4 ± 0,002 мг/100 г сухой массы и 5,3 ± 0,26 мг/100 г сухой массы соответственно для этих зон.
Из данных таблицы 3 видно, что все исследуемые элементы содержались в прибрежных растениях водоемов на территории северной промышленной зоны, которая является самой загрязненной выбросами промышленных предприятий в больших количествах, по сравнению с южной и западной зонами.
Повышенное количество тяжелых металлов в прибрежных растениях водоемов северной промышленной зоны города, возможно, является следствием более напряженной экологической обстановки на этой территории, требует повышения эффективности мероприятий контроля за качеством окружающей среды города и показывает более перспективные, по сравнению с раковинами моллюсков, возможности использования растительности в качестве биоиндикатора.
Такой вывод частично подтверждается также результатами расчета критерия Стьюдента (таблица 4) для промышленных зон города Гомеля по содержанию тяжелых металлов в прибрежных растениях.
Таблица 4 - Критерий Стьюдента для промышленных зон города Гомеля по содержанию тяжелых металлов в прибрежных растениях
Тяжелые металлы / Промышленные зоны
промышленные зоны южная западная
свинец
северная 12,5* 17,5*
южная - 20,0*
никель
северная 7,1* 15,0*
южная - 63,3*
кобальт
северная 28,8* 16,0*
южная - 60,0*
хром
северная 5,7* 22,5*
южная - 8,3*
марганец
северная 9,4* 9,9*
южная - -
медь
северная 270,0* 450,0*
южная - 24,5*
Примечания - Здесь достоверные отличия обозначены *.
В таблице 4 показано, что содержание всех исследуемых тяжелых металлов в прибрежных растениях водоемов северной промышленной зоны достоверно отличается от западной и южной промышленных зон.
Так, для свинца t = 17,5 при P < 0,05 и t = 12,5 при P < 0,05 соответственно для указанных зон; для никеля t = 15,0 при P < 0,05 и t = 7,1 при P < 0,05; для кобальта t = 16,0 при P < 0,05 и t = 28,8 при P < 0,05 и т. д.
Достоверные отличия по содержанию тяжелых металлов в прибрежных водных растениях отмечены также между западной и южной промышленными зонами. Так, для свинца t = 20,0
БІЯЛОГІЯ
35
при P < 0,05 соответственно для указанных зон; для никеля t = 63,3 при P < 0,05; для кобальта t = 60,0 при P < 0,05 и т. д.
Необходимо подчеркнуть, что для половины исследуемых элементов (хрома, марганца, меди) критерий Стьюдента максимален между западной и северной промышленными зонами. Эти результаты также указывают на то, что северная промышленная зона города Гомеля испытывает несколько большую антропогенную нагрузку по сравнению с другими зонами.
Результаты анализа водных проб, представленные в таблице 5, показали, что все изучаемые элементы, за исключением свинца и никеля, в преобладающем количестве определены в пробах из озер, расположенных на территории северной промышленной зоны.
Таблица 5 - Содержание тяжелых металлов в водных пробах
Тяжелые металлы Промышленные зоны
северная южная западная
содержание тяжелых металлов, мг/л
свинец 0,001 ± 0,00008 0,002 ± 0,00001 0,003 ± 0,00002
никель 0,006 ± 0,003 0,009 ± 0,00001 0,0075 ± 0,0001
кобальт 0,0007 ± 0,000001 0,0004 ± 0,00001 0,0004 ± 0,00001
хром 0,0063 ± 0,00001 0,0016 ± 0,00001 0,0042 ± 0,00002
марганец 0,2 ± 0,0005 0,09 ± 0,0003 0,06 ± 0,0009
медь 0,06 ± 0,001 0,04 ± 0,0001 0,02 ± 0,0001
Так, содержание кобальта в воде составило в северной зоне 0,0007 ± 0,000001 мг/л, в южной и западной зонах - 0,0004 ± 0,000001 мг/л; содержание хрома - 0,0063 ± 0,00001 мг/л, 0,0016 ± ± 0,00001 мг/л и 0,0042 ± 0,00002 мг/л соответственно для указанных промышленных зон и т. д.
С целью установления наличия зависимости и ее характера между содержанием тяжелых металлов в растении-индикаторе и окружающей его внешней среде нами были определены коэффициенты корреляции, результаты расчета которых показаны в таблице 6.
Таблица 6 - Коэффициент корреляции между содержанием тяжелых металлов в воде и в прибрежных растениях
Тяжелые Промышленные зоны
металлы северная южная западная
свинец 0,36 0,97 -0,04
никель 0,27 0,27 0,86
кобальт 0,39 -0,87 0,33
хром 0,11 -0,48 -0,90
марганец -0,50 0,94 0,96
медь -0,11 0,99 0,50
В таблице 6 показано, что в большинстве случаев имеет место умеренно высокая прямая корреляционная связь между содержанием тяжелых металлов в воде и в прибрежных растениях водоемов города Гомеля и его окрестностей.
Выводы
1. Отсутствует видоспецифичная закономерность накопления исследуемых элементов раковинами моллюсков с учетом степени антропогенной нагрузки района их обитания.
2. Прибрежные растения и вода водоемов северной промышленной зоны города Гомеля в больших количествах концентрировали исследуемые элементы, по сравнению с южной и западной зонами, за исключением свинца и никеля для воды, что показывает более перспективные по сравнению с раковинами моллюсков возможности использования растительности в качестве биоиндикатора.
3. Установлена умеренно высокая прямая корреляционная связь между содержанием тяжелых металлов в воде и в прибрежных растениях водоемов города Гомеля.
36
ВЕСНІК МДПУ імя І. П. ШАМЯКІНА
Литература
1. Никаноров, А. М. Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах / А. М. Никаноров, А. В. Жулидов. - Л. : Гидрометеоиздат, 1991. - 311 с.
2. Мур, Дж. Тяжелые металлы в природных водах / Дж. Мур, С. Рамамурти. - М. : Мир, 1987. - 285 с.
3. Федорова, Е. В. Биоаккумуляция металлов растительностью в пределах малого аэротехногенного загрязненного водосбора / Е. В. Федорова, Г. Я. Одинцева // Экология. - 2005. - № 1. - С. 26-31.
4. Сапегин, Л. М. Состояние прибрежно-водной растительности озер города Гомеля / Л. М. Сапегин, Н. М. Дайнеко, С. С. Шейко // Проблемы геоэкологии и экологическая безопасность городских агломераций : материалы I Междунар. научно-практ. конф., Гомель, 23-25 окт. 1998 г. / Гом. гос. ун-т ; редкол. : А. Н. Кусенков (отв. ред.) [и др.]. - Гомель, 1998. - С. 103-107.
5. Макаренко, Т. В. Изучение содержания тяжелых металлов в водных экосистемах города Гомеля и его окрестностей / Т. В. Макаренко // Изв. Гомел. гос. ун-та им. Ф. Скорины. - 2002. - № 4(13). - С. 26-35.
6. Макаренко, Т. В. Динамика накопления тяжелых металлов мягкими тканями моллюсков в водоемах города Гомеля / Т. В. Макаренко // Изв. Гомел. гос. ун-та им. Ф. Скорины. - 2007. - № 6(45). -С. 106-112.
7. Физико-химические методы в экологии: практическое руководство для выполнения курсовых и дипломных работ студентами специальностей Н.06.01 «Экология» и Н.04.01. «Биология» / В. Г. Свириденко [и др.]. - Гомель : ГомГУ им. Ф. Скорины, 2002. - 122 с.
8. Методы исследования качества вод водоемов / А. П. Шицкова [и др.] ; под общ. ред. А. П. Шицковой. - М. : Медицина, 1990. - 350 с.
9. Сборник методик выполнения измерений, допущенных к применению в деятельности лабораторий экологического контроля предприятий и организаций Республики Беларусь / В. И. Алешка [и др.] ; под общ. ред. В. И. Алешка. - Минск : НТЦ «АПИ», 1998. - 250 с.
10. Годовой обзор состояния загрязнения атмосферного воздуха в городе Гомеле за 2007 год / М-во природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь, Департамент метеорологии, Гомельский областной центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды; лаборатория экологического мониторинга ГУ «Гомельоблгидромета». - Гомель, 2007. - 25 с.
Summary
This work represents the facts about heavy metal content in bowls molluscs, coastal plants from the reservoirs located in the territory of western, southern and northern industrial zones of Gomel. The author has defined the Concentration of the investigated heavy metals in the reservoirs located in specified industrial zones, testing various degree of anthropogenous loading, and also established the features of accumulation of these elements by water organisms. He has revealed in most cases moderate-high direct correlate communication between the heavy metal content in water and water plants of Gomel’s reservoirs and its neighbouring.
Поступила в редакцию 27.11.08.
