CC BY
52
НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ У ЗЕЛЕНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ-МАКРОФИТОВ В АВАЧИНСКОЙ ГУБЕ (ЮГО-ВОСТОЧНАЯ КАМЧАТКА)
С.О. Очеретяна
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003
е-таИ:^е(а_кат_08@ИоАох. ги
Приводятся сведения по накоплению тяжелых металлов у массовых видов зеленых водорослей отдела СЫогорИу1а, встречающихся в Авачинской губе в местах бункеровки флота в бухтах Турпанка, Серо-глазка, Ильичёва в период с ноября по декабрь при температуре воды 4оС. Места сбора проб характеризуются комплексным техногенным загрязнением. Проведено сравнение содержания металлов в воде и водорослях и показано, что изученные виды СЫогорИу1а могут служить индикаторами металлического загрязнения морских акваторий.
Ключевые слова: антропогенное загрязнение, тяжелые металлы, биомониторинг, зеленые водоросли, Авачинская губа.
Heavy metal accumulation in green algae-macrophytes in the Avacha Bay. S.O. Ocheretyna (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatski, 683003)
The article gives information on the accumulation of heavy metals in the dominant species of green algae Division Shlorophyta found in the Avacha Bay in place of bunkering in the harbors Turpanka, Seroglazka, Ilyicheva in November and December when the water temperature was 4 оС. Muster samples are characterized by a complex man-made pollution. A comparison of metal concentrations in water and algae is made. Studied species of Chlorophyta can serve as an indicator of metal pollution of marine waters.
Key words: antropogenic pollution, heavy metals, biomonitoring, green algae, Avacha bay.
Изучение экологического состояния Авачинской губы началось несколько десятилетий назад. За этот период было опубликовано большое количество данных о состоянии биотического компонента экосистемы этой акватории и показано, что он претерпел существенные изменения. Наиболее полно в этом районе была изучена антропогенная деструкция макрофитобентоса. Данные исследований были опубликованы в работах Н.Г. Клочковой, В.А. Березовской [1] и
В.А. Березовской [2], которые показали, что конечным этапом антропогенного изменения аль-гофлоры в литоральной зоне шельфа является замещение бурых и красных водорослей зелеными водорослями. Это явление имеет название «зеленый прилив». Позже о нем писали другие авторы [3, 4]. Проведенные нами исследования показали, что видовой состав зеленых водорослей в Авачинской губе подвержен значительным сезонным и пространственным изменениям, что во многом определяется уровнем загрязнения акватории.
Известно, что воды Авачинской губы, особенно в районах размещения промышленных предприятий, загрязнены тяжелыми металлами [1]. Концентрация их в воде не является постоянной, поскольку гидродинамические условия в Авачинской губе обусловливают сильное перемешивание и перемещение водных масс. Более полно о металлическом загрязнении района можно судить по концентрации тяжелых металлов у сидячих донных организмов [5-7], к числу которых относятся макрофиты. Среди макрофитов наиболее часто используются красные и особенно бурые водоросли. Однако в местах с очень сильным загрязнением, к которым относятся места сбора обработанного нами материала, они часто отсутствуют. К этому следует добавить, что многие эфемерные красные и бурые водоросли в холодную половину года прекращают свою вегетацию, в то время как зеленые встречаются почти весь год. Все это определяет интерес к изучению возможностей использования представителей отдела Chlorophyta в экологическом мониторинге в качестве показателей металлического загрязнения акваторий.
Материалами для настоящей работы стали пробы зеленых водорослей, собранные в период с ноября по декабрь 2009 г. в бухтах Ильичёва, Сероглазка и Турпанка, различающихся гидрологическими условиями и уровнем загрязнения. В первой из указанных бухт водоросли собирались автором в литоральной зоне, в двух других - в сублиторальной с помощью водолаза.
Небольшая б. Ильичёва расположена во внутренней части глубоко врезанной в материк б. Раковая. Ее центральная часть является местом базирования военных кораблей. Мысом Северный она закрыта от активного воздействия приливных вод и в целом характеризуется как слабопромываемый район. В бухту достаточно активно проникают воды с противоположного берега б. Раковая, вдоль которого расположены причальные сооружения судоремонтного завода, ТЭЦ-1 и других промышленных предприятий, а также канализационные коллекторы, несущие хозяйственно-бытовые воды от расположенного рядом жилого массива.
Бухта Сероглазка была выбрана как место хронического антропогенного загрязнения, поступающего с берега, в основном с городскими канализационными стоками и от многочисленных судов, базирующихся у причалов колхоза им. В.И. Ленина и других рыбодобывающих и рыбообрабатывающих предприятий. Здесь также расположены места бункеровки флота и разгрузки танкеров. Эта бухта, напротив, широко открыта ветрам и является местом выхода из промежуточного слоя на поверхность приливных вод. Бухта Сероглазка является одной из наиболее загрязненных в Авачинской губе и имеет множественные органолептические признаки загрязнения, включая ощутимый запах канализационных стоков и нефтепродуктов.
Бухта Турпанка находится у западного побережья Авачинской губы, рядом с дельтами рек Паратунка и Авача. Сточные пресные воды во время отлива поджимаются к западному берегу и, разбавляя прибрежную водную массу, оказывают на нее очищающее действие.
В ходе камеральной обработки собранные пробы зеленых водорослей делились на две части. Одна подвергалась морфометрическому анализу, а другая направлялась на химический анализ для определения содержания в водорослях меди, цинка, кадмия, свинца, никеля. Подготовку материала для светооптического исследования структуры клеток проводили по стандартным методам [8]. Большинство изученных водорослей были исследованы в живом состоянии, и только часть из них - в фиксированном, в виде постоянных желатиноглицериновых препаратов. Для микроскопических исследований, необходимых для идентификации видов, составляющих пробу, использовался микроскоп Olympus BX 40. Микрофотографии водорослей были сделаны с помощью фотонасадки в программах Scope Photo и Infinity.
Для выявления различий в среде обитания, связанных с разными концентрациями поллю-тантов, то есть загрязняющих веществ, наиболее корректным представляется сравнение содержания тяжелых металлов в организмах одного и того же вида. Однако зеленые водоросли практически никогда не образуют монодоминантные заросли. Чаще это смесь нескольких видов, особенно в сообществах, образованных нитчатыми представителями.
Все виды Chlorophyta, входящие в изученные пробы, относятся к эфемерным представителям морской альгофлоры и имеют короткие жизненные циклы, следовательно, абсорбция тяжелых металлов у них происходила в течение одного и того же осеннего периода времени.
С.А. Патин (1979) связывал способность водных организмов к концентрации металлов со степенью развития их поверхности. Однако накопление элементов у организмов, находящихся в морской воде, представляющей собой раствор солей, практически не зависит от размеров их поверхности. Аккумуляция элементов в этой среде более зависит от биосорбционных свойств гидробионтов.
В пробы, собранные для химического анализа в бухтах Турпанка и Сероглазка, входила только пластинчатая водоросль Ulvaria splendens. В б. Ильичёва проба представляла собой смесь нитчатых видов Urospora penicilliformis, Urospora wormskjoldii и Ulothrix implexa. Морфофизиологическое состояние осенне-зимних генераций видов, у которых определялось накопление тяжелых металлов, описано ниже.
Ulvaria splendens Rupr. - Ульвария блестящая (рис. 1)
Ruprecht, 1850 : 218.
Тонкие, многократно перфорированные, рваные однослойные пластины широкоовальные или иных очертаний, с ровным краем, до 20 см в поперечнике. В районах с высоким содержанием в воде растворенных органических веществ поперечник пластины этого вида в летнее время может достигать 40-60 см и более. В основании слоевища просматривается короткая, едва заметная уплощенная ножка с небольшой подошвой. Цвет живых растений светло- или темно-зеленый, высушенных - грязно-зеленый с бурыми пятнами и штрихами. Текстура пластинок более жесткая, чем у представителей летних генераций, толщина до 50 мкм. С поверхности слоевища клетки угловатые, до 23 мкм в поперечнике. На поперечном срезе клетки вытянуто-прямоугольные. Хроматофор не имеет свойственной для вида гантелеобразной формы и, как это показано на рис. 1, заполняет либо всю клетку, либо в разной степени сдвинут к одному из ее концов.
Материал для исследования был собран при температуре воды 4°С, в б. Турпанка - в сублиторали на глубинах 2-4 м в начале декабря, в б. Сероглазка - в нижнем горизонте литорали, на границе с сублиторальной каймой.
Urospora penicilliformis (Roth) Aresch. - Уроспора кисточковидная (рис. 2)
Areschoug, 1874 : 4.- Conferva penicilliformis Roth, 1806 : 272.
Слоевище имеет вид неразветвленных, нежных, слизистых на ощупь нитей до 3 см длиной, темнозеленого цвета. Нити утолщаются от основания к вершине от 20-25 до 100 мкм, одеты общей слизи-
стой оберткой, достигающей 20 мкм толщины. В средней части и у верхушки они состоят из раздутых боченкообразных клеток. Стерильные клетки 1 : 1(2), 50-180 мкм шириной. В стерильной части слоевища перетяжки между клетками слабозаметные, у фертильных клеток они хорошо выражены. Фертильные клетки немного больше, бочонковидной формы 100-150 мкм толщиной. Более 50% изученной выборки составляли фертильные растения. Прикрепляется к грунту ри-зоидальными выростами, которые отходят от базальной клетки и двух-трех расположенных выше нее клеток. Хлоропласт грубый, занимает всю клетку. Практически у всех изученных растений наблюдалась сильная деформация клеток и их активное деление. Растения часто имеют интеркалярные многоклеточные участки с более мелкими клетками.
Пробы для анализа были отобраны в верхнем и среднем горизонтах литорали на крупно- и мелковалунном грунте. Температура воды в момент сбора водорослей составляла 4°С, воздуха -минус 2°С.
Urospora wormskjoldii (Mert.) Rosenv. - Уроспора Вормскьолда (рис. 3)
Rosenvinge, 1893 : 920. - Conferva wormskjoldii Mertens, 1818 : 6.
Слоевище в виде неразветвленных, нежных, очень слизистых на ощупь нитей 3-7 см в длину, светло-зеленого или желтовато-зеленого цвета. В защищенных от прямого света местах имеет более
темную окраску. Нити от основания к вершине заметно утолщаются - от 40-80 до 400-800 (1000) мкм, состоят из раздутых боченковидных клеток. Верхушечные клетки нитей вытянуто-овальные или почти сферические, в основании квадратные или округлопрямоугольные. Прикрепляется к грунту базальной клеткой. Дополнительно прикрепляется ризоидальными выростами, отходящими от базальной и нескольких расположенных выше нее клеток. Хлоропласт грубый, париетальный или имеет форму перфорированного пояска.
Этот эфемер обильно развивается в первую половину года. В начале лета в Авачинском заливе образует отчетливые, достаточно широкие пояса, во второй половине лета опускается на большие глубины и встречается там небольшими скоплениями. В изученной пробе встречаемость U. wormskjoldii составляла не более 10%.
шш IS»*/ J^*«i Ш/?Тжг1 Mw/ш ? %
Рис. 3. Вид Urospora wormskjoldii
Ulothrix implexa (КШе.) КШе. - Улотрикс перепутанный (рис. 4)
^Ш1е, 1901 : 22.
Очень тонкие, прикрепленные к грунту или плавающие, поникающие, переплетенные нити. Образованы одним рядом квадратных клеток. Клетки, длина которых меньше ширины, не встречались. Почти все изученные нити Uloth-rix implexa были стерильны. Базальные клетки нитей длинные, цилиндрические, не более 6 мкм толщиной. Ширина фертильных клеток у верхнего конца нити не превышает 13 мкм. Их форма мало отличается от формы соседних вегетативных клеток. Оболочки клеток тонкие, толщиной не более 2,6 мкм. Хлоропласт вытянут, местами перфорирован, имеет вид незамкнутого цилиндра или пояска, у которого края равномерно усеченные, несомкнутые. В зрелых клетках, находящихся в предфертильном состоянии, он может быть пристенным.
В изученной выборке, взятой из пробы для определения тяжелых металлов, встречаемость U. implexa составляла не более 10%. Пользуясь случаем, отметим, что в Авачинской губе в массовом количестве вид отмечен впер-
вые. Судя по частоте встречаемости, способности расти на грунте, можно говорить, что пик развития вида у Камчатки приходится на холодное осеннее время года. Ранней весной при тех же температурах воды и воздуха в тех же или близких по условиям обитания местах U. implexa нам в таких количествах не встречался.
Определение содержания в морской воде и пробах зеленых водорослей тяжелых металлов производилось в специализированной лаборатории ОАО «Камчатгеология» по стандартной методике с помощью атомно-абсорбционного метода. Вода, взятая в месте отбора проб зеленых водорослей, и пробы этих водорослей передавались на анализ в день их отбора.
Данные по содержанию тяжелых металлов в исследованном материале представлены в табл. 1.
Таблица 1
Содержание тяжелых металлов в водорослях и воде в разных участках побережья Авачинской губы
Бухта Объект исследования Тяжелые металлы
Си 7п РЬ N1 са
Ильичёва Зеленые водоросли (мг/кг, Р 0,95) 1,2 ± 0.2 7,7 ± 1.5 1,62 ± 0.81 <1,0 <0,1
Вода, мг/л <0,01 <0,5 <0,01 <0,05 <0,001
Сероглазка Зеленые водоросли (мг/кг, Р 0,95) 12,0 ± 2,4 17,0 ± 3,4 4,8 ± 2,4 5,1 ± 1.3 <0,1
Вода, мг/л <0,01 <0,5 <0,01 <0,05 <0,001
Турпанка Зеленые водоросли (мг/кг, Р 0,95) 2,5 ± 0,5 9,4 ± 1,9 1,8 ± 0,9 1,9 ± 0,5 <0,1
Вода, мг/л <0,01 <0,5 <0,01 <0,05 <0,001
Из данных, представленных в табл. 1, видно, что судить о различиях экологического состояния водоемов по концентрации тяжелых металлов в воде невозможно, поскольку во всех районах исследования она незначительна и одинакова. Объясняется это, скорее всего, сильным перемешиванием морских вод, которое обеспечивают, в первую очередь, приливно-отливные и постоянные течения и волнение поверхностного слоя водной массы.
Сравнение содержания тяжелых металлов в воде и водорослях показывает, что у изученных представителей отдела СЫогорЬ^а оно всегда выше, чем в воде. В табл. 2 показано, во сколько раз концентрация того или иного металла в водорослях больше, чем в воде.
Таблица 2
Активность извлечения из воды водорослями тяжелых металлов в разных участках побережья Авачинской губы
Бухта Тяжелые металлы
Си 7п РЬ N1 са
Ильичёва 120 15,4 162 20 100
Сероглазка 1200 34 480 102 100
Турпанка 250 18,8 180 38 100
Для определения приведенных в табл. 2 показателей среднее значение концентрации металла у водорослей делилось на значение его концентрации в воде. Несмотря на условность полученных результатов, они весьма показательны. Так, из табл. 2 видно, что зеленые водоросли наиболее активно извлекают из среды медь, свинец и кадмий, несмотря на то, что общий уровень накопления последнего элемента и в морской воде, и в водорослях мал, <0,001 и <0,1 соответственно. В меньшей степени они способны к извлечению из воды цинка и никеля.
Обращает на себя внимание тот факт, что активность поглощения одних и тех же тяжелых металлов в разных районах побережья разная. Наиболее высокая она, как это видно из табл. 2, в б. Сероглазка. Объясняется это, скорее всего, тем, что изначально сюда поступает большее, чем в другие бухты, количество техногенных стоков, но затем они разбавляются водной массой, поступающей в бухту из открытой части Авачинской губы, до значений, которые и были зарегистрированы в изученной пробе воды.
Приведенные в табл. 2 значения активности извлечения водорослями из воды тяжелых металлов косвенно позволяют сравнить экологическую ситуацию в разных бухтах. Но поскольку в
б. Ильичёва анализировались нитчатые виды родов Urospora и Ulothrix, а в бухтах Сероглазка и Турпанка пластинчатая Ulvaria splendens, сравнивать между собой можно лишь две последние бухты и говорить при этом, что металлическое загрязнение в б. Сероглазка выше, чем в б. Турпанка. В отношении данных, приведенных для б. Ильичёва, можно говорить лишь о том, что нитчатые зеленые водоросли также способны поглощать из воды значительные количества тяжелых металлов.
Относительное содержание в изученных пробах разных элементов показано на рис. 5. Их общее количество в каждой из проб было принято нами за 100%.
70 60 50 40 30 20 10 0
б. Ильичёва б. Сероглазка б. Турпанка
Рис. 5. Доля разных металлов в их общем содержании в проанализированных пробах зеленых водорослей, %
Из представленного рисунка видно, что во всех районах исследования самую большую долю среди тяжелых металлов имеет цинк, а самую малую - кадмий. Если в пробах из бухт Ильичёва и Турпанка цинк является абсолютным доминантом, то в б. Сероглазка его доля ненамного превосходит таковую по меди, что, наряду с данными табл. 1, 2, говорит о высоком загрязнении бухты каждым из изученных металлов.
Для того чтобы судить об уровне загрязненности исследованных районов тяжелыми металлами по их концентрации в водорослях, их максимальные значения были приняты за 100%, а остальные определены как доля от максимального значения. Данные расчетов представлены на рис. б. Из рисунка видно, что самые высокие концентрации всех изученных элементов характерны для Ulvaria splendens, произрастающей в б. Сероглазка. Содержание тяжелых металлов у того же вида Ulvaria splendens из б. Турпанка заметно ниже, что говорит о более благоприятной экологической ситуации в этом районе.
1CC
SC
6C
4C
20 0
Си РЬ N1 са
Рис. 6. Относительные показатели загрязнения зеленых водорослей тяжелыми металлами
в разных бухтах, %
Таким образом, проведенные нами исследования показывают, что разные виды зеленых водорослей активно накапливают тяжелые металлы. По их суммарному содержанию можно судить об антропо-генно-импактных условиях отдельных районов побережья Авачинской губы. Несмотря на сходство содержания тяжелых металлов в проанализированных пробах воды из разных мест исследования,
т
б. Ильичёва
□ б. Сероглазка
□ б. Турпанка
использование зеленых водорослей - основных представителей макрофитобентоса загрязненных районов - позволяет характеризовать загрязненность разных бухт и говорить о том, что самой грязной из них является б. Сероглазка.
Литература
1. Клочкова Н. Г., Березовская В. А. Макрофитобентос Авачинской губы и его антропогенная деструкция. - Владивосток: Дальнаука, 2001. - 208 с.
2. Березовская В.А. Макрофитобентос как показатель состояния среды в прибрежных водах Камчатки: Автореф. дис. ... д-ра геогр. наук. - Владивосток, 2002. - 49 с.
3. Очеретяна С.О., Клочкова Н.Г. Позднеосенний состав зеленых эфемерных водорослей в районах бункеровок флота в Авачинской губе (юго-восточная Камчатка) // Вестник КамчатГТУ. - 2010. - № 11. - С. 58-64.
4. Очеретяна С.О., Куплинова А.В. Влияние загрязнения на литоральную альгофлору побережья Авачинской губы, испытывающего длительную антропогенную нагрузку // Природноресурсный потенциал региона: современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Сб. материалов межрегион. науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (Петропавловск-Камчатский, 23-25 марта 2010 г.). - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2010. - С. 86-88.
5. Христофорава Н.К. Биоиндикация и мониторинг загрязнения морских вод тяжелыми металлами. - Л.: Наука, 1989. - 192 с.
6. Агеева З.К., Очеретяна С.О. Морфо-физиологические характеристики mytilus trossilis, обитающей в загрязненных районах Авачинской губы // Природно-ресурсный потенциал региона: современное состояние, охрана, промысловое и техническое использование: Сб. материалов межрегион. науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых (Петропавловск-Камчатский, 23-25 марта 2010 г.). - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2010. - С. 52-54.
7. Касперович Е.В. Техногенное влияние морских транспортных средств на состояние экосистем прикамчатских вод: Автореф. дис. ... канд. биол. наук. - Петропавловск-Камчатский, 2011. - 25 с.
8. Паушева З.П. Практикум по цитологии растений. - М.: Колос, 1974. - 283 с.
9. Патин С.А. Загрязнение Мирового океана и его биопродуктивность // Биологические ресурсы гидросферы и их использование. Биологические ресурсы Мирового океана. - М.: Наука, 1979. - С. 208-230.
