CC BY
28
————— ВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ АРИДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ ======
УДК 598.2; 578.4
ОБ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКЕ КАЧЕСТВА МОРСКОЙ ВОДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФИТО- И ЗООПЛАНКТОНА
© 2019 г. Н.И. Рабазанов*' ***, А.Ф. Сокольский**, С.С. Евсеева**, Р.Н. Рабазанов***
*Прикаспийский институт биологических ресурсов Дагестанского научного центра РАН Россия, 367000, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, д. 45. E-mail: [email protected] **Астраханский архитектурно-строительный университет Россия, 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, д. 18. E-mail: [email protected] ***Дагестанский государственный университет Россия, 367000, г. Махачкала, ул. М. Гаджиева, д. 43
Поступила в редакцию 01.02.2019. После доработки 01.03.2019. Принята к публикации 01.03.2019.
В статье приведена интегральная диагностика качества морской воды методом биологического тестирования на примере участка «Тюлений». Она выполнена на основе методических указаний Российского регистра гидротехнических сооружений и государственного водного кадастра Министерства природных ресурсов России. За основу приняты морские токсикологические биотесты многолетних экспериментальных исследований Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии (ВНИРО) по проблеме загрязнения водоемов и другие данные, позволившие выявить особенности реагирования гидробионтов на токсические примеси. Экспериментальная часть исследований проводилась на культуре морских одноклеточных водорослей Phaeodactylum tricornutum Bohlin, на планктонных ракообразных Artemia salina L. Сравнительный анализ результатов исследований 2001-2006 годов показал отсутствие острого токсического действия на тест-объект зоопланктона и фитопланктона. На всем протяжении исследуемого периода удалось выделить весну 2002 года, когда был зафиксирован средний самый низкий за пять лет исследований уровень токсичности воды. Из полученных результатов следует, что средние значения уровня токсичности вод не претерпевали значительных изменений и находились на одном уровне.
Ключевые слова: Каспийское море, участок «Тюлений», биотестирование, уровень токсичности, тест-объект, микроводоросли, зоопланктон. DOI: 10.24411/1993-3916-2019-10068
В условиях растущего техногенного загрязнения окружающей среды оценка ее состояния в значительной мере зависит от достоверности и оперативности контроля качества воды (Абдурахманов и др., 2003). Полный физико-химический анализ воды по всем установленным нормативам не позволяет оценить результаты комплексного воздействия присутствующих в воде загрязняющих веществ на экосистему водного объекта в целом. В связи с острой необходимостью в практике предотвращения загрязнения следует широко использовать токсикологические методы в отношении химического загрязнения водоемов (Абдурахманов и др., 2002). К числу наиболее эффективных мероприятий, отвечающих целям охранных мер и учитывающих экологический аспект, относится применение методов биотестирования с использованием чувствительных тест-организмов для оценки токсичности воды. При этом представлены возможности получить интегральную оценку токсичности, значительно сократить объем химико-аналитической работы и повысить оперативность контроля над состоянием природных водных объектов (Абдурахманов и др., 2004, 2011).
Объект и методы исследования
Результаты биотестирования исследуемых сред позволяют оперативно оценивать воздействие на жизнедеятельность водных организмов различных загрязнений, причем не отдельных токсикантов, а их соединений, частью неизвестной природы и не выявляемых другими методами анализа.
Определение полного перечня присутствующих в исследуемых водах веществ современными аналитическими методами связано с большими материальными затратами. Выявление достоверного количественного значения тест-параметров (смертность, выживаемость, плодовитость) и тест-реакций организма (изменение морфологического, биохимического, поведенческого и функционального показателей) позволяет получить наиболее полные сведения при минимальных затратах на выполнение контрольных операций.
Исследования в области разработки и использования метода биотестирования в водоохранной практике проводились во многих научно-исследовательских и учебных институтах. В 1980 г. была признана необходимость применять биотестирование как показатель оперативной интегральной диагностики качества вод. В 1981-1986 гг. методики биотестирования были апробированы и рекомендованы для определения токсичности сточных и природных вод.
Остров Тюлений, второй по величине (после острова Чечень) и самый отдалённый изолированный от моря участок суши дагестанского побережья, расположен в северо-западной части акватории Каспийского моря в 50 км к юго-востоку от устья р. Кума. Основными факторами, влияющими на формирование гидрофауны прилегающей акватории о. Тюлений, являются смешение морских и пресных вод (влияние волжского стока), небольшие глубины и господствующие здесь северо-западные и юго-восточные ветры. Определение уровня токсичности морских вод проведено на участке «Тюлений» в акватории Западного Прикаспия с применением общепринятых методов исследований (Методические ..., 1978; Руководство ..., 2002). В основу предлагаемой системы морских токсикологических биотестов положены результаты обобщения многолетних экспериментальных исследований ВНИРО по проблеме загрязнения водоемов и многочисленных литературных данных, позволивших выявить особенности реагирования гидробионтов разных систематических групп на токсические примеси различной природы и происхождения. Экспериментальная часть исследований проводилась на культуре морских одноклеточных водорослей Phaeodactylum tricornutum Bohlin, на планктонных ракообразных Artemia salina L.
Результаты и их обсуждение
Фитопланктон. Использование микроводорослей для биотестирования природных вод отличается от других тест-объектов быстротой и высокой чувствительностью к действию токсикантов различной химической природы. В качестве тест-объекта была использована культура клеток морских одноклеточных водорослей Phaeodactylum tricornutum Bohlin. Данный вид чувствителен к различного рода загрязнениям и наиболее хорошо изучен в токсикологическом плане (Методические ..., 1978). Применение этих водорослей также обусловлено быстрым получением большого количества биологического материала и возможностью выращивания в лабораторных условиях в течение всего года.
Данные биотестирования вод акватории участка «Тюлений» объективно отражают высокую чувствительность выбранной культуры водорослей, характерной для условий Западного Каспия, представляющего акваторию, подверженную интенсивному антропогенному воздействию.
Наибольшая величина процента отклонения численности культуры водорослей в опыте от контроля была зафиксирована в 2001 году в весенний период. В последующие годы максимальные значения этого отклонения не достигали высоких показателей. Из всего исследуемого периода (20012003, 2005-2006 гг.) необходимо выделить весну 2002 года, когда был зафиксирован средний самый низкий уровень токсичности воды для анализируемой акватории (табл. 1).
Таблица 1. Уровень общей токсичности воды на участке «Тюлений» (% отклонения численности клеток водорослей РИавоёасРуЫт МсогпШит от контроля).
Процент отклонения, % 2001 год 2002 год 2003 год 2005 год 2006 год
весна осень весна осень лето осень лето осень лето осень
min 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
max 11.8 88.6 88.3 24.5 24.0 30.0 35.0 40.0 35.0 35.0
среднее 3.8 7.7 3.0 13.0 9.5 15.8 8.8 13.5 17.6 14.8
Рассматривая результаты биотестирования по периодам, следует отметить, что средние значения уровня токсичности вод не претерпевали значительных изменений и находились на одном уровне, не превышая 17.6%. Согласно классификации, приведенной в таблице 2, вода на исследуемой акватории оценивается как «нетоксичная».
Таблица 2. Характеристики степени токсичности испытуемых проб (Жмур, Орлова, 2001).
Отклонение от контроля, % Оценка
до 20 нетоксичная
от 50 и более острая токсичность
По осредненным данным повышенный уровень токсичности воды за весенний период был характерен: на участке «Тюлений» для центрально-восточного и частично западного районов, а на прилегающей территории - для запада (район о. Чапурья коса и о. Тюлений; рис. 1).
■|7°0П' 47°ЗП' 48°ПП' 48°30' 49°0П' 49°ЗП' 50°00'
47°0(1' 47°30' 48°00' 48°30' 49о00' 49°30' 50°00'
Рис. 1. Пространственное распределение относительной численности Phaeodactylum tricomutum ВоЫт в весенний период, %.
47°00' 47°30' 48°00' 48°30' 49°00' 49°30' 50°00'
47°00' 47°30' 48°00* 48°30' 49°00' 49°30" 50°00'
Рис. 2. Пространственное распределение относительной численности Phaeodactylum tricomutum ВоЫт в летний период, %.
В летний период 2003, 2005 и 2006 гг. максимальные величины показателя токсичности воды (30%) регистрировались на участке «Тюлений» и прилегающей к нему акватории. Доля зон с высокими значениями критерия токсичности была выше вне рассматриваемого участка. По осредненным за рассматриваемый период данным, зоны, характеризующиеся повышенной токсичностью, располагались в западно-центральной части анализируемого участка и в большей части западного района прилегающей акватории (рис. 2).
В осенний период на протяжении пяти лет исследований также отмечались пространственные смещения зон, характеризующихся повышенной токсичностью. С 2003 года отмечен рост средней величины показателя токсичности.
Средние из максимальных значений критерия токсичности за осенний период 2001-2003, 20052006 гг. не превышали 21% и относительно равномерно распределялись на всей акватории участка «Тюлений» и прилегающих участках моря (рис. 3).
В исследуемые периоды на протяжении нескольких лет токсичность воды в районе участка «Тюлений» характеризовалась относительно небольшой изменчивостью. Зоны с повышенным процентом отклонения водорослей от контроля были малочисленны, имели локальное распределение и в большей степени регистрировались на прилегающей к участку акватории, т.е. за пределами участка «Тюлений». Чуть более повышенные осредненные значения уровня общей токсичности воды на участке были характерны для летнего и осеннего периодов (табл. 3).
Анализ данных с 2001 по 2006 гг. показал, что максимальные значения показателя токсичности
воды на акватории участка «Тюлений» были зафиксированы весной многоводного 2001 г., тогда как минимум отмечен осенью 2001, весной 2002 и летом 2003 и 2005 гг.
Результаты исследований за периоды весны, лета и осени 2001-2003, 2005-2006 гг. позволяют сказать, что вода в районе участка «Тюлений» не обладала острым токсическим действием для тест-объекта Phaeodactylum tricornutum Bohlin.
Рис. З. Пространственное распределение относительной численности Phaeodactylum tricornutum Bohlin в осенний период, %.
Рис. 4. Пространственное распределение средних значений гибели тест-объектов зоопланктона в весенний период, %.
Таблица 3. Осредненные значения уровня общей токсичности воды на лицензионном участке «Тюлений».
Виды гидробионтов Процент отклонения от контроля,% Весна Лето Осень
Фитопланктон: одноклеточная водоросль Phaeodactylum tricornutum Bohlin (численность клеток водорослей) среднее 9 i3 i3
max 3i.6 30 2i
Зоопланктон: жаброногий рачок Artemia salina (кол-во организмов) Процент гибели, % Весна Лето Осень
среднее 5.S i6.4 ii.i
max 20 21.5 23.3
Зоопланктон. В качестве тест-объекта зоопланктона использовали жаброногого ракообразного
Artemia salina L.
Анализ материалов, характеризующих токсикологическое состояние морской среды экспериментального участка «Тюлений» в 2001-2006 годах с использованием тест-объекта Artemia salina L., показывает, что степень загрязнения воды на отдельных его участках по сезонам года была различной.
В весенний период наибольшая токсичность морской среды (13.5-20%) отмечена на станциях, расположенных в центральной (в районе б. Кулалинской) и южной (восточнее б. Б. Жемчужной) частях акватории. Уровень токсичности, соответствующий 20%, был зарегистрирован также на акватории, прилегающей к западной границе изучаемого участка. На остальной акватории участка гибель тест-объектов не превышала 10% (уровень, допустимый в контроле).
В среднем в весенний период уровень токсичности воды лицензионного участка «Тюлений» был ниже допустимого в контроле и составил 5.8%, повышенные его значения отмечены в центральной части наиболее интенсивного использования участка, включая прилегающую акваторию о. Чечень (рис. 4).
В летний период с поступлением волжских полых вод возрастает и уровень токсичности воды изучаемой акватории моря по сравнению с весенними значениями. Наибольшая степень токсичности тестируемой воды (25.9-27.5%) участка «Тюлений» отмечена на станциях, расположенных в центральной (районы б. Ракушечная и б. Кулалинская) и северо-западной частях, включая западную границу исследуемой части акватории моря.
Уровень токсичности, соответствующий 15-23.4%, формировался в северо-западной, центральной, а также в юго-восточной частях участка. На остальной территории уровень токсичности воды был несколько выше допустимого, чем в контроле, и составил 11.7-13%, за исключением станций, расположенных в южной части, где он соответствовал контрольным значениям.
Анализ материалов летнего периода 2003-2006 гг. показывает, что наибольшая токсичность воды отмечена в многоводном 2005 году. В целом, средний уровень токсичности воды участка «Тюлений» в летний период составлял 16.4% (табл. 3). Наибольшие значения отмечены в северо-западной и центральной его частях и на прилегающей акватории в зоне адвекции волжских вод (рис. 5).
В осенний период уровень токсичности воды участка «Тюлений» снижается. Наибольший процент гибели тест-объектов отмечен в северо-западной, центральной и юго-восточной частях исследуемой акватории и составляет 20.01-23.3%. Уровень токсичности, соответствующий 30%, зарегистрирован на прилегающей к западной границе участка акватории, находящегося под воздействием поступления в море вод Волго-Каспийского канала. На остальной акватории участка «Тюлений» уровень токсичности морской воды находился в интервале значений от 11.3 до 18.3%. Средний уровень токсичности воды на участке «Тюлений» для осеннего периода составил 11.1% (табл. 3). Наибольшие его значения отмечены в северо-западной и юго-восточной частях и в западном районе прилегающей акватории (рис. 6).
47°00' -|7°ЛГ 48°00' 48°30' 49°0(Г 49°Э0' 50°00'
47°00' 47°30' 48°00' 48°30' 49°00' 49°3(Г 50°00'
Рис. 5. Пространственное распределение средних значений гибели тест-объектов зоопланктона, летний период, %.
47°00' 47°30* 48°00' 48°30' 49°00' 49°30' 50°00'
47°00' 47°30" 48°00* 48°30' 49°00' 49°30' 50°00'
Рис. 6. Пространственное распределение средних значений гибели тест-объектов зоопланктона, осенний период, %.
Сравнительный анализ результатов исследований 2001-2006 годов показал отсутствие острого токсического действия на тест-объект зоопланктона. Наибольший уровень токсичности воды (3033.3%) на экспериментальном участке «Тюлений» отмечен в летний период 2005 г. и осенний 2006 г. Установлено, что наиболее высокая токсичность воды была в центральной и южной частях изучаемой акватории и характеризовались коагуляцией и седиментогенезом взвешенных веществ, поступающих с речным стоком и сорбирующих на своей поверхности токсические вещества, включая хлорорганические соединения и тяжелые металлы.
Заключение
В результате интегральной оценки качества воды методом биотестирования показано, что весной 2002 года наблюдался самый низкий за пять лет исследований уровень токсичности воды для
анализируемой акватории. В течении всех пяти лет наблюдений уровень токсичности вод не претерпевал значительных изменений и находился на уровне 17.6% от контроля. Согласно известной классификации, вода на исследуемой акватории оценивается как «нетоксичная».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Абдурахманов Г.М., Гаджиев А.А., Гаджиев А.А. 2011. Поисковое бурение скважины № 1 в глубоководной части Среднего Каспия - Комплексная оценка и анализ состояния фитопланктона флуоресцентными методами анализа как объект антропогенного воздействия. Saarbrucken, Germany: LAP Lambert Academic Publishing GmbH&Co. KG DudweilerLandstr. 54 с. Абдурахманов Г.М., Абдусамадов А.С., Карпюк М.И. 2004. Современное состояние эколого-экономические
перспективы развития рыбного хозяйства в Западно-Каспийском регионе России. М.: Наука. 420 с. Абдурахманов Г.М., Гаджиев А.А., Шихшабеков М.М., Мунгиев А.А. 2003. Анализ экологического состояния
Среднего Каспия и проблема воспроизводства рыб. М.: Наука. 286 с. Абдурахманов Г.М., Карпюк М.И., Морозов Б.Н., Пузаченко Ю.Г. 2002. Современное состояние и факторы, определяющие биологическое и ландшафтное разнообразие Волжско-Каспийского региона России. М.: Наука. 414 с.
Методические указания по морским токсикологическим биоресурсам. 1978. М.: Издательство ВНИРО. 31 с. Руководство по определению методом биотестирования токсичных вод, донных отложений, загрязняющих
веществ в буровых растворах. 2002. М.: Природа. 118 с. Жмур Н.С., Орлова Т.Л. 2001. Методика определения токсичности вод, водных вытяжек из почв осадков сточных вод и отходов по изменению уровня флуоресценции хлорофилла и численности клеток водорослей. М.: Акварос. 43 с.
