CC BY
31A.R.Isuyev, N.M.Abdullayeva, A.A.Batyrmurzayeva, K.S.Bekshokov
STUDY OF HEMATOLOGICAL INDICATORS AND ACIDIC RESISTANCE OF ERYTHROCYTES IN FISH
AT CHRONIC EXPOSURE TO HEAVY METALS
Dagestan State University, Makhachakala
It is proposed to use hematologic indicators and acidic resistance in fish blood as a sensibility test for pollution of the aquatic medium by ions of heavy metals.
УДК 595.3+504.4.054:665.6
И.И.Томилина1, Л.В.Михайлова2, Г.Е.Рыбина2, Т.Г.Акатьева2
ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕННЫХ НЕФТЕПРОДУКТАМИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ПЛАНКТОННЫХ И БЕНТОСНЫХ РАКООБРАЗНЫХ
Институт биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН, пос. Борок, Ярославская обл. 2Тюменская государственная сельскохозяйственная академия
Установлены летальные, сублетальные и пороговые концентрации нефтепродуктов в донных отложениях для 4 видов ракообразных (Hyalella azteca, Gmelinoides fasciatus, Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna). Максимально допустимая концентрация нефти — 0,1 г/кг. Используемые в эксперименте виды располагались в следующем порядке от менее устойчивого к действию загрязненных нефтепродуктами донных отложений к более устойчивому: H. azteca > G. fasciatus > C. Affinis > D. magna.
Ключевые слова: нефтепродукты, донные отложения, токсичность.
Введение. Донные отложения (ДО) как один из основных компонентов водной экосистемы играют важную роль в ее функционировании [2]. Это и место обитания бентосных организмов, и источник пищи для многих гидробионтов и бен-тосоядных рыб, и среда, депонирующая загрязняющие вещества. Степень накопления токсических веществ (особенно органических) может быть столь высока, что они полностью подавляют процесс самоочищения в придонном слое воды [1]. Известно, что токсикологическая ситуация в водоемах определяется накоплением токсикантов в грунтах и гидробионтах, и водоем может быть опасно загрязнен даже при минимальных (ниже ПДК) концентрациях конкретного вещества в воде [2, 7].
Регламентация загрязнения ДО становится все более актуальной [4], поскольку постоянно увеличивается поступление загрязняющих веществ с площади водосбора и при непосредственном попадании их в водоем, что создает возрастающую угрозу водным экосистемам и человеку как потребителю воды и рыбы.
Нефтяное загрязнение, которое по масштабам и опасности для биоты стоит на одном из первых мест, является наиболее сложным и трудно интерпретируемым по последствиям ввиду его многокомпонентности и многообразия миграционных форм [4, 6]. Экспериментальные данные, характеризующие влияние за-
грязненных нефтью ДО на пресноводных гидро-бионтов, весьма ограничены [5, 7].
Цель работы — установить уровни содержания нефтепродуктов, аккумулированных в ДО, вызывающие изменения биологических параметров пресноводных бентосных и планктонных ракообразных в условиях хронического эксперимента.
Материал и методы исследований. Для лабораторных экспериментов использовали илистый песок (соотношение ил : песок — 1 : 1, потери при прокаливании — 1%, Собщ — 0,8%, Сорг — 0,7%, Чбщ - 0,1%, Робщ - 0,06%). 13 слегка увлажненный грунт вносили сырую нефть из расчета 2 и 50 мл на 1 кг сухого грунта. Смесь тщательно перемешивали, распределяли по дну кристаллизационных чашек и заливали отстоянной водопроводной водой в соотношении 1:4. После определения остаточного содержания нефти грунт использовали для приготовления серии разведений (0,01-20,0 г/кг сухой массы). Уровни содержания нефтяных углеводородов (НУВ) в опытных вариантах определяли ИК-спектро-метрическим методом на анализаторе нефтепродуктов АН-2 [3].
В качестве тест-организмов были выбраны ракообразные, обладающие разной чувствительностью к загрязняющим веществам, аккумулированным в ДО и обитающие в разных биотопических условиях. Это планктонные рачки Свпо-
daphnia affinis, Dapnia magna Straus и нектобенти-ческие организмы Hyalella azteca Saussure и Gmel-inoides fasciatus Stebbing. Тестирование осуществляли в соответствии с общепринятыми методиками [8-10]. Регистрируемые показатели — выживаемость, изменение линейных размеров тела и плодовитость. За сутки до начала опыта грунты с заданной концентрацией нефти хорошо перемешивали и пробу (200 мл) помещали в 1-литровый стакан, добавляя отстоянную водопроводную воду до отметки 1 л. На следующий день в стакан вносили по 20 амфипод до 5 мм длиной или 20 новорожденных рачков.
Для оценки степени десорбции нефти из загрязненных ДО и токсичности придонного слоя воды, а также участия в этом процессе организмов бентоса, проводили 2 серии опытов:
1 — в емкостях с водой и ДО содержали только дафний D. magna,
2 — в емкостях с водой и ДО — дафний и личинки хирономид Chironomus plumosus.
В каждый сосуд (контроль и опыт) помещали по 20 рачков (1 серия), 20 рачков и 20 хирономид (2 серия). Регистрировали выживаемость и плодовитость D. magna и выживаемость Ch. plumosus.
Опыты проводили в непроточных условиях, в 3-кратной повторности. В ходе эксперимента поддерживали оптимальные условия среды: температура воды 21±3°С, рН 7,5—8,0, содержание растворенного кислорода 6,0—7,5 мг/л. Контролем служил заиленный песок с исходным содержанием углеводородов не более 0,02 г/кг сухой массы.
Данные представляли в виде средних значений и их ошибок (±). Результаты обрабатывали статистически, используя метод дисперсионного анализа (ANOVA) и процедуру LSD-теста при уровне значимости р = 0,05 [11].
Результаты и обсуждение. Оценка токсичности ДО, загрязненных нефтепродуктами, показала, что гибель 100% амфипод H. azteca зарегистрирована при содержании нефти в ДО — 8,8 и 21,5 г/кг (табл.1). При экспозиции 14 суток в остальных концентрациях не отмечено достоверных отличий выживаемости животных. Увеличение времени экспозиции до 28 суток приводило к большей смертности амфипод H. azteca, хотя достоверные отличия от контроля наблюдали при концентрации 1,25 г/кг сухой массы.
Байкальский бокоплав G. fasciatus более устойчив к действию загрязненных нефтью донных отложений. 100% гибель тест-организмов зарегистрирована при содержании нефтепродуктов 21,5 г/кг, при уровне содержания 8,8 г/кг сухой массы гибель достигала 50%. Выживаемость G. fasciatus за 28 суток была выше, чем выживаемость H. azteca (табл. 1).
Достоверное снижение выживаемости церио-дафний отмечено при экспонировании в течение 30 суток на грунтах с концентрацией НУВ 8,8 и 21,5 г/кг сухой массы (табл. 1). Гибель рачков D. magna, превышающая допустимый методикой 20% уровень, отмечена лишь в максимальной концентрации 53,7 г/кг сухой массы при экспозиции 30 суток (табл. 2).
Аккумулированная в грунтах нефть влияла и на рост тест-организмов. Достоверное уменьшение размеров тела H. azteca при экспонировании в течение 14 суток на загрязненных грунтах происходило, начиная с концентрации 0,23 г/кг (табл. 1). Увеличение времени экспозиции до 28 суток приводило к снижению размеров тела H. azteca, начиная с уровней содержания 0,17 г/кг. Несмотря на достоверное уменьшение размеров тела H. azteca при концентрациях 0,17—1,25 г/кг, достоверное снижение веса животных наблюдали лишь в последнем варианте (0,10±0,02 при контрольных значениях 0,161 ±0,03 мг). Линейные размеры G. fasciatus достоверно отличались от контрольных значений лишь при содержании НУВ 8,8 г/кг и экспозиции 28 суток (табл. 2).
Токсический эффект нефти проявлялся и в снижении репродуктивной функции тест-организмов. Установлено, что число молоди на 1 самку H. azteca (экспозиция 40 суток) при низких уровнях содержания нефти (0,04 г/кг) было достоверно выше контрольных значений (9,2±2,6 и 5,7±2,1 соответственно). С увеличением концентрации плодовитость животных снижалась. При содержании НУВ 0,23—1,25 г/кг зарегистрировано достоверное отличие от контроля — 2,2±1,3 и 0,5±0,1 экз на 1 самку соответственно. Количество молоди D. magna за весь период наблюдения у подопытных рачков в концентрациях 10—53,7 г/кг достоверно отличалось от контрольных значений, снижение достигало 27-96% (табл. 2).
Таким образом, токсикологические параметры распределились следующим образом: летальные концентрации (CL50) нефтяных углеводородов, аккумулированных в донных отложениях: H. azteca — 0,23; G. fasciatus — 1,25; C. affinis — 14,5, D. magna — 29,3 г/кг сухой массы; сублетальные концентрации: H. azteca — 0,06—0,17; G. fasciatus — 0,06—0,23; C. affinis — 0,04—1,25, D. magna — 0,08—0,4 г/кг. Среди рассмотренных показателей наиболее чувствительный — изменение линейных размеров тела амфипод. Достоверное снижение темпов роста амфипод происходило при 0,17 г/кг, следовательно, по показателям жизнедеятельности ракообразных максимально допустимая концентрация нефти в ДО равна 0,1 г/кг сухой массы.
Таблица 1
Влияние загрязненных нефтепродуктами ДО на выживаемость и линейные размеры тест-объектов
Содержание нефтепродуктов в ДО, г/кг сухой массы Hyalella azteca Gmelinoides fasciatus Ceriodaphnia affinis
выживаемость, % линейные размеры, мм выживаемость, % линейные размеры, мм выживаемость, %
14 сут 28 сут 14 сут 28 сут 14 сут 28 сут 14 сут 28 сут 30 сут
0,04 89,0±5,0Ь 80,0+10,0Ь 2,7+0,1ь 4,9+0,Зь 87,0+7,5ь 84,0+10,0Ь 6,5+0,2ьс 7,1+0,2ь 100+2,5Ь
0,06 78,0±5,0Ь 80,0+10,0Ь 2,6+0,1ь 4,4+0,4ь 85,0+5,0ь 84,0+5,0ь 6,3+0,5Ь 6,8+0,2ь 100+2,5Ь
0,1 84,0±5,0Ь 72,0+5,0ь 2,5+0,2ь 4,3+0,5Ь 85,0+5,0ь 84,0+5,0ь 6,0+0,5ь 6,8+0,Зь 97,5+2,5ь
0,17 78,0±2,5Ь 55,0+10,0Ь 2,6+0,1ь 4,0+0,2аЬ 79,0+7,5ь 70,0+17,5" 5,6+0,4ь 6,6+0,Зь 96,0+3,0Ь
0,23 68,0±5,0Ь 50,0+10,0Ь 2,1+0,2а 3,9+0,2а 70,0+10,0Ь 60,0+10,0Ь 5,0+0,2ь 6,4+0,1ь 90,0+5,0ь
1,25 62,0±2,5Ь 55,0+5,0а 1,8+0,Ia 3,8+0,Ia 62,0+5,0а 50,0+15,0Ь 5,0+0,Ia 6,2+0,4ь 80,0+10,0Ь
8,8 0а 0а - - 50,0+5,0а 54,0+7,5ь 4,8+0,4а 5,8+0,ЗаЬ 64,5+10,0а
21,5 0а 0а - - 0а 0а - - 30,0+5,0а
контроль 90,0+10,0Ь 76,0+14,0Ь 2,6+0,1ь 5,0+0,Зь 85,0+7,5ь 80,0+19,0Ь 5,4+0,6ь 7,0+0,2ь 100+2,5Ь
СО О
Примечание. Здесь и в табл. 2: ь — разные буквенные надстрочные индексы в каждом столбце указывают на достоверные различия при уровне значимости; р = 0,05 (АМОУА, Г^О-тест)
Таблица 2
Влияние загрязненных нефтепродуктами ДО на выживаемость и плодовитость Daphnia magna при разных условиях
Содержание нефтепродуктов в ДО, г/кг сухой массы Выживаемость 1). magna Общее число молоди 1). magna, экз.
экспозиция — 20 сут экспозиция — 30 сут экспозиция — 20 сут экспозиция — 30 сут
I вариант II вариант I вариант II вариант I вариант II вариант I вариант II вариант
0,4 95,0+2,9ь 96,7+2,4Ь 93,3+3,3Ь 93,3+3,4Ь 263,7+74,Зь 226,0+45,2а 135,3+30,5Ь 263,0+53,1ь
1,7 93,3+3,3Ь 98,3+1,7" 91,7+3,7ь 91,7+3,7ь 65,3+14,7а 236,7+89,4а 216,7+13,9Ь 157,0+39,1ь
10,0 80,0+5,8аЬ 88,3+4,4Ь 70,0+7, Ia 88,3+4,4Ь 44,0+28,2а 251,3+30,Ia 6,7+3,0а 362,3+105,6"
53,7 40,0+10,0а 46,7+9,4а 31,7+10,7а 0+0,Ia 6,7+1,8а 45,0+8,7а 7,0+2,7а -
Контроль 100,0+0,Зь 100,0+0,Зь 100,0+0,Зь 100,0+0,Зь 171,0+65,1ь 366,3+42, Зь 156,7+50,4Ь 234,3+41,Зь
Примечание: I вариант — монокультура Daphnia magna', II вариант — одновременное содержание Daphnia magna и Chironomusplumosus
Вместе с тем, совместное присутствие в опытах планктонных и бентосных организмов может изменить эти пороги. Так, неожиданные результаты получены в опытах с загрязненными нефтью ДО при совместном содержании дафний D. magna и хирономид Chironomusplumosus. Присутствие бентосных организмов, которые должны были бы увеличивать десорбцию нефтяных компонентов и тем самым усиливать действие нефтяных углеводородов на планктонные организмы, на самом деле, к подобным последствиям не приводило. Достоверных отличий выживаемости D. magna в монокультуре и при совместном содержании с Chironomus plumosus не выявлено, за исключением 30-суточного эксперимента. К 30-м суткам в первом варианте опыта осталось 32% рачков, а во втором — зарегистрирована 100% гибель как D. magna, так и Ch. plumosus (табл. 2). Плодовитость рачков в монокультуре была ниже, чем в присутствии хирономид. Различия между вариантами достоверны при высоких уровнях содержания НУВ в ДО.
ДО имеют большое значение в транслокации и трансформации загрязняющих веществ в водоеме [2]. Уровень загрязнения грунтов по сравнению с водой превышает последний по основным видам загрязняющих веществ (нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, хлор- и фосфор-органические соединения и др.) в десятки и сотни раз [6]. Если загрязнение воды сказывается, в первую очередь, на организмах, обитающих в толще воды (фитопланктон, зоопланктон, пелагические рыбы), то загрязнение грунта — на организмах, контактирующих с ним (бентос, ры-бы-бентофаги, икра и личинки рыб).
Ранее было показано, что среди бентосных организмов наименее устойчивы к действию нефтепродуктов личинки комаров Chironomus plumosus и Chironomus dorsalis [8], CL50 за 30 сут — 0,1 и 0,4 г/кг соответственно. Наибольшую устойчивость проявили личинки Chironomus ri-parius, выживаемость которых в течение 14 сут при 10,0 г/кг составляла 75% [8]. Таким образом, максимально допустимая концентрация НУВ в ДО для личинок насекомых рода Chironomus в 5 раз превышает допустимый уровень, установленный для ракообразных.
Совместное присутствие в опытах планктонных и бентосных организмов меняет пороги действия загрязненных нефтепродуктами ДО, что можно объяснить несколькими причинами. Во-первых, в максимальной концентрации (53,7 г/кг сухой массы) количество десорбированных в воду НУВ велико (7,25 мг/л), что могло привести к накоплению их рачками и значительной гибели. Во-вторых, хирономиды, питаясь детритом и бактериальной биомассой, захватывают и
частицы нефти, связывая их в прочные конгломераты, которые выходя с фекалиями, труднее вымываются в воду. В-третьих, личинки выделяют слизь (секрет), что также способствует склеиванию и сорбированию частиц. В-четвертых, активная деятельность в поверхностном слое грунта хирономид улучшает кислородный и биогенный режим и тем самым усиливает активность микрофлоры и простейших, которые, с одной стороны, способствуют ускорению деструкции нефти, с другой — являются кормовыми объектами для дафний. Установлено, что пороговые концентрации НУВ в монокультуре — 0,4 г/кг, а при одновременном содержании рачков и хиро-номид — 1,7 г/кг сухой массы, максимально-допустимые — 0,08 и 0,4 соответственно. Следует отметить, что водорастворимая фракция нефти действует на рачков в значительно более низких концентрациях [5].
Заключение. Максимально допустимая концентрация нефтяных углеводородов в ДО для ракообразных, установленная по самому чувствительному виду (H. azteca) и самой чувствительной тест-функции (изменение линейных размеров) — 0,1 г/кг сухой массы. Уровень загрязнения грунтов НУВ, превышающий 0,1 г/кг сухой массы оказывает влияние на развитие бен-тосных и планктонных сообществ, как наиболее важные звенья гидробиоценоза.
Совместное содержание планктонных и бен-тосных организмов изменяет эти пороги. Пороговые концентрации НУВ для монокультуры D. magna — 0,4 г/кг, при одновременном содержании рачков и хирономид — 1,7 г/кг сухой массы, максимально допустимые — 0,08 и 0,4 соответственно.
Авторы выражают благодарность сотрудникам ФГУП «Госрыбцентр» В.И.Уваровой и Н. С.Князевой за определение уровней содержания нефтепродуктов в грунте.
Список литературы
1. Врочинский К.К. Модельная водная экосистема как тест для определения опасности пестицида для водоема // Влияние отдельных компонентов сточных вод анилинокрасочной промышленности на гидробионтов. Л.: Изв. ГосНИОРХ, 1976. — Вып. 109. — С. 88-91.
2. ЛесниковЛ.Ф. Закономерности трансформации и транслокации загрязняющих веществ в водоемах и роль грунтов и гидробионтов в этих процессах // Влияние грунтов и гидробионтов на тран-формацию загрязняющих веществ в водоемах. — Л. : Изв. ГосНИОРХ, 1992. — Вып. 298. — С. 3-17.
3. Методика выполнения измерений массовой доли нефтепродуктов в почвах и донных отложениях методом ИК-спектрометрии. ПНД Ф 16.1:2.2.22—98, М, 1998.
4. Михайлова Л.В. Основы регламентации загрязняющих веществ в донных грунтах рыбохо-зяйственных водоемов // Проблемы научно-методического обеспечения оценок ущербов рыбному хозяйству от разработки нефтегазовых месторождений на морском шельфе. — М.: Изд-во МГУ, 1999. — С. 79-80.
5. Михайлова Л.В., Жерновикова Г.А., Рукосуе-ва Г.П. и др. Влияние нефти на рыб и донных беспозвоночных // Рыбное хозяйство, 1977. — № 6. — С. 34-36.
6. Патин С.А. Экологические проблемы освоения нефтегазовых ресурсов морского шельфа. — М.: Изд-во ВНИРО, 1997. — 349 с.
7. Томилина И.И., Михайлова Л.В., Гребе-нюк Л.П. и др. Влияние нефтепродуктов на личинок комаров рода Chironomus riparius (Diptera,
Chironomidae) // Биол. внутр. вод, 2003. — № 2. — С. 100-106.
8. Ingersoll C. G., Nelson M.K. Testing sediment toxicity with Hyalella azteca (Amphipoda) and Chironomus riparius (Diptera) // Aquatic Toxicology and Risk Assessment: Philadelphia: Amer. Soc. for Testing and Materials, 1990. — V. 13. — P. 93-109.
9. Ingersoll C.G., Brunson E.L., Hardesty D.K. et al. Use of sublethal endpoints in sediment toxicity test with the amphipod Hyalella azteca //Environ. Toxicol. Chem, 1998. — V. 17. — P. 1508-1523.
10. Mount D.I., Norberg T.J. A seven-day life-cycle cladoceran toxicity test//Environ. Toxicol. Chem., 1984. — V 3. — P. 425-434.
11. Sokal R.R., Rohlf F.J. Biometry: the principles and practice of statistics in biological research. — N.Y.: W.H. Freeman and Comp., 1995. — 887p.
Материал поступил в редакцию 04.08.08.
I.I.Tomilina1, L.V.Mikhaylova2, G.Ye.Rybina2, T.G.Aakatyeva2
IMPACT OF GROUND SEDIMENTS POLLUTED BY PETROLEUM L PRODUCTS ON PLANKTON AND
BENTHONIC CRUSTACEOUS
1I.D.Papanin Institute of Inland Waters Biology, Russian Academy of Sciences, settlement Borok, Yaroslav region
2Tyumen State Agricultural Academy
Lethal, sub-lethal and thresholds concentrations of petroleum products were set for four species of crustaceous (Hyalella azteca, Gmelinoides fasciatus, Ceriodaphnia affinis, Daphnia magna) in ground sediments. The maximum allowable concentration of petroleum is 0.1 g/kg. Species used in the experiment were arranged in the following order: from less resistant to more stable: Hyalella azteca > Gmelinoides fasciatus > Ceriodaphnia affinis > Daphnia magna.
УДК 582.044
Е.А.Соломонова, С.А.Остроумов
ВОЗДЕЙСТВИЕ ДОДЕЦИЛСУЛЬФАТА НАТРИЯ НА БИОМАССУ МАКРОФИТОВ NAJAS GUADELUPENSISL.
Московский государственный университет
В лабораторных экспериментах в условиях микрокосмов было изучено воздействие додецилсульфата натрия (ДСН) на выживаемость и вес биомассы макрофитов в условиях длительной инкубации и внесения ДСН в форме неоднократных (повторяющихся, рекуррентных) добавок. Количество ДСН, внесенное в 1 дм3 после каждой добавки составляло: 0,5, 0,8, 1,7, 8,3, 16,7, 50,0 и 100,0 мг. Длительность периода выживания растений снижалась при увеличении количества ДСН, вносимого в одной добавке, в 200 раз (с 0,5 до 100 мг/л) период выживания снизился в 53 раза (с 372 до 7 дней). В присутствии ДСН произошло некоторое снижение биомассы макрофитов, зависящее от суммарного количества внесенного ДСН.
Ключевые слова: микрокосмы, додецилсульфат натрия, выживаемость, биомасса, макрофиты.
Введение. Ранее были установлены воздействия додецилсульфата натрия на моллюсков [7] и на наземные растения [1, 3, 7]. Воздействие этого вещества на водные растения (макрофиты) было изучено недостаточно.
Цель данного сообщения — представить результаты исследований воздействия додецилсульфата натрия (ДСН) на жизнеспособность водных макрофитов наяда гваделупская (Najas guadelu-pensis L.).
