Проблемы биомониторинга водных экосистем г. Гомеля

Известно, что антропогенная нагрузка оказывает существенное воздействие на процесс функцио­нирования водных экосистем. Высокий уровень загрязнения окружающей среды тяжелыми металла­ми может превысить адаптационные возможности живых организмов и способен повлечь за собой метаболический регресс [1, 2]. В этой связи актуальна проблема изучения распространения и особен­ностей накопления тяжелых металлов водными организмами.

Среди водных беспозвоночных моллюски характеризуются наибольшей способностью к накоплению тяжелых металлов, легкостью определения до вида, широким распространением и простотой препариро­вания, а, следовательно, достаточными преимуществами использования в качестве биоиндикаторов [3]. Широкое распространение и доминирование, удобство отбора и анализа проб, способность к накоплению тяжелых металлов и устойчивость к загрязнению относятся также к донным отложениям [2, 4]. Поэтому интерес представляет сравнение индикационных возможностей указанных объектов и выбор оптималь­ного биоиндикатора в условиях загрязнения водной среды тяжелыми металлами.

Материал и методика

Определение содержания тяжелых металлов в телах двухстворчатых (перловицы, беззубки, ша­ровки) и брюхоногих (прудовики) моллюсков, пробах донных отложений и воды водоемов г. Гомеля и его окрестностей проводилось в 2004-2007 гг. методом атомной абсорбции в рамках бюджетной тематики «Оценка экотоксикологического состояния природных сред в пойме реки Сож и разработка схемы, направленной на повышение биоразнообразия как гаранта стабильности и продуктивности биоценозов» (№ ГР 2002934). Использованные методики позволили подготовить пробы к определе­нию в них тяжелых металлов и достаточно эффективно провести исследования [5, 6].

В телах моллюсков количественно оценивали содержание следующих металлов: свинца, бора, ни­келя, хрома, марганца, титана, циркония, меди, стронция, бария, цинка; в пробах донных отложений дополнительно к указанным элементам определяли содержание ванадия, бериллия и кобальта, в воде водоемов — содержание свинца, марганца, цинка, меди, железа, кобальта, кадмия, хрома, никеля. Та­кой выбор обусловлен тем, что эти элементы, с одной стороны, играют важную роль в процессах жизнедеятельности человека и животных, а с другой — относятся к основным компонентам загрязне­ния окружающей среды.

Исследуемые озера расположены на территории трех промышленных зон г. Гомеля: Любенское (западная), Шапор (южная), Круглое, Дедно, Волотовское, Володькино, У-образное, Крайнее, Малое (северная).

Указанные промышленные зоны различаются общими объемами выбросов загрязняющих ве­ществ, из которых часть улавливается или обезвреживается перед выбросом в атмосферу, а часть — выбрасывается без очистки [7]. 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 очистки* — эта зона является наименее загрязненной. Для южной промышленной зоны характерно 34 % общего объема выбросов, для северной — 47 %, что ука­зывает на самый высокий уровень антропогенной нагрузки.

Также в работе был определен коэффициент корреляции с целью установления степени зависимо­сти между содержанием тяжелых металлов в воде и исследуемом виде-индикаторе.

Результаты и их обсуждение

Результаты исследования показали неравномерное накопление тяжелых металлов в мягких тканях разных видов гидробионтов (табл. 1).

Так, в целом в тканях двухстворчатых и брюхоногих моллюсков было отмечено повышенное по сравнению с другими элементами количество марганца, бария и цинка, причем эта особенность ха­рактерна для всех промышленных зон города.

Незначительным содержанием характеризовались свинец, бор, никель и хром в тканях моллюсков из озер северной, южной и западной промышленных зон.

Сравнение концентраций тяжелых металлов в тканях двухстворчатых и брюхоногих моллюсков показало повышенное накопление в тканях брюхоногих моллюсков семи из исследуемых элементов: свинца, бора, никеля, хрома, титана, циркония, меди; у двухстворчатых моллюсков отмечено повы­шенное количество марганца, стронция, бария и цинка.

Результаты анализа полученных данных с учетом расположения водоема в конкретной промыш­ленной зоне показали повышенное содержание бора, стронция и цинка в тканях моллюсков северной промышленной зоны, испытывающей наибольшую антропогенную нагрузку; по остальным исследуемым элементам такой закономерности не прослеживалось. Это свидетельствует о том, что ис­пользование моллюсков в качестве биоиндикаторов в рамках нашей работы не всегда возможно.

Таблица 1

Содержание тяжелых металлов в телах моллюсков, мг/100 г сухой массы

Примечание. В числителе приведены данные по содержанию тяжелых металлов в телах двухстворчатых моллюсков, в знаменателе — в телах брюхоногих моллюсков.

Результаты атомно-абсорбционного анализа проб донных отложений озер показали, что накопле­ние тяжелых металлов в донных отложениях озер, расположенных в различных промышленных зо­нах г. Гомеля, происходит неравномерно (табл. 2).

Таблица 2

Содержание тяжелых металлов в донных отложениях, мг/100 г сухой массы

Следует отметить, что среди всех рассматриваемых элементов в преобладающем количестве в донных отложениях отмечены марганец, титан, барий, причем эта тенденция характерна для всех промышленных зон. Так, содержание марганца, например, в донных отложениях на территории за­падной промышленной зоны составило 69,5±1,36 мг/100 г сухой массы; для титана этот показатель в северной зоне равнялся 214,02±0,98 мг/100 г сухой массы.

В незначительном количестве по сравнению с марганцем, титаном и барием накапливались ко­бальт и бериллий.

Из данных табл. 2 видно, что все изучаемые элементы, за исключением ванадия, марганца и бе­риллия, содержались в донных отложениях водоемов на территории северной промышленной зоны, которая является самой загрязненной. Такое положение, вероятно, является следствием влияния бо­лее сильной антропогенной нагрузки на этой территории и указывает на перспективность использо­вания донных отложений в качестве биоиндикатора.

Биоиндикационные преимущества донных отложений перед моллюсками подтверждаются также результатами расчета критерия Стьюдента (табл. 3) для промышленных зон города.

Таблица 3

Критерий Стьюдента для промышленных зон г. Гомеля по содержанию тяжелых металлов в телах моллюсков и донных отложениях

Примечание. Достоверные отличия обозначены*. В числителе приведены данные критерия Стьюдента по содержа­нию тяжелых металлов в телах двухстворчатых моллюсков; в знаменателе — в телах брюхоногих моллюсков.

Из данных табл. 3 видно, что максимальное значение критерия Стьюдента по содержанию всех исследуемых тяжелых металлов в тканях моллюсков между северной и западной промышленными зонами отмечено только для бора (t = 18,8 при P < 0,05) и цинка (t = 10,3 при P < 0,05), для остальных элементов такой закономерности не наблюдалось.

Что касается донных отложений, то для бора, никеля, ванадия, меди, бария и цинка критерий Стьюдента максимален между западной и северной промышленными зонами, для бериллия — между северной и южной зонами.

Таблица 4

Содержание тяжелых металлов в водных пробах, мг/л

Согласно результатам анализа проб воды, представленным в табл. 4, повышенным содержанием характеризуются марганец, цинк и железо во всех промышленных зонах г. Гомеля. Кроме того, все изучаемые элементы, за исключением свинца и никеля, в преобладающем количестве определены в пробах из озер на территории северной промышленной зоны. 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, 0,0016±0,00001 и 0,0042±0,00002 мг/л соответственно для указан­ных промышленных зон и т. д.

С целью установления характера зависимости между содержанием тяжелых металлов в виде-индикаторе и окружающей его внешней среде нами были определены коэффициенты корреляции (табл. 5). В большинстве случаев имеет место умеренная прямая корреляционная связь между содер­жанием тяжелых металлов в воде и донных отложениях водоемов г. Гомеля и его окрестностей.

Таблица 5

Коэффициент корреляции между содержанием тяжелых металлов в воде и донных отложениях

На основании результатов проведенных исследований установлено:

• в тканях брюхоногих моллюсков по сравнению с двухстворчатыми в преобладающем количестве накапливалось большинство исследуемых элементов независимо от степени антропогенной нагрузки района их обитания; в целом моллюсками концентрируются марганец, барий и цинк;
• в пробах донных отложений в преобладающем количестве накапливались марганец, титан и ба­рий, в воде — марганец, цинк и железо;
• донные отложения и вода водоемов северной промышленной зоны г. Гомеля в больших количе­ствах содержали исследуемые элементы по сравнению с южной и западной зонами, за исключением ванадия и марганца для донных отложений, а также свинца и никеля для воды;
• между содержанием тяжелых металлов в воде и донных отложениях водоемов присутствует уме­ренная прямая корреляционная связь.

1. Мур Дж., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М., 1987.
2. Никаноров А. М., Жулидов А. В. Биомониторинг металлов в пресноводных экосистемах. Л., 1991.
3. Макаренко Т. В. // Изв. ГГУ им. Ф. Скорины. 2007. № 6(45). С. 106.
4. Fernex F., Migon C., Chisholm J. // Hydrobiologia. 2001. № 1-3. P. 31.
5. Свириденко В. Г. и др. Физико-химические методы в экологии: практическое руководство для выполнения кур­совых и дипломных работ студентами специальностей Н.06.01 «Экология» и Н.04.01 «Биология». Гомель, 2002.
6. 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. Мн., 1998.
7. Годовой обзор состояния загрязнения атмосферного воздуха в городе Гомеле за 2007 год / М-во природ. ресурсов и охраны окр. среды Республики Беларусь, Департамент метеорологии, Гомел. обл. центр по гидрометеорологии и монито­рингу окр. среды, Лаборатория экол. мониторинга ГУ «Гомельоблгидромет». Гомель, 2007.

* Здесь и далее имеются в виду выбросы загрязняющих веществ без очистки.

Автор: Е.Г. Тюлькова
Источник: Вестник БГУ. Сер. 2. 2009. № 2. С. 54-59.