Проблемы биомониторинга водных экосистем г. Гомеля

0
248
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

Тяжелые металлы Промышленные зоны
северная южная западная
Свинец 0,8±0,003 0,9±0,004 0,7±0,003
1,8±0,02 1,0±0,003               
Бор 1,4±0,02 1,3±0,01 1,1±0,006
1,5±0,01 1,7±0,01               
Никель 1,7±0,05 1,1±0,005 3,1±0,12
3,6±0,07 3,0±0,11               
Хром 0.9±0.01 0,7±0,007 1,2±0,003
1,3±0,01 1,0±0,008               
Марганец 1889,2±37,72 1778,9±19,57 2052,0±32,25
197,0±2,53 85,0±1,07               
Титан 43,2±0,29 30,3±0,40 43,6±0,74
67,0±1,0 80,3±1,13               
Цирконий 11,8±0,17 13,0±0,26 10,0±0,33
19,0±0,20 16,5±0,24               
Медь 9,4±0,06 10,1±0,07 8,0±0,09
23,3±0,16 14,8±0,06               
Стронций 52,0±0,50 44,2±0,25 50,0±0,67
41,6±0,54 25,0±0,31               
Барий 94,2±1,35 244,6±5,19 197,0±3,10
49,3±0,46 19,9±0,38               
Цинк 113,3±0,84 105,1±1,20 102,0±0,83
70,0±0,68 70,0±0,92

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

Тяжелые металлы Промышленные зоны
северная южная западная
Свинец 10,64±0,28 1,57±0,02 1,72±0,03
Бор 4,04±0,02 3,47±0,02 2,78±0,02
Никель 3,30±0,05 2,13±0,03 1,72±0,013
Хром 7,98±0,06 2,65±0,02 3,08±0,036
Марганец 55,12±0,29 47,83±0,52 69,50±1,36
Титан 214,02±0,98 171,67±1,85 168,00±3,7
Цирконий 39,10±0,15 30,00±0,26 25,33±0,44
Медь 9,33±0,14 1,53±0,04 1,72±0,03
Барий 49,40±0,15 44,67±0,24 39,50±0,37
Цинк 36,50±0,18 22,50±0,16 20,00±0,04
Кобальт 1,24±0,01 0,80±0,00 0,93±0,061
Ванадий 3,40±0,02 3,43±0,02 3,50±0,03
Бериллий 0,12±0,0003 0,11±0,0002 0,12±0,0009

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

Промышленные зоны Промышленные зоны
южная западная южная западная
Тела моллюсков Донные отложения
 

Свинец

Северная 20,0*/40,0* 25,0*/- 4,0* 31,9*
Южная                40,0*/-                32,4*
 

Бор

Северная 5,0*/15,4* 18,8*/- 23,0* 45,0*
Южная                14,3*/-                20,4*
 

Никель

Северная 12,0*/5,0* 10,8*/- 10,3* 26,3*
Южная                16,7*/-                19,5*
 

Хром

Северная 20,0*/25,0* 38,0*/- 7,2* 61,3*
Южная                63,3*/-                88,8*
 

Марганец

Северная 2,6*∕41,5* 3,3*/- 14,8* 10,3*
Южная                7,2*/-                121,5*
 

Титан

Северная 25,8*/9,5* 0,5*/- 0,9 12,1*
Южная                16,4*/-                20,3*
 

Цирконий

Северная 3,3*/8,9* 5,0*/- 9,2* 29,9*
Южная                7,1*/-                30,3*
 

Медь

Северная 7,8*/77,3* 23,0*/- 3,8* 54,4*
Южная                19,1*/-                52,0*
 

Барий

Северная 29,5*/45,9* 32,1*/- 11,8* 22,5*
Южная                8,2*/-                16,9*
 

Цинк

Северная 6,3*/- 10,3*/- 15,6* 91,7*
Южная                2,4*/-                58,3*
 

Стронций

Северная 14,4*/28,6* 2,3*/-                              
Южная                7,9*/-                              
 

Кобальт

Северная                               13,0* 22,1*
Южная                                              44,0*
 

Ванадий

Северная                               2,3* 3,3*
Южная                                              1,0
 

Бериллий

Северная                               10,0*               
Южная                                              0,53

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

Тяжелые металлы Промышленные зоны
северная южная западная
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
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
Цинк 4,4±0,04 0,8±0,001 0,5±0,01
Кобальт 0,0007±0,000001 0,0004±0,00001 0,0004±0,00001
Железо 2,4±0,04 0,7±0,001 0,2±0,001
Кадмий 0,0027±0,0012 0,0027±0,00001 0,0005±0,00002

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

Тяжелые металлы Промышленные зоны
северная южная западная
Свинец 0,29 0,23 0,18
Никель 0,39 0,22 0,83
Хром 0,14 0,00 0,84
Марганец 0,61 -0,25 0,82
Медь -0,62 0,37 0,91
Цинк 0,09 -0,52 0,20
Кобальт 0,57 0,19 0,54

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.