ФИЗИКОХИМИЯ ПОВЕРХНОСТИ И ЗАЩИТА МАТЕРИАЛОВ, 2008, том 44, № 5, с. 525-529
^^^^^^^^ ПРОБЛЕМЫ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ ^^^^^^^^
И ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 574.587:543.62
ХИМИКО-ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННЫХ МОРСКИХ ВОД ПРИБРЕЖНОЙ ЗОНЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
© 2008 г. А. П. Супонина, М. Д. Корякова, П. С. Гордиенко
Институт химии Дальневосточного отделения Российской академии наук 690022 Владивосток, просп. 100-летия Владивостока, 159 E-mail: chemi@online.ru Поступила в редакцию 28.11.2007 г.
Сообщество обрастания матированного стекла в стадии первичной сукцессии, включающее планктонные организмы и ювенильные балянусы, и двустворчатый моллюск мидия Mytilus trossulus использованы в качестве объектов биологического мониторинга для сравнительных оценок уровня загрязнения тяжелыми металлами морских вод импактного и фонового районов прибрежной акватории. Отмечено, что минеральный состав микросообщества обрастания является показателем локального химико-экологического состояния среды исследуемой морской зоны.
PACS: 92.40.0j
ВВЕДЕНИЕ
Хозяйственная деятельность человека повсеместно сопровождается загрязнением окружающей среды. Так, антропогенное загрязнение вод порождает биозагрязнение морской среды, способствует увеличению в ней биоты и определяет высокую биомассу оброста, вследствие чего скорость коррозии резко возрастает.
Комплексный мониторинг химико-экологического состояния окружающей среды, в частности морских вод, позволяет оценить степень их загрязненности различного рода поллютантами как органического (гидрохимические и микробиологические показатели воды), так и неорганического (физико-химический анализ воды и донных осадков, биотестирование определенными видами морских организмов) происхождения. Физико-химические методы контроля морской воды, хотя и обладают достаточной чувствительностью, часто не используются в мониторинге загрязнения морских вод, поскольку создают трудности как технического характера (например, концентрирование больших объемов воды из-за низких концентраций определяемых соединений), так и информативного, поскольку уровень загрязнителей в воде может колебаться.
Реальный уровень загрязнения морских вод тяжелыми металлами относительно их фоновых концентраций успешно отображают живые организмы-концентраторы или организмы-индикаторы, поскольку гидробионты способны интегрировать во времени мелкие флуктуации концентрации вещества в среде [1]. К настоящему времени также установлено [2], что клетки различных микроорганизмов способны аккумулировать тяжелые метал-
лы в количествах, намного превышающих потребность в них как компонентах питания.
В 2003 году были проведены оценки химико-экологического состояния вод двух акваторий: бухты Рында, где находится стационарная коррозионная станция и проводятся круглогодичные испытания различных материалов, воды которой отнесены [3] к водам с фоновым загрязнением; вторая бухта наблюдения-акватория Золотого Рога - типичная портовая гавань с постоянно действующим антропогенным фактором. Обе бухты находятся в зал. Петра Великого (Амурский зал.) западного побережья Японского моря.
В данной работе биомонитором загрязнения морских вод тяжелыми металлами служило сообщество обрастания матированного стекла в стадии первичной сукцессии [4], включающее планктонные организмы и ювенильные балянусы, формирующие микрообрастание.
Поскольку двустворчатые моллюски, известные как аккумулирующие организмы минеральных загрязнений, широко используются для целей мониторинга загрязнения прибрежных морских вод тяжелыми металлами [5], дополнительно был использован двустворчатый моллюск мидия ИуШш 1го88ы1ш из обрастания экспериментальных металлических пластин для сравнительных оценок уровня содержания тяжелых металлов в морской воде опытных акваторий.
МЕТОДИКА
Образцы-пластины высоколегированной стали 08Х18Н10Т размером 80 х 40 х 2 мм выставляли в море на горизонте 2-2.5 м от поверхности воды на двух экспериментальных станциях:
Таблица 1. Средние значения гидрохимических и микробиологических показателей воды исследуемых акваторий за период испытаний (05-08. 2003 г.)
Показатели воды, группы бактерий Бухта Рында Бухта Золотой Рог
Концентрация 02, мг/л 8.58 7.87
БПК5, мг/л 1.94 3.17
Величина рН 8.13 7.72
Сапрофиты, тыс. кл/мл 3.61 18.75
СРБ, тыс. кл/мл 0.3 1.2
Нефтеокисляющие, тыс. кл/мл 0.72 2.88
1) в прибрежной части бух. Золотой Рог, с борта судна, пришвартованного к 44 причалу, на глубине 8-10 м над поверхностью дна;
2) в контрольной бух. Рында с буя на глубине 0.8-1 м над поверхностью дна.
Одновременно с опытными образцами на заданных горизонтах экспонировали стеклянные матированные пластины размером 50 х 50 см с регулярным двухнедельным съемом.
Температурный режим морской воды в ходе начальной постановки металлических образцов составлял 16°С (последние числа июня), а стеклянных пластин 9°С (первые числа мая).
Экспозиция стальных образцов продолжалась 120 суток стационарно.
Для оценки гидрохимического режима и биозагрязнения дважды в месяц, в зонах экспозиции пластин, отбирали пробы морской воды с постоянным контролем ее температуры и определяли концентрацию растворенного (in situ) и биохимически поглощаемого кислорода (БПК5), рН [6], количество сапрофитов, нефтеокисляющих бактерий и сульфа-тредуцирующих бактерий (СРБ) [7].
Степень загрязнения тяжелыми металлами морской среды оценивали по их содержанию в пионерном сообществе обрастания [8], сформированном на поверхности матированного стекла в течение 14 суток. Всего было проведено 7 съемов комплексного сообщества микро- и пионерного макрообрастания. Для химического анализа проб обрастания разными кислотами использовали биопленку пяти съемов (2.07-28.08), когда количества полученного материала было достаточно для получения достоверных результатов.
Обрастание снимали полностью, подсушивали при 60°С до постоянного веса, количественно оценивали сухую массу. Часть сухой биопленки мине-
рализовали концентрированной HN03, другую часть - смесью HF + HQ04 в соотношении 2 : 1, и методом атомной абсорбции определяли содержание тяжелых металлов: Fe, Mn, Cu, Zn, Pb, Cd, Ni, а также Al.
Анализировали усредненную пробу мягких тканей мидии Mytilus trossulus из обрастания экспериментальных стальных пластин. Ткани моллюсков, перед минерализацией концентрированной азотной кислотой, тщательно промывали в проточной, затем дистиллированной воде, высушивали в шкафу при 85-90°С, измельчали в фарфоровой ступке и отбирали усредненные пробы. Минеральный состав мидий, представленный вышеприведенным рядом тяжелых металлов, исследовали на атомно-абсорбционном спектрометре Nippon Jarrel Ash AA-780.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Микробиологические и гидрохимические показатели воды (табл. 1) и данные по содержанию тяжелых металлов в микрообросте (табл. 2) адекватно отражают ситуацию по загрязненности исследуемых районов. Более высокая концентрация растворенного кислорода, повышенное рН и низкое значение БПК5 характеризуют гидрохимию контрольной бухты. Хроническую загрязненность бухты Золотой Рог подтверждает и меньшее содержание растворенного кислорода в воде и более высокая численность высеваемых бактерий, что в 4-5 раз превышает их фоновые показатели. Эти три группы бактерий являются показателями неблагополучной экологической ситуации морской среды при ее комплексном органо-минеральном загрязнении.
Средние значения концентраций С^ Zn, Pb, Cd, а также первичные данные по каждой пробе из 5 съемов по датам сбора в обрастании бух. Золотой Рог (табл. 2) повышены относительно контрольных данных, что свидетельствует о дополнительном загрязнении станции 44 причала тяжелыми металлами, что в свою очередь является показателем локального химико-экологического состояния исследуемого морского района. В тоже время концентрации Fe и Mn в обрастании в фоновой бухте значительно превышают эти показатели из обрастаний загрязненной бухты.
В сезоне 2003 года металлические образцы и стеклянные пластины экспонировали в бухте Рында в 15-20 м от береговой линии над илистым, с мощным слоем гниющих растительных остатков, дном. Изменение атмосферных условий, а также поступление исходного осадочного вещества с суши, транзит которого за пределы шельфа затруднен в связи с недостаточно активной гидродинамикой мелководья бухты, неизбежно приводят к перемешиванию водной массы с минеральными компонентами, которыми часто являются относя-
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов и алюминия в микрообрастании (06-08. 2003 г.) по датам сбора, мкг/г сухого вещества
Бухта Рында
Дата Бе Мп Си Zn РЬ Cd № А1
2.07 12000 2200 41 501 88 <0.05 16 21000
10500 2000 28 410 70 14 7 8 0 0
14.07 13400 390 72 258 37 <0.05 19 20000
12500 350 66 230 25 16 8 6 0 0
28.07 15884 1039 140 214 56 <0.05 15 22727
10000 670 5 8 210 35 14 11600
11.08 14000 1200 76 262 50 <0.05 18 20500
11000 7 2 0 24 220 25 14 8 4 0 0
28.08 20000 1500 114 180 35 <0.05 21 43000
17000 1200 2 2 105 28 18 9 2 5 0
среднее 15049 13400 1265 9 8 8 89 40 283 235 53 37 <0.05 18 12 25445 9 1 3 0
Ряды убывающих концентраций
^Бе > Mn > Zn > II- Fe > Mn > Zn >
Си > Pb > № > Cd Си > РЬ > № > Cd
Бухта Золотой Рог
Дата Бе Мп Си 7п РЬ Cd N1 А1
2.07 5800 5500 175 170 120 8 6 420 298 20 18 <0.05 19 18 4400 4200
14.07 3850 3000 170 160 110 1 8 258 249 20 18 <0.05 16 3 3000 1540
28.07 12059 12000 460 430 193 116 298 286 85 72 <0.05 18 16 8823 5000
11.08 9000 6720 370 335 134 5 6 440 429 142 140 <0.05 12 8 8500 3040
28.08 5650 5500 455 420 180 6 6 220 198 30 24 <0.05 10 6 3900 1560
среднее 7280 7200 325 302 147 6 8 329 298 60 55 <0.05 15 10 5725 3068
Ряды убывающих концентраций ^Бе > Zn > Мп > Си > РЬ > № > Cd II- Бе > Zn > Мп > Си > РЬ > № > Cd
Примечание. Числитель (I) - минерализация проб обрастания в смеси кислот: НБ : НСЮ4 (2 : 1), знаменатель (II) - минерализация проб обрастания в Н№Оз.
щиеся к сорбентам глинистые материалы, благодаря их сравнительно высокой емкости поглощения [9]. Поэтому близость над поверхностью дна экспо-
нируемых стеклянных матированных пластин обязательно должна сказать
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.