научная статья по теме ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИНГОСУЛЬФОНАТА НАТРИЯ НА СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ВЕТИСТОУСЫХ РАКООБРАЗНЫХ Биология

Текст научной статьи на тему «ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИНГОСУЛЬФОНАТА НАТРИЯ НА СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ВЕТИСТОУСЫХ РАКООБРАЗНЫХ»

БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2010, № 4, с. 80-86

ВОДНАЯ ^^^^^^^^^^^^^^ ТОКСИКОЛОГИЯ

УДК 574.64+556.555.8:595.324

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ЛИГНОСУЛЬФОНАТА НАТРИЯ НА СОСТОЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И ЛАБОРАТОРНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ ВЕТВИСТОУСЫХ РАКООБРАЗНЫХ © 2010 г. М. Т. Сярки, Н. М. Калинкина

Институт водных проблем Севера Карельского научного центра РАН, 185030 г. Петрозаводск, проспект А. Невского, д. 50 e-mail: MSyarki@mail.ru Поступила в редакцию 28.10.2008 г.

Проведен анализ состояния природных и лабораторных популяций ветвистоусых ракообразных в условиях действия лигносульфоната натрия, основного компонента сточных вод Кондопожского целлюлозно-бумажного комбината, загрязняющего Онежское озеро. В длительных токсикологических экспериментах выявлено достоверное увеличение длины тела и плодовитости ветвистоусых рачков при действии лигносульфоната натрия. Предложена гипотеза о влиянии лигносульфоната натрия на скорость прироста численности рачка Daphnia cristata Sars, что изменяет динамику его популяции.

Ключевые слова: лигносульфонат натрия, сточные воды целлюлозно-бумажного производства, природные и лабораторные популяции, ветвистоусые ракообразные, популяционная динамика, токсикологическая оценка.

ВВЕДЕНИЕ

В Карелии целлюлозно-бумажное производство относится к приоритетным отраслям промышленности. Крупный целлюлозно-бумажный комбинат (ЦБК), где используется бисульфитный способ производства целлюлозы, располагается на Кондо-пожской губе Онежского озера. Основной компонент сточных вод Кондопожского ЦБК — лигносульфонат натрия (ЛСН), продукт трансформации лигнина. В вершинной части залива, где проводится сброс сточных вод, сформировались зоны загрязнения с повышенными концентрациями ЛСН. В этом районе наблюдается уникальная ситуация: показатели развития популяции ветвистоусого рачка Баркта еп8Ша в некоторые годы достигают экстремально высоких для Онежского озера значений (численность 50—70 тыс.экз./м3, биомасса 2— 3 г/м3, что составляет 70 и 80% соответствующих величин рачкового планктона). В районе сброса сточных вод этот вид играет ведущую роль в образовании продукции (>70%), в то время как в чистых районах озера его доля <25% общей продукции рачкового планктона [12—14].

Рачок Баркта еп81а1а — бореальный холодолю-бивый вид. Он относится к массовым для озер северо-западного региона России, хотя в качестве доминанта в сообществе зоопланктона этот вид встречается редко [17]. Исключение составляют экстремальные ситуации. Так, в озере с высокой

цветностью воды (~400 град) его доля может достигать 90% общей биомассы планктона [2]. Представляет особый интерес выявить причины столь интенсивного развития этого вида в зоопланктоне Кондопожской губы, загрязняемой отходами ЦБК.

Решение поставленной проблемы возможно с использованием эколого-токсикологического подхода, который предполагает проведение следующих исследований. В полевых условиях, где наблюдается градиент загрязняющих веществ, изучают особенности природных популяций. Кроме того, в экспериментах исследуют действие токсических веществ на выборку животных (отловленных из водоема или модельных видов) с точным дозированием уровня и длительности воздействия [4]. Методологический принцип использования эксперимента в экологических исследованиях разработан С.С. Шварцем [25] и успешно применен при изучении наземных и водных экосистем [8, 10, 22]. Подобный подход использован авторами при изучении причин исчезновения популяции планктонных ракообразных Eudiaptomus gracilis Sars в загрязняемых озерах [11].

Цель работы — изучить влияние ЛСН (компонента сточных вод целлюлозно-бумажного производства) на природные и лабораторные популяции ветвистоусых ракообразных.

Рис. 1. Расположение станций отбора проб на Онежском озере: 1 — вершинная, 2 — центральная, 3 — открытая части Кондопожской губы, 4 — зал. Большое Онего. Стрелкой указано место сброса сточных вод Кондопожского ЦБК.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Полевые наблюдения за состоянием популяции ветвистоусого рачка Баркта ег1з1Ша проводили на Кондопожской губе, которая расположена в северо-западной части Онежского озера. Площадь залива 223 км2, средняя глубина 21 м, максимальная — 80 м. В вершинной части Кондопожской губы проводится сброс сточных вод Кондопожского ЦБК (рис. 1). В Кондопожской губе сформировались три зоны с различным содержанием ЛСН: первая (в районе выпуска сточных вод) — 2 мг/л, вторая (5— 20 км от выпуска сточных вод) — 0.4—0.8, третья (30 км от выпуска) 0.3 [20].

В основу работы положены материалы гидробиологических съемок Кондопожской губы за 1988—2007 гг. Ежемесячные съемки с июня по сентябрь проведены в 1988, 1989 и 1993 гг., в остальное время пробы отбирали 1—2 раза в год. Пробы зоопланктона отбирали сетью Джеди (газ № 56) и обрабатывали по стандартной методике [15]. Три станции отбора проб расположены по продольному разрезу Кондопожской губы (рис. 1). Станция 1 (глубина 15 м) расположена в районе выпуска сточных вод, ст. 2 (глубина 80 м) — в 15 км от выпуска, ст. 3 (глубина 30 м) — в 30 км. Станция 4 расположена в условно чистом районе — зал. Большое Онего (глубина 100 м). Наряду с показателями средней

плотности популяции (экз./м3) рассмотрены показатели абсолютной численности в столбе воды (экз./м2), что позволило уменьшить влияние вертикальной неоднородности в распределении рачков и различий в глубинах станций. Температурные различия между станциями в периоды летних съемок не превышали 1—2°С.

По рядам эмпирических данных рассчитаны величины рождаемости и максимальные суточные приросты численности популяции. Рождаемость (b) рассчитывали по формуле [7, 10]

b = ln (Novo)/Do, где Novo — относительное количество яиц на одного рачка, рассчитываемое как произведение средней плодовитости на долю яйценосных самок в популяции, Бо — средняя продолжительность развития яиц, равная 2 сут [10].

На основе данных ежемесячных съемок, рассчитывали скорость изменения численности популяции (r) по уравнению [7]

г = ln (N2/N)/ (t2 - h), где N1 и N2 — численность популяции в момент времени t1 и t2.

Еще один метод оценки суточной скорости изменения численности основан на использовании аппроксимационной модели сезонной динамики

Таблица 1. Численность рачка Баркта cristata в летний период и его роль в рачковом планктоне Кондопож-ской губы

Номер Численность Доля в рачковом планктоне, %

станции тыс. экз./м3 тыс. экз./м2

1 20-25 (55) 300-350 (800) 70

2 0.08-1.0 60-80 30

3 1.5-2.0 50-60 25

4 <0.7 <50 15

Примечание. В скобках указаны экстремальные значения показателей.

популяции. Модель представляет собой нелинейную функцию от времени в сутках с начала года и описывает среднемноголетнюю динамику численности дафний за вегетационный период (с мая по октябрь) [1, 23]. Непрерывность функции позволяет рассчитать абсолютные и относительные скорости изменения численности популяции (rmod) на каждые сутки вегетационного периода. Анализировали максимальные скорости прироста численности популяции по каждому району.

Токсикологические эксперименты проводили на стандартном тест-объекте — ветвистоусом рачке Daphnia magna Straus, поскольку вид Daphnia cristata, популяция которого испытывает действие сточных вод ЦБК, фактически не культивируется в лабораторных условиях. Близкое родство видов, относящихся к одному роду Daphnia, позволяет экстраполировать экспериментальные данные, полученные на одном виде, на природные популяции другого вида дафний. Острую токсичность ЛСН оценивали по величине летальной концентрации (ЛК50), вызывающей гибель 50% подопытных животных при экспозиции 24 ч [18]. Длительное действие ЛСН исследовали с использованием методики Н.С. Строганова [21]. Лигносульфонат натрия, основной компонент сточных вод Кондопожского ЦБК, представляет собой концентрат черного щелока, образующегося при бисульфитной варке древесины. Исследуемый препарат ЛСН — это густая темно-коричневая паста, хорошо растворимая в воде. Согласно данным технического паспорта, массовая доля сухих веществ в ЛСН >50%, массовая доля редуцирующих веществ к абсолютной сухой массе — 10—20%, массовая доля золы — <28%, плотность (кг/м3) - >1250.

Первую серию хронических опытов проводили на двух поколениях рачков с использованием групповой посадки при экспозиции для каждого поколения 30 сут. В сосуды объемом 300 мл помещали по 5 экз. однодневных рачков. Опыты ставили в трех повторностях. Исследовали растворы ЛСН с концентрациями 0.5, 5, 25 и 50 мг/л (в пересчете на сухое вещество). Рачков для второго поколения отса-

живали в последний день опыта с первым поколением. Ежедневно учитывали количество молоди, затем рассчитывали среднюю плодовитость взрослых самок (количество молоди на одну самку за весь период опыта), в конце эксперимента измеряли длину тела рачков. Полученные данные представлены в виде среднего значения и его ошибки (М ± т). Достоверность различий между средними значениями показателей оценивали по критерию Стьюдента [19].

Вторую серию опытов проводили на одном поколении рачков с использованием индивидуальной посадки и экспозиции 22 сут. Однодневных дафний по 1 экз. помещали в сосуды объемом 100 мл. Опыты ставили в 15 повторностях. Исследовали растворы ЛСН с концентрациями 25 и 50 мг/л. Ежедневно учитывали количество молоди и измеряли длину тела рачков.

На основе полученных данных строили графики роста дафний в контроле и при действии ЛСН. Для расчета скорости линейного роста рачков использовали уравнение экспоненциальной регрессии, наиболее точно аппроксимирующее полученные данные (р < 0.05):

Ь = а/(1 + ехр(Ь - еБ)),

где Ь — длина рачков, мм, Б — время опыта, сут, с — коэффициент, отражающий скорость линейного роста, а и Ь — коэффициенты пропорциональности.

В обеих сериях опытов контролем служила дехлорированная водопроводная вода; дафний кормили в избытке одноклеточными зелеными водорослями Scenedesmus quadricauda; смену растворов на свежие проводили через 1 сут. Температура в течение всех опытов варьировала в пределах 18—21°С. Величина рН водопроводной воды, поступающей из Онежского озера, варьировала в пределах 6.6— 7.3, сумма ионов — 35—40 мг/

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.

Показать целиком