научная статья по теме РЕАКЦИЯ ЗООПЛАНКТОНА МИКРОКОСМОВ НА РАЗДЕЛЬНОЕ И СОВМЕСТНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ ХЛОРПИРИФОСА И СМЕСИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ Биология

Текст научной статьи на тему «РЕАКЦИЯ ЗООПЛАНКТОНА МИКРОКОСМОВ НА РАЗДЕЛЬНОЕ И СОВМЕСТНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ ХЛОРПИРИФОСА И СМЕСИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ»

БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2007, № 3, с. 87-94

^=ВОДНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ =

УДК 574.583(28):591+504.45.054-034+574.64:632.95

РЕАКЦИЯ ЗООПЛАНКТОНА МИКРОКОСМОВ НА РАЗДЕЛЬНОЕ И СОВМЕСТНОЕ ПОСТУПЛЕНИЕ ХЛОРПИРИФОСА И СМЕСИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

© 2007 г. С. А. Курбатова,

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail: kurb@ibiw.yamslavl.ru Поступила в редакцию 14.11.2005 г.

Исследовано влияние хлорпирифоса и смеси тяжелых металлов (Hg, Cu, Cd, Zn) на изменение структурных показателей зоопланктонных сообществ в полевом эксперименте. Пятикратное внесение 0.1 мкг/л хлорпирифоса привело к снижению количества видов на 20-40%, численному преобладанию Copepoda, возрастанию численности и биомассы Bosmina longirostris и фильтраторов Calanoida. Существенные перестройки в зоопланктоценозе произошли после третьего внесения пестицида. Поступление в воду металлов вызвало достоверное уменьшение численности и биомассы Cladocera во вторую и третью недели опыта. Снижение индекса видового разнообразия с 2.6 до 1.8 бит/экз. отмечали в последующий после воздействия период. При совместном влиянии токсикантов изменения в зоопланктоне были более значительны, чем при раздельном.

Е. А. Коренева, Г. А. Виноградов

ВВЕДЕНИЕ

Фосфорорганический пестицид хлорпирифос (ХП) - один из наиболее распространенных инсектицидов, применяемых в быту и сельском хозяйстве. В США препараты, изготовленные на основе ХП, широко использовались >30 лет. В 70-х годах XX в. Агенство по охране окружающей среды США, основываясь на токсико-гигие-нических исследованиях, предложило ограничить использование пестицида дурсбана (действующее вещество - ХП) [5]. С 2000 г. США остановили продажу этого препарата в связи с тем, что были выявлены сотни продуктов питания, содержащих ХП и участились случаи отравления людей. В России препараты, содержащие ХП ("Капкан-эффект", "Абсолют", "Чистый дом", "Эмпайр-20" и др.), активно внедряются.

Концентрация ХП 0.1 мкг/л безопасна для зоо-планктонного сообщества при разовом воздействии [38]. Остается открытым вопрос о реагировании зоопланктона на многократное поступление ХП в данной концентрации в водную экосистему.

Тяжелые металлы (ТМ) относятся к другой группе широко распространенных загрязнителей природных вод. Кроме прямого токсического действия, приводящего к поражению физиологических систем организмов и их массовой гибели, ТМ вызывают опасные отдаленные экологические последствия. В водных биоценозах под воздействием сравнительно низких концентраций металлов нарушаются трофические связи, равновесие между авто- и гетеротрофными организма-

ми, что в конечном итоге ведет к нарушению биотического круговорота и дестабилизации водных экосистем [8, 26].

Промышленные, бытовые и сельскохозяйственные стоки, содержащие различные загрязнители, поступают в водоемы, где происходит их перемешивание. В результате этого на гидро-бионтов действуют не отдельные группы загрязняющих веществ, а их смеси, токсичность которых может значительно отличаться от суммарной [1, 19]. Работы, направленные на изучение влияния смесей токсикантов на водные организмы, немногочисленны, особенно если учесть то множество комбинаций, которое возникает в результате деятельности человека. Как правило, исследования проводятся на отдельных видах гид-робионтов [12, 19-21, 25], при этом исключаются межбиотические взаимодействия и влияние факторов среды. Кроме того, чаще определяется острая токсичность комбинаций загрязнителей. Однако установлено, что тип взаимодействия веществ (аддитивность, синергизм, антагонизм) различается в острых и хронических опытах [19]. Для прогнозирования развития природных биоценозов после поступления в них небольших доз токсикантов и их смесей возникает необходимость проведения длительных опытов на сообществах водных организмов.

Цель работы - изучить реакцию зоопланктонных сообществ модельных экосистем (микрокосмов) на раздельное и совместное действие сублетальных концентраций ХП и смеси ТМ в хроническом эксперименте.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Микрокосмы (термин по работе [35]) создавали в пластиковых лотках объемом 1.5 м3, которые размещали в залитом водой пруду для уменьшения суточных колебаний температуры. Отловленный в прудах зоопланктон смешивали в одной емкости и примерно в равных количествах (~400 экз./л) помещали в каждый лоток. Создавали микрокосмы Лефлера [31, 34] - искусственные экосистемы, изначально содержащие все организмы, которые имеются в природном водоеме, и их количество и состав определяется случаем, а не экспериментатором. Для предотвращения выноса зоопланктона с током воды в лотках устанавливали сливные фонари с газом № 76. В целях устранения накопления метаболитов и установления благоприятного газового режима создавали проточность (0.5 м3/сут). Зоопланктон адаптировали к условиям эксперимента в течение 10 сут, затем вносили токсиканты.

Через дилютерное устройство [3] во все микрокосмы подавали речную воду, предварительно отфильтрованную через мельничное сито № 76. В опытные лотки в течение 1 мес поступали растворы солей (марки "чда") ZnSO4, Cd(NO3)2, CuSO4 и ^С12. В пересчете на ионы концентрации металлов составляли 100 (2п), 10 (Cd), 5 (Си), 1 мкг/л, что превышает ПДК для рыбохозяйственных водоемов [14], но еще большие значения отмечаются для некоторых водоемов Европейской России [13]. Концентрацию смеси металлов контролировали по содержанию Zn еженедельно на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-1.

ХП (препарат производства США) разводили в отфильтрованной речной воде и вносили вручную в каждый опытный лоток с расчетом, чтобы его концентрация составляла 0.1 мкг/л. ХП добавляли 5 раз: на 1, 7, 14, 21 и 28-е сутки.

Эксперимент включал четыре варианта, выполненные в трех повторностях: контроль, ХП, ТМ, ХП + ТМ и состоял из двух этапов: 1) действие на сообщества токсикантов (30 сут); 2) восстановление сообществ после окончания воздействий (36 сут). Наблюдения проводили с 24 июля по 27 сентября 1990 г.

Ежедневно регистрировали фоновые характеристики среды: температуру, рН, содержание 02.

Пробы зоопланктона отбирали пробоотборником на 0.5 л в шести точках (всего 3 л) дважды в неделю в период воздействия и 1 раз в неделю в восстановительный период. Пробы фиксировали 4 %-ным раствором формалина и обрабатывали по общепринятым методикам [10]. Оценивали видовой состав, численность и биомассу зоопланктона, рассчитывали индекс видового разнообразия Шеннона и показатель доминирования Симп-сона. Значимость различий между вариантами

оценивали по ¿-критерию Стьюдента для уровня достоверности 0.05 [9].

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В период поступления в микрокосмы токсикантов средняя минимальная температура равнялась 17.6°C, максимальная - 21.8°C, в период восстановления - соответственно 9.3 и 15.0°C. Средняя за весь эксперимент концентрация Ca2+ составляла 17.3 мг/л, Mg2+ - 25 мг/л. Значения рН колебались в пределах 6.9-9.0. Содержание 02 в течение суток изменялось от 6.8 (в 5 ч) до 12.8 мг/л (в 13 ч).

За время эксперимента зарегистрировано 98 видов зоопланктеров, из них 59 - Rotatoria, 23 -Cladocera, 16 - Copepoda.

В контрольных сообществах средняя за все время наблюдений численность зоопланктона составляла 276 экз./л (минимальное значение 131 экз./л, максимальное - 476 экз./л). Преобладали Cladocera (~60%). По численности доминировала Ceriodaphnia quadrangula (O.F. Müller) (в среднем 38%), по биомассе - Daphnia longispina O.F. Müller (53%). Наиболее массовое развитие ветвистоусых рачков отмечали в первые две декады августа (~234 экз./л), затем их численность снизилась, и до конца эксперимента значение этого показателя было в среднем 88 экз./л. Доля Copepoda менялась от 10 до 57% (в среднем 35%), Rotatoria 1-13% (в среднем 5%). В пробах регистрировали от 14 до 21 вида зоопланктеров одновременно.

В начале эксперимента отмечена тенденция к снижению общей численности зоопланктона под влиянием токсикантов, но различия между вариантами были недостоверны. Средние по трем по-вторностям значения общей численности были ниже контрольных в течение 1 нед в вариантах с ХП и ХП + ТМ и более длительный срок (~3 нед) -в варианте с ТМ. В последующем до конца периода поступления металлов и в восстановительный период общая численность зоопланктона в варианте с ТМ превышала контрольную из-за большего развития в сообществе веслоногих ракообразных.

Поступление в воду токсикантов влияло в первую очередь на состав и динамику количественных показателей основных планктонных фильтраторов - ветвистоусых рачков, что определяло изменение видовой структуры и соотношения различных групп зоопланктонного сообщества в целом. Происходило уменьшение доли Cladocera и увеличение доли Copepoda (рис. 1). В наибольшей степени данные изменения выражены в случае совместного действия ХП и ТМ.

В период внесения ХП численность Cladocera была в 2-3 раза достоверно ниже, чем в контроле.

% 100

50

100

50

1 7 11 17 24 31 44 59 1 7 11 17 24 31 44 59 сут

■ 1 □ 2 И 3

Рис. 1. Относительная численность основных групп зоопланктона в контроле (а) и микрокосмах с XП (•), с TM (в), с XП + TM (г): 1 - Rotatoria, 2 - Cladocera, 3 - Copepoda.

Биомасса этих рачков в среднем за периоды воздействия и восстановления составляла по 48% контроля. Произошли изменения видового состава. Вместо 7-10 видов Cladocera, отмечаемых в контроле, в варианте с XП встречалось лишь 3-5. Из сообщества исчезли Diaphanosoma brachyurum (Lievin), Scapholeberis mucronata (O.F. Müller), Chy-dorus sphaericus (O.F. Müller), Polyphemuspediculus (Linne), которые с невысокой численностью постоянно присутствовали в контроле. Эти виды не появились в сообществах и в восстановительный период.

Под влиянием смеси TM численность и биомасса ветвистоусых рачков с 7-х по 24-е сутки была в 4-6 раз достоверно ниже контрольных значений. Затем эти показатели возросли и были сравнимы с контрольными. Количество видов Cladocera в варианте с TM снизилось спустя 1 нед от начала воздействия и оставалось меньше контрольного до конца эксперимента. Из характерных

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