научная статья по теме ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ И ТЕРАТОГЕННАЯ ОЦЕНКА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА Биология

Текст научной статьи на тему «ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ И ТЕРАТОГЕННАЯ ОЦЕНКА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА»

БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2011, № 3, с. 78-87

ВОДНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ

УДК 556.555.6:504.054

ТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ И ТЕРАТОГЕННАЯ ОЦЕНКА ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ РЫБИНСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА

© 2011 г. И. И. Томилина, Л. П. Гребенюк, Г. М. Чуйко

Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н e-mail: tomil@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 06.08.2010 г.

Методами биотестирования определена токсичность донных отложений из различных участков Рыбинского водохранилища. На всех исследованных станциях не выявлено острой и хронической токсичности водной вытяжки грунтов для цериодафний. Зарегистрировано увеличение по сравнению с контролем относительной численности личинок СЫгошотт прапт Ме1§еп с деформациями структур ротового аппарата. В патоморфологических нарушениях преобладали аномалии сильно-хитинизированных структур — ментума и мандибул. На основании полученных данных можно заключить, что грунты на станциях, находящихся в зоне влияния Череповецкого индустриального комплекса, относятся к загрязненным и грязным.

Ключевые слова: донные отложения, Рыбинское водохранилище, биотестирование, токсичность.

ВВЕДЕНИЕ

Донные отложения (ДО), их состав и свойства отражают совокупность физических, химических и биологических процессов, происходящих в водоемах. Это более стабильный компонент водных экосистем в отличие от такой динамичной среды как водные массы. Основная часть загрязняющих веществ концентрируется в ДО, приводя к накоплению их в бентосных организмах с последующей передачей по трофическим цепям [11, 12]. Есть два подхода в оценке загрязнения ДО: химический (по концентрации загрязняющих веществ и сравнении их с ПДК) и биологический (биоиндикация и биотестирование) [2]. Токсикологическая оценка ДО проводится методами биотестирования, что позволяет получить быструю информацию о потенциальной опасности загрязняющих веществ для гидро-бионтов [3].

В биосфере циркулирует огромное число ксенобиотиков антропогенного происхождения, многие из которых обладают высокой токсичностью, способны накапливаться в трофических цепях и устойчивы в окружающей среде. Прежде всего это стойкие органические загрязнители (СОЗ) — хлорорганические соединения, которые трудно подвергаются фотолитическому, химическому и биологическому разложению, характеризуются низкой растворимостью в воде и хорошей растворимостью в липидах. Эти свойства способствуют их быстрому и значительному накоплению в тканях живых организмов, вызывая в жизнедеятельности

последних различные, зачастую негативные, изменения [9].

Среди СОЗ полихлорированные бифенилы (ПХБ) и хлорорганические пестициды (ХОП) выделяются как наиболее широко распространенные в окружающей среде, включая водные объекты. Начиная со второй половины XX в. они производились и применялись в больших количествах в сельском хозяйстве и промышленности. После поступления в водную среду ПХБ из-за их низкой растворимости в воде быстро сорбируются на взвешенных минеральных и органических частицах и вместе с ними в процессе седиментации поступают в ДО. При экспериментальном внесении смеси ПХБ в воду после 30 сут экспозиции в растворенной форме остается лишь 1% вещества, а 99% осаждается [1], поэтому в природных условиях в воде они фактически не обнаруживаются [4, 6, 15].

В ДО ПХБ сохраняются продолжительное время без существенных изменений. Их биологическое разложение, начиная с тетра- и пентахлорзамещен-ных конгенеров, считается невозможным. Даже однократное загрязнение грунтов ПХБ может приводить к постоянному локальному загрязнению водных организмов в течение длительного времени (до нескольких лет) после того, как произошло это загрязнение [1].

Аккумулируя ПХБ, грунты, с одной стороны, способствуют их выведению из воды, с другой — представляют собой постоянный источник их поступления в бентосные организмы. ПХБ характеризуются высокой хронической токсичностью, пере-

Рис. 1. Карта-схема станций отбора проб на Рыбинском водохранилище: 1 — Ягорба, 2 — Торово, 3 — Любец, 4 — Мяк-са, 5 — Первомайка, 6 — Брейтово; стрелка — направление течений.

Череповец

даются по пищевым цепям и способны вызывать генотоксические и мутагенные эффекты [25].

Регулярный мониторинг содержания СОЗ и других загрязняющих токсических веществ в ДО и оценка их влияния на биоту на различных участках Рыбинского водохранилища не ведется. Имеются лишь единичные исследования [3, 7, 14, 15, 23].

В Рыбинском водохранилище загрязнению ПХБ в наибольшей степени подвержен Шекснинский плес. Они обнаружены во всех компонентах экосистемы (вода, ДО, макрозообентос, рыба) [7, 15, 17]. Наиболее сильным хроническим токсическим действием на водных беспозвоночных (цериодафний и амфипод) обладают ДО на участках водохранили-

Таблица 1. Токсичность донных отложений Рыбинского водохранилища

Номер станции Цельный грунт (тест на Chironomus riparius) Водная вытяжка донных отложений (тест на Ceriodaphnia affinis)

Гибель, % (20 сут) Линейные размеры, мм Гибель, % (48 ч) Гибель, % (7 сут) Среднеечисло пометов Среднее количество молоди на одну самку, экз.

1 75.0 ± 15.0b 9.3 ± 0.8ab 0 0 2.7 20.0 ± 2.4

2 33.3 ± 3.4a 13.7 ± 0.3d 0 30 3.1 23.5 ± 3.0

3 41.6 ± 11.7a 12.2 ± 0.3е 0 0 3.4 28.4 ± 2.4

4 33.3 ± 10.0a 10.6 ± 0.2b 0 0 2.8 23.4 ± 1.7

5 23.3 ± 3.4a 11.8 ± 0.4е - - - -

6 26.6 ± 3.4a 13.9 ± 0.2d 0 10 2.9 21.2 ± 4.2

Контроль 23.3 ± 3.4a 12.1 ± 0.3е 0 20 3.3 26.5 ± 3.5

Примечание. В скобках указана экспозиция тест-организмов. Здесь и в табл. 2 буквенные надстрочные индексы в каждом столбце указывают на достоверные различия при уровне значимости р = 0.05.

ща, расположенных в зоне влияния Череповецкого индустриального комплекса (ЧИК), причем токсичность цельного грунта на 78% обусловлена ПХБ и полиароматическими углеводородами (ПАУ) [14].

Цель работы — оценить токсичность ДО из различных участков Рыбинского водохранилища с разным содержанием ПХБ для цериодафний и личинок хирономид в условиях хронического эксперимента.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Пробы ДО отбирали в сентябре 2006 г. дночерпа-телем Экмана-Берджи с площадью захвата 0.025 м2 с горизонта 0—30 см на затопленных руслах рек (глубина 10—12 м) Шексны (ст. 1—4) и Мологи (ст. 5 и 6) в трех повторностях на каждой станции. При выборе станций учитывали гидрологические особенности водоема и их удаление от основного источника загрязнения — ЧИК (рис. 1). После перемешивания грунта для каждой станции отбирали интегральную пробу. Одну часть пробы высушивали до воздушно-сухого состояния и использовали для гранулометрического и физико-химического анализов состава грунта, включая содержание стойких органических загрязняющих соединений (СОЗ, ПХБ, ДДТ ГХБ). Эти результаты опубликованы ранее [15]. Другую часть использовали для оценки токсичности и до начала биотестирования хранили <14 сут в холодильнике при температуре 2—4°С.

Оценивали токсичность цельного грунта и водной вытяжки (ВВДО) из него, которую готовили по описанной ранее методике [13]. Для оценки токсичности ВВДО в качестве тест-организмов использовали лабораторные культуры ветвистоусого рачка Ceriodaphnia affinis Lillijeborg, для цельных грунтов — комаров Chironomus riparius Meigen. Методика определения токсичности водной вытяжки основана на установлении различий между выживае-

мостью рачка С. аЩгпгя в ВВДО загрязненного и незагрязненного (контрольного) грунтов. Критерий токсичности для цериодафний — гибель >20% особей за 7 сут и достоверное снижение репродуктивных показателей за тот же период [22]; для личинок хирономид — смертность, изменение линейных размеров [20] и морфологические нарушения в строении ротового аппарата после 20-суточной экспозиции [5, 26, 27]. Изучали три группы структур ротового аппарата: сильнохитинизированные (мен-тум, мандибулы), комплекс верхней губы (преман-дибулы, эпифарингс, верхнегубной гребень) и антенны. Рассчитывали относительную численность личинок с деформациями, долю личинок с деформациями отдельных структур ротового аппарата, соотношение этих структур и индекс тяжести ан-теннальной деформации (ISAD) [27].

Эксперименты проводили на отстоянной артезианской воде при температуре 20 ± 2°С, рН 7.0—7.5, общей жесткости 4.0—4.5 мМэкв/л Са++ и М§++ и содержании растворенного кислорода на уровне насыщения. В каждой пробе использовали 10 цериодафний и 40 личинок хирономид, эксперименты проводили в двух повторностях. Контролем во всех экспериментах служили интактные тест-организмы, содержащиеся в лабораторных условиях с использованием отстоянной артезианской воды и илистого песка со следующими физико-химическими характеристиками: потери при прокаливании - 1%, Собщ - 0.8, Сорг - 0.7, ^общ - 0.1, Робщ -0.06%. Грунт отбирали из незагрязненных природных водоемов окрестностей пос. Борок Ярославской обл.

Данные представляли в виде средних значений и их ошибок. Результаты обрабатывали статистически, используя метод дисперсионного анализа (ANOVA) и процедуру LSD-теста при уровне значимости р = 0.05 [24]. Статистический и корреляцион-

Рис. 2. Ментум личинок СЫтопошт прапш возраста IV, х200: а — нормальное строение, б— е — различные виды деформаций ментума; а — срединный трехраздель-ный зубец, L1—L6 — латеральные зубцы.

ный анализы результатов проводили с помощью пакета программ STATGRAPHICS Plus 2.1.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

При биотестировании ВВДО гибели цериодаф-ний не наблюдалось в течение 48 ч экспозиции (табл. 1). Увеличение экспозиции до 7 сут приводило к достоверному относительно контроля повышению смертности рачков на ст. 2, где она незначительно превышала допустимый методикой 20%-ный уровень. Плодовитость рачков как по среднему числу пометов, так и по количеству молоди на одну самку на всех станциях была сравнима с контрольными значениями.

При биотестировании цельного грунта достоверно более высокая гибель личинок хирономид (75%) по сравнению с контролем отмечена на ст. 1. Достоверное уменьшение линейных размеров тест-организмов наблюдали на ст. 1 и 4, на ст. 2 и 6 они были выше, чем у контрольных животных (табл. 1).

Относительная численность личинок с деформаци

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