БИОЛОГИЯ ВНУТРЕННИХ ВОД, 2007, № 4, с. 83-87
УДК 597.08:574.64+574.583:591
ВОДНАЯ ТОКСИКОЛОГИЯ
ВЛИЯНИЕ КОМПОНЕНТОВ ПРИРОДНОГО ГАЗА НА ПОВЕДЕНИЕ
И ВЫЖИВАЕМОСТЬ РЫБ
© 2007 г. А. С. Маврин, П. П. Уморин, [Г. А. Виноградов, В. А. Соколов
Институт биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН, 152742 пос. Борок, Ярославская обл., Некоузский р-н, e-mail:mavr@ibiw.yaroslavl.ru Поступила в редакцию 04.04.2006 г.
В экспериментальных условиях изучена реакция избегания и определены летальные концентрации растворенной в воде пропан-бутановой смеси газов для сеголетков рыб - окуня, густеры и леща. Установлено, что газовая смесь, растворяясь в воде, вытесняет из нее кислород, содержание которого при этом может снижаться до критических для некоторых видов рыб значений (<4 мг/л). Газовая смесь обладает высокой острой токсичностью для рыб. Летальные концентрации смеси газов лежат в пределах 0.5-3 мг/л и легко достигаются при попадании газа в воду. Чувствительность рыб к пропан-бутановой смеси по реакции ее избегания находится на уровне летальных концентраций, что увеличивает вероятность гибели рыб в местах повышения содержания растворенных в воде газов при их утечке из газопроводов.
ВВЕДЕНИЕ
Природные нефтепромысловые газы, представляющие собой многокомпонентную смесь, транспортируются к потребителю в основном трубопроводами [15]. При повреждениях газопроводов на дне водоемов газовая смесь, поступая в воду и обладая относительно высокой растворимостью, может создавать в водоемах обширные области с высокими концентрациями растворенных газов. Основные компоненты нефтепромысловых газов - пропан и бутан, составляющие 16-20% общего объема газовой смеси [10]. Они ядовиты для водных организмов [7, 18]. Кроме того, при растворении газов возможно опасное для рыб и других гидробионтов вытеснение ими кислорода из воды [6, 14]. Дефицит кислорода может создаваться и за счет его интенсивного потребления в процессе микробиологического окисления газов, что наблюдается в естественных условиях на примере заморов при окислении метана [5, 7, 11]. Все приведенное выше свидетельствует о том, что попадание природных газов в водоемы способно оказать пагубное воздействие на водные организмы и экосистемы в целом и создать серьезную экологическую проблему, поэтому проектирование газопроводов должно включать экологическую экспертизу, выражающуюся в количественной оценке возможных последствий утечки газов. Однако влияние основных компонентов природных нефтепромысловых газов (пропана и бутана) на рыб остается мало изученным.
Цель работы - оценка влияния продувки пропан-бутановой смесью на содержание растворенного в воде кислорода, определение концентрации
пропан-бутановой смеси, оказывающей острое летальное действие на молодь некоторых видов рыб, изучение чувствительности рыб к компонентам природного газа по реакции избегания.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Поставленные задачи решали экспериментально на опытно-прудовой базе Института биологии внутренних вод РАН. В качестве подопытных рыб служили сеголетки густеры (Blicca bjoerkna L.), леща (Abramis brama L.) и окуня (Perca fluviatilis L.). Рыбу отлавливали в реке мальковой волокушей в сентябре 1990 г. Определяли ее размерно-массовые характеристики (табл. 1). Перед началом опыта рыб акклимировали к экспериментальным условиям в течение 24 ч. В экспериментах использовали речную воду с содержанием ионов Ca, Mg, Na и K соответственно 24.8, 25.8, 10.1 и 3.1 мг/л. Ионный состав определяли на атомно-адсорбци-онном спектрофотометре AAS1. Общая жесткость воды, рассчитанная по формуле (1), составила 3.36 ммоль-экв/л.
H =
Ca
Mg2
20.04 12.16'
(1)
где Н - жесткость общая, мг-экв/л; Са2+ и Mg2+ - содержание катионов кальция и магния в воде, мг/л.
Для опытов использовали баллонный сжиженный газ Ярославской газонаполнительной станции, состоящий из пропана (30%) и бутана (70%) (летний состав).
Опыты по оценке влияния пропан-бутановой смеси на выживаемость рыб и содержание растворенного кислорода проводили при естественном
Таблица 1. Размерно-массовые характеристики исследованных видов рыб
Вид Длина, мм Масса, г
Лещ 54.1 ± 0.9 2.66 ± 0.13
Густера 40.0 ± 0.8 1.19 ± 0.06
Окунь 38.3 ± 0.7 1.18 ± 0.08
Примечание. Представлены средние значения и их стандартные ошибки. Исследовано 40 экз. рыб.
освещении в пластиковых лотках размером 100 х 100 х 50 см с объемом воды 250 л, размещенных на открытом воздухе. В лотки помещали по 20 рыб одного вида. Смесь газов подавали из баллона через редуктор с помощью распылителей с таким расчетом, чтобы в каждом лотке поддерживали ее определенную концентрацию. Нарастающий ряд концентраций создавали изменением интенсивности продувки газом, которую оценивали визуально по пузырькам газа. Эксперименты выполняли в двух вариантах, каждый вариант - в двух повторностях. В первом варианте через воду продували смесь исследуемых газов и в эксперименте использовали сеголетков густеры, леща и окуня, во втором - продували одновременно смесь газов и воздух, в эксперименте использовали сеголетков густеры. Во всех лотках ежедневно измеряли температуру, определяли содержание в воде кислорода оксиметром YSI (США), величину рН - стеклянными электродами ЭСЛ-43-07 с использованием иономера И-115.
Общую концентрацию пропан-бутановой смеси газов, растворенных в воде, определяли методом газовой хроматографии [1, 9]. Пробы воды отбирали (без пузырьков воздуха) в пенициллиновые пузырьки, закрывающиеся герметично резиновой пробкой. В лаборатории шприцем с иглой отсасывали через пробку часть пробы (5 мл) и одновременно освобождающийся объем заполняли гелием (он служил затем в качестве газа-носителя при хроматографическом анализе). Пробу встряхивали и отстаивали для достижения равновесия (равенства парциальных давлений компонентов) между жидкой и газовой фазами в пузырьке. Затем отбирали шприцем 1 мл газовой фазы и вводили в газовый хроматограф ЛХМ-8МД. Анализ проводили с использованием колонки длиной 3 м, внутренний диаметр 4 мм, набивка колонки - По-лисорб А, температура 80°С, скорость потока газа-носителя (гелий) 40 мл/мин, детектор - катаро-метр. Пропан и бутан выходили одним пиком при времени удержания 1.5 мин. Концентрацию растворенных газов рассчитывали по площади пика на основе закона Генри [4] по формуле
C =
SA( Vg + PVl ) VglVs x 1000 '
(2)
где C - концентрация газа, мг/л, S - площадь под пиком газа на хроматограмме (определяли по количеству под пиком квадратиков площадью 1 мм2), A - количество газа, соответствующее единице площади под пиком (в данном анализе оно равнялось 0.06 мкг), Vg - объем газовой фазы в пузырьке, л, Vl - объем жидкой фазы в пузырьке, л, Vgi -объем газовой и жидкой фаз, объем пробы, л, Vs -объем пробы, вводимой в хроматограф, л, P - растворимость газа в воде, мл/л.
Токсичность растворенной в воде пропан-бутановой смеси для рыб оценивали по величине LC50 при экспозиции 96 ч (концентрация, при которой наблюдается гибель 50% особей) методом пробит-анализа [3].
Поведенческие эксперименты проводили в лабораторных условиях в проточных экспериментальных установках (рис. 1), действующих по принципу альтернативного выбора рыбами одного из двух коридоров. Опыты выполняли после ак-климации животных в течение 5-12 ч к экспериментальным условиям на одновидовых группах рыб по 10 экз. Учитывали количество рыб, прореагировавших продвижением к источнику раздражения, избеганием или оставшихся неподвижными (% общего числа). Эффективной считали такую концентрацию раздражителя, которая вызывала реакцию избегания 80%, пороговой - реакцию избегания 20% общего числа рыб в опыте в течение 30 мин. Опыты проведены в 5-10 повторностях.
Результаты представлены в виде средних и их ошибок (x ± mx ), для оценки достоверности использовали /-критерий Стьюдента при p = 0.05. Зависимость содержания растворенной газовой смеси от концентрации растворенного кислорода оценивали методом корреляционного анализа [19]. Статистическую обработку данных проводили с помощью прикладной программы Quattro Pro 5.0 и SPSS (для пробит-анализа).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В первом варианте опыта при интенсивном продувании воды смесью газов их содержание в воде достигало 14.1 мг/л, концентрация растворенного кислорода снижалась с 9.6 до 3.6-4.7 мг/л (рис. 2, кривые 7 и 8). При менее интенсивной продувке смесью газов их содержание в воде <4 мг/л, концентрация растворенного кислорода колебалась в пределах 6.4-9.5 мг/л (рис. 2, кривые 4 и 5). Средняя температура воды в эксперименте была 5.3 ± 0.4°С, pH колебалась в пределах 8.24-8.50. Коэффициент корреляции между концентрациями растворенных в воде кислорода и смеси газов составил -0.97, -1 и -0.95 соответственно для густеры, леща и окуня.
Рис. 1. Схема установки для изучения поведенческих реакций рыб: 1 - емкость с чистой водой, 2 - с испытуемым раствором, 3 - подводящие шланги, 4 - магнитные клапаны, 5 - коридоры выбора, 6 - сток, ограничитель уровня воды.
мг/л
10
0
24
48
72
96 ч
Рис. 2. Влияние компонентов природного газа на концентрацию кислорода, растворенного в воде (мг/л), в опытах с густерой (г = 5.3 ± 0.4°С, рН 8.24-8.50, Н = 3.36 мг-экв/л). При барботировании воздухом: 1 - в контроле (газ отсутствует), 2 - во всех опытах с разной интенсивностью продувания пропан-бутановой смесью (концентрация газа 0.7-3 мг/л), доверительный интервал -минимальные и максимальные концентрации растворенного в воде кислорода. Без барботирования воздухом: 3 - в контроле (газ отсутствует); 4, 5 - при низкой, 6 - средней, 7, 8 - высокой интенсивности продувания пропан-бутановой смесью. Концентрация газа: 4 - 1.01.4, 5 -1.5-3.8, 6 - 4.0-6.8, 7 - 7.1-8.5, 8 - 9.9-14.1 мг/л; по оси абсцисс - экспозиция.
рыб. Выявленная реакция сохранялась на протяжении 2 ч нахождения рыб в воде с растворенной газовой смесью. После остановки подачи исследуемой воды и постепенной замены ее чистой водой реакция избегания прекращалась в течение 30 мин. Определение содержания растворенной смеси газов показало, что их пороговые и эффективные концентрации для сеголетков исследованных видов близки по
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.