Расчет индекса неблагополучного состояния (ИНС) для рыбного населения реки Ишим

РАСЧЕТ ИНДЕКСА НЕБЛАГОПОЛУЧНОГО СОСТОЯНИЯ (ИНС) для рыбного НАСЕЛЕНИЯ РЕКИ ИШИМ

н. к. кобетаева,

старший преподаватель кафедры управления и инжиниринга в сфере охраны окружающей среды Евразийского национального университета им. Л. Н. Гумилева.

Республика Казахстан, г. Астана, ул. Жумабаева, д. 5, кв. 36; тел. 87172561242, 87013291567

Ключевые слова: экология, поллютанты, рыбы, патология, индекс. Keywords: Ecology, pollutants, fishes, a pathology, an index.

Цель и методы исследований.

Река Ишим имеет важное геоэкологическое и народнохозяйственное значение для всего региона Акмолинской области.

Однако в последние годы бурное развитие столицы Казахстана Астаны и ее пригорода оказывает сильное антропогенное влияние на гидрохимические, гидробиологические характеристики реки [1]. Гидрохимический состав воды реки Ишим периодически показывает превышение в ней ПДК нефтепродуктов, синтетических детергентов, сульфатов, железа, меди [6].

Для оценки экологического благополучия реки среди целого ряда индикаторных объектов в ряде случаев целесообразно использовать метод расчета индекса неблагополучного состояния (ИНС), основанный на изучении паталого-анатомических характеристик рыбного населения реки [2].

Именно рыбы, являясь конечным звеном трофических цепей, аккумулируют огромное количество токсикантов различной природы. И органы рыб могут служить важными индикаторами морфо-функционального состояния не только отдельной особи, но и популяции в целом [3, 4, 5].

Главной причиной снижения уловов в реке Ишим в настоящее время испытывает значительное антропогенное воздействие, оказываемое сельскохозяйственными объектами, неочищенными сбросами промышленных предприятий и ливневыми сточными водами с селитебных территорий, накопителями городских и промышленных сточных вод (в основном — золоотвалами ТЭЦ), а также чрезмерным выловом рыбы [6].

Ранжирование патологий по баллам проводится однотипно (табл. 1.). ИНС определяется как сумма всех баллов по всем органам, включая зараженность паразитами и жиронакопление [2]. При этом значению 0 соответствуют нормальные морфологические характеристики.

Принято, что значения ИНС позволяют определить состояние среды обитания для рыб различных экологических групп: значения от 0 до 3 для мирных рыб и от 0 до 8 хищных рыб указывают на обитание в зоне относительного экологического благополучия, значения 5-7 для мирных рыб и 8-13 для хищников соответствуют зоне экологического бедствия, значения выше указанных соответствуют зоне экологического кризиса [2].

В реке Ишим обитают главным образом представители бореально-равнинного фау-нистического комплекса. К нему относятся

Таблица 1

Балльная система оценок аномалий рыб [Решетников и др., 1999]

Система органов, наличие паразитов, жировое перерождение Признаки Оценка в баллах

2 3

Кожные покровы тела Отсутствие черного пигмента (депигментация) Появление голубой или зеленой окраски Прозрачный череп «Ерошение» чешуи Появление язв на теле 1 2 3 3 4

Челюсти Незначительное укорочение обеих или одной из них Недоразвитие, мопсовидный рот 2 3

Плавники Лучи изогнуты, сломаны, их число необычно «Оплавление» плавников Отсутствие плавника 1 2 3

Жаберные тычинки Изменение формы тычинок (раздвоены или загнуты) Неровный ряд тычинок (тычинки укорочены) Неполный ряд (тычинки оплавлены или редуцированы) 1 2 3

Жабры Бледные, много слизи Анемичное кольцо на жабрах слабое Анемичное кольцо сильно выражено 1 2 3

Мышцы Тургор слабый, тело обвисает Продавливаются под пальцами Разделяются на миосепты, имеются полости 1 2 3

Позвоночник Позвонки без аномалий, позвоночник слабо искривленный Позвоночник сильно искривленный (сколиоз) Срастание и разрушение позвонков (лордоз, кифоз) 1 2 3

Гонады Асимметричные (одна гонада больше другой на 1/3 и более) Перетяжки в гонадах у самок, складчатость у самцов Гонады без выхода у самок и мозговидные у самцов Гермафродитизм 1 2 3 4

Почки Сильные соединительно-тканные разрастания По структуре гранулированные на 1/3 длины; по цвету бурые Гранулированные на 2/3 длины и более; бурые Полностью гранулированные; бурые; камни в почках 1 2 3 4

Печень Бледнее, чем обычно, чаще палевая; нормальная по форме и размеру Очень бледная; пятнистая (мозаичная) и слабо редуцированная Рыжая, сильномозаичная и зернистая по структуре, редуцированная более чем в 2 раза; цирроз 1 2 3

Паразиты Имеются более чем в 2 органах Многочисленны, более чем в 3 органах Очень обильны, поражены все органы 1 2 3

Жировое перерождение Изменение цвета полостного жира Ожирение отдельных органов 1 2

Таблица 2

Бальная система оценок аномалий рыб реки Ишим

щука сазан лещ

вид рыб, № min тах среднее ошибка min тах среднее ошибка min тах среднее ошибка

L, mm 420 500 461,3 27,56 375 432 404,0 19,33 290 305 296,7 5,56

^ mm 360 435 399,3 26,22 312 355 335,7 15,78 218 228 223,7 3,78

^ g 322,35 457,8 397,29 49,958 702,35 842,8 751,32 60,951 191,26 199,95 194,62 3,553

С1агк 0,56 0,69 0,63 0,046 1,79 2,33 2,00 0,222 1,63 1,85 1,74 0,078

вид 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

плавники 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

жабры 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

сердце 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

печень 1 2 1,67 0,444 3 4 3,33 0,444 2 3 2,33 0,444

почки 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

мышцы 2 2 2 0 2 2 2 0 0 0 0 0

гонады 0 0 0 0 0 1 0,67 0,444 0 0 0 0

жир 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

паразиты 0 1 0,3 0,44 0 0 0 0 0 0 0 0

ИНС 3 5 4,0 0,67 5 7 6 0,667 2 3 2,33 0,444

щуковые (щука), карповые (карп, плотва, язь, лещ, пескарь, гольян, линь, серебряный карась), из трескообразных налим и окуневые (окунь, ерш, судак) рыбы. Однако одновременно с ними еще встречаются и вселенцы — представители арктического пресноводного фаунистического комплекса, такие как сиговые (пелядь, рикус, сиг) [7].

В данной работе был произведен расчет индекса неблагополучного состояния (ИНС) для щуки, сазана (карпа) и леща. Были подобраны особи примерно одного возраста по 10 рыб для каждого вида .

Сазан — ценный промысловый вид; акклиматизированный в свое время во многие водоемы Северного Казахстана, сазан постепенно был замещен его «домашней» формой — карпом, численность которого кроме естественного воспроизводства поддерживается периодическим вселением в водоемы его молоди, получаемой на Петропавловском и Зерендинском и Майбалыкском рыбопитомниках.

Лещ — обычный вид в речной системе Ишима. Лещ весьма неприхотлив к условиям размножения, нерестится на глубинах от 0,5 до 5 метров при температуре воды 13-180С. Икра откладывается на растительность, корни затопленных кустарников, деревьев. Плодовитость — 70-400 тыс. икринок. Питается в основном донными беспозвоночными, в меньшей степени зоопланктоном, водной растительностью. Является одним из основных объектов промысла. Численность леща в последние годы значительно возросла

Щука — одна из самых распространенных хищных рыб речной системы. Держится преимущественно поодиночке в прибрежной зоне, образует стаи во время нереста и поздней осенью. Для работы

были отобраны особи 3-х летнего возраста.

Результаты исследований.

Ранжирование патологий по баллам представлено в таблице 2; ИНС определяется как сумма всех баллов по всем органам, включая зараженность паразитами и жиронакопление.

По внешним морфологическим показателям изучаемые рыбы не имели отклонений от нормы, характерной для их вида. Средняя полная длина щуки составляла 461,3 ± 27,56 (мм); масса колебалась от 360 до 435 (г). В целом для щуки возраста 3 лет эти показатели являются характерными [8].

У сазана средняя длина составила 404,0 ± 19,33 (мм) при массе 751,32 ± 60,951(г). Весо-ростовой показатель свидетельствует о нормальной «упитанности» рыбы. Соответственно, у леща средняя длина 296,7 ± 5,56 (мм) и вес 194,62 ± 3,553(г).

Таким образом, по внешнему виду изученным видам рыб выставлена оценка 0, что соответствует экологическому благополучию.

По внешнему виду плавников, жабр, сердца у рыб также патологии выявлено не было, соответственно, оценка — 0.

Однако печень изученных рыб оказалась более чувствительным индикаторным органом. Так, у щуки отдельные особи получили оценку 2, что соответствует окраске очень бледной; пятнистой (мозаичной) и слабой редуцированности. Средняя оценка печени у щуки 1,67 ± 0,444. У сазана особи имели в основном больную печень — 3 и 4 (очень плохо) балла — рыжая, сильномозаичная и зернистая по структуре, редуцированная более чем в 2 раза; цирроз. Также плохую печень - 2 и 3 балла- имели особи леща.

Мышцы рыб относительно неблагополучны у щуки и сазана у всех особей и оценены в 2 бала, так как продавливаются под пальцами.

У отдельных особей карпа гонады асимметричные (одна гонада больше другой на 1/3 и более), что соответствует 1 баллу. Гонады других видов рыб внешней патологии не обнаружили. Также у всех изученных особей не обнаружены патологии жиронакопления.

У некоторых особей щуки и паразиты имеются более чем в 2 органах, но средний балл по этому показателю составил 0,3 ± 0,44.

В итоге индекс неблагополучного состояния, рассчитанный для трех видов рыб реки Ишим, составил для хищной рыбы щуки 4,0 ± 0,67 (от 3 до 5) и для рыбы мирной — леща — 2,33 ± 0,444 (от 2-3), сазана - 6 ± 0,667 (5-7 баллов). Высокие индексы у сазана (карпа) можно объяснить тем, что изначально мальки этих рыб разводились в Майбалыкском рыбопитомнике, где вследствие сильного обмеления водоема в питомник поступает вода с высокой концентрацией солей, а также водоем является неблагополучным в плане высокого содержания паразитов. Поэтому на «здоровье» карпа может сильно отражаться ранний этап жизнедеятельности.

Если исключить ИНС карпа, то по ИНС щуки и леща можно оценить реку Ишим как зону относительного экологического благополучия.

Оценка состояния индикаторных органов у рыб в реке Ишим позволяет говорить о некотором их угнетении, особенно это характерно для участка реки в центральной части города, где характер и глубина нарушений репродуктивной функции самок, печени и мышцу

рыб обоих полов несколько возрастала.

Обнаруженные аномалии в органах могут быть следствием повышенного содержания в реке тяжелых металлов, фосфорорганических соединений, инсектицидов, синтетических детергентов и т. д. Репродуктивная система становится подверженной воздействию токсикантами опосредованно, через нарушение гормонального статуса организма или вследствие его общей интоксикации — через кровь [8, 9].

Морфологические характеристики печени, мышц рассмотренных видов рыб предоставляют материал относительно функционального состояния особей в тот или иной период жизненного цикла, тогда как состояние гонад является важным индикатором репродуктивной потенции вида — критерием его адаптационной пластичности [10].

По объему загрязнения и потенциальной биологической и экологической опасности все большее значение приобретают тяжелые металлы, пестициды различной природы, продукты различных

химических производств. Предполагается, что обнаруженные в речных рыбах ароматические углеводороды играют значительную роль в развитии стресса, снижают устойчивость их к паразитам [5, 8, 10]. Обсуждая влияние нефти на обмен веществ у рыб, Dange [11] предполагал, что нефть вызывает стрессовое состояние, нарушая жаберный эпителий и включая анаэробные пути окислительного метаболизма. Многие полициклические ароматические углеводороды обладают канцерогенными свойствами. В опытах с гуппи было установлено [12], что после короткого воздействия относительно низких доз растворенного 7,12-диметилбенз^) антрацена у рыб быстро возникали печеночные и внепе-ченочные опухоли. Рядом других авторов [13, 14, 15] показана высокая токсичность солей цинка, свинца, меди, железа, а также компонентов бытовых сточных вод, среди которых особенно опасны детергенты. Многие загрязнители могут вызывать нарушения на клеточном уровне. Показано [5] увеличение доли митотических аномалий

у рыб из наиболее загрязненных мест обитания. Морфологическое и гистологическое изучение внутренних органов рыб показало наличие патоморфологических изменений в виде асимметрии развития гонад, жировой дистрофии почек и печени, дегенеративных поражений сердечной мышцы, клеток головного мозга, цирротических разрастаний соединительной ткани, гиперемии и разрушении жаберных лепестков, слущива-ние жаберного эпителия, разрыв мышечных волокон [8, 10, 15, 16].

Выводы.

Изучение паталого-анатомических характеристик рыбного населения реки Ишим и расчет индекса неблагополучного состояния показали, что в целом среда обитания рыб соответствует зоне относительного экологического благополучия, но увеличение в реке Ишим химических поллютантов начинает сказываться на состоянии индикаторных органов рыб, в первую очередь на печени, в морфологии которой у всех изученных особей выявлена патология.

Литература.

1. Бартч А. Ф. Влияние загрязняющих веществ на гидробионтов и экосистемы водоемов. Л. : Наука, 1979. С. 87-114.

2. Решетников Ю. С., Попова О. А., Кашулин Н. А., Лукин А. А., Амундсен П.-А., Сталдвик Ф. Оценка благополучия рыбной части водного сообщества по результатам морфологического анализа рыб // Успехи современной биологии. 1999. Т. 119. № 2. С. 165-177.

3. Кузнецова А. И., Зарубина О. В., Леонова Г. А. Микроэлементы в тканях рыб Усть-Илимского и Братского водохранилищ: оценка уровней содержания и правильности аналитических данных // Экология промышленного производства. 2003. № 1. С. 33-38.

4. Евтушенко Н. Ю., Малыжева Т. Д., Шаповал Т. П. Закономерности поступления в организм и накопление тяжелых металлов в тканях рыб // Первая Всероссийская конференция по рыбохозяйственной токсикологии : тезисы докладов. Рига, 1988. Ч. 2. С. 132-133.

5. Попов П. А. Оценка экологического состояния водоемов методами ихтиоиндикации. Новосибирск, 2002. 270 с.

6. Муртазин Е. Ж., Ортбаева А. У Комплексная оценка качества воды р. Есиль // Гидрометеорология и экология. 2007. № 3. С. 137-143.

7. Дукравец Г. М., Митрофанов В. П. История акклиматизации рыб в Казахстане // Рыбы Казахстана. Алма-Ата : Наука, 1992. Т. 5.С. 6-44.

8. Чеботарева Ю. В., Савоскул С. П., Пичугин М. Ю., Савваитова К. А., Максимов С. В. Характеристика аномалий в строении внешних и внутренних органов у рыб // Разнообразие рыб Таймыра. М. : Наука, 1999. С. 142-146.

9. Евтушенко Н. Ю. Интенсивность метаболических процессов у рыб под воздействием высоких концентраций тяжелых металлов в воде // Первая Всероссийская конференция по рыбохозяйственной токсикологии : тезисы докладов. Рига, 1988. Ч. 1. С. 132-133.

10. Савваитова К. А., Чеботарева Ю. В., Пичугин М. Ю., Максимов С. В. Аномалии в строении рыб как показатель состояния природной среды // Вопросы ихтиологии. 1995. Т. 35. № 2. С.182-188.

11. Dange A., Masurekar V. Naphtaline neinduced changes in carbohydrate metabolism in Sarotherodon mossambicus Peters (Pisces; Cichlidae) // Hydrobiologia. 1982. Vol. 94. № 2. P. 163-172.

12. Hawkins W., Walker W., Lytle J. Careinogenic effecte of 7,12-dimethylbenz(p)antracene on the guppe (Poecilia reticulata Z.) // Aquat. Toxicol. 1989. Vol. 15. № 1. P. 63-89.

13. Говоркова Л. К. Выявление факторов накопления тяжелых металлов в органах рыб различных трофических групп (на примере Куйбышевского водохранилища): автореф. дисс. ... канд. биол. наук. Казань, 2004.

14. Longwell A. C., Chang S., Hebert A., Hughes J. B., Perry P. Pollution and developmental abnormalities of Atlantic fishes // Environ Biol. Fish. 1992. Vol. 35. № 1. P. 1-21.

15. Зайцев В. Ф., Федорова Н. Н., Крючков В. Н., Ложниченко О. В. Патология органов и тканей рыб Волго-каспийского бассейна в условиях антропогенной деятельности // Наука — прудоводству. 2001. № 6. С. 27.

16. Ramamurthi R., Usha Rani A. Histopatologycal alterations in the river of freshwater the least Tilapia mossambica in resporse to cadmium toxicity // Ecotoxicol. and Environ. Safety. 1989. № 2. P. 221-226.