Токсикологические исследования донных отложений прибрежных районов Баренцева моря

УДК 628.394.6:59

Е.А. Горбачева

Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им. Н.М. Книповича, 183038, г. Мурманск, ул. Академика Книповича, 6

ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРИБРЕЖНЫХ РАЙОНОВ БАРЕНЦЕВА МОРЯ

Методом биотестирования исследована токсичность вытяжек из донных отложений, отобранных вблизи акваферм в губах Печенга и Ура и в прибрежной зоне на участке от губы Ура до о. Килъдин. В качестве тест-объектов использованы культура морской одноклеточной водоросли Phaeodactylum tricornutum и личинки солоноватоводного жаброногого рачка Artemia salina. Показано, что донные отложения вблизи акваферм нетоксичны для тест-объектов. Слабой токсичностью для личинок A. salina характеризовались лишь донные отложения, отобранные на выходе из губы Ура (у мыса Медвежий) и по обе стороны от устья Кольского залива (на траверзе мыса Поганьна-волок и напротив мыса Черного).

Ключевые слова: токсикологические исследования, донные отложения, прибрежные районы.

E.A. Gorbacheva

TOXICOLOGICAL STUDY OF BOTTOM SEDIMENTS IN THE COASTAL AREAS

OF THE BARENTS SEA

Biological testing method was used to study the toxicity of the bottom sediments taken near the fish farms in the Pechenga and Ura Bays and in the coastal zone from the Ura Bay to the Kildin Island. Microalgae Phaeodactylum tricornutum and larvae of shrimp Artemia salina were applied as the test organisms. It was shown that near the fish farms bottom sediments were not toxic. Only the bottom sediments collected in the mouth of the Ura Bay (near the Bear Island) and on the both sides of the Kola Fjord mouth (on the beam of the Pogan'navolok Cape and on the opposite side of the Cherny Cape) were slightly toxic for A. salina.

Key words: toxicological studies, bottom sediments, coastal areas.

Прибрежные морские районы приносят наибольшую экономическую пользу человеку и вместе с тем подвергаются значительному антропогенному воздействию. Они, как правило, характеризуются более высокими уровнями загрязнения, чем открытые акватории.

Аккумуляция и активная трансформация загрязняющих веществ, поступающих в водоемы, происходит в донных отложениях. Многочисленные исследования показывают, что коэффициенты накопления некоторых металлов и высокомолекулярных органических соединений в донных осадках во много раз больше, чем в водной толще и морских организмах [1]. Исследование донных отложений позволяет проследить долговременные тенденции в распространении токсикантов.

При изучении степени загрязненности морской среды используются как химические, так и биологические методы. С помощью химического анализа определяют содержание отдельных загрязняющих веществ в воде или донных отложениях. При применении биологических подходов исследуется влияние всех поллютантов, накопленных в среде, на гидробионты. Так, биотестирование, характеризуя качество среды по такому показателю, как токсичность, позволяет дать интегрированную оценку качества среды, учитывающую

присутствие в среде всего комплекса загрязняющих веществ и их синергические и антагонистические взаимодействия.

Целью наших исследований являлась оценка токсичности донных отложений в губах Печенга (Варангер-фьорд) и Ура (Мотовский залив) и в прибрежной зоне от губы Ура до о. Кильдин методом биотестирования. В губах Печенга и Ура изучались донные отложения районов, прилегающих к участкам размещения акваферм, выращивающих атлантического лосося. В прибрежной акватории от губы Ура до о. Кильдин исследования проводились у мыса Медвежий, на траверзе мыса Поганьнаволок, напротив мыса Черного и мыса Топоркова Пахта, а также в Кильдинском проливе.

Пробы донных отложений были отобраны в рейсах научно-исследовательских судов в Баренцевом море в 2013-2015 гг. (рис. 1). Отбор проб производился дночерпателем Ван Вина с площадью захвата 0,1 м . Донные отложения замораживали до минус 18 °С и хранили до начала тестирования не более 2 месяцев.

Биотестированию подвергались водные вытяжки донных отложений. При получении вытяжек каждую пробу донных отложений смешивали с водой из условно чистого района моря в объемном соотношении 1 : 4 и встряхивали в течение 2 ч. После смешивания суспензии давали отстояться 1 ч. Полученную надосадочную жидкость сливали и центрифугировали в течение 10 мин при скорости 4000 об/мин.

31°30' 32°00' 32°30' 33°00' 33°30' 34°00'

69"50'

69°40'

бЭ'ЗО'

69°20'

69°10'

31°30' 32°00' 32°30' 33°00' 33°30' 34°00' • - станции А - аквахочянства

Рис. 1. Карта-схема расположения станций отбора проб донных отложений Fig. 1. Map-scheme of l oCation of sampling stations of bottom sediments

В качестве тест-объектов использовали морскую одноклеточную водоросль Phaeodactylum tricornutum и личинок солоноватоводного жаброногого рачка Artemia salina. Тест-параметрами являлись изменение численности клеток водоросли и выживаемость личинок. При постановке экспериментов на водоросли Ph. tricornutum руководствовались ГОСТР 53910-2010 [2], на личинках A. salina - ГОСТ Р 53886-2010 [3].

Температура при проведении экспериментов - 18-20 °С. Длительность опытов - 96 ч. Результаты обрабатывали методами вариационной статистики: рассчитывали среднее арифметическое и стандартное отклонение.

Вытяжку донных отложений считали нетоксичной для Ph. tricornutum, если в конце эксперимента численность клеток водоросли в ней составляла > 90 %, слаботоксичной - 89-65 %, среднетоксичной - 64-50 %, высокотоксичной - 49-0 % от контроля. Для личинок A. salina вытяжка донных отложений являлась нетоксичной при выживаемости рачков в конце опыта 100-90 %, слаботоксичной - 89-65 %, среднетоксичной - 64-50 %, высокотоксичной - 49-0 %.

Донные отложения в губе Печенга (ст. 1-4) были представлены серыми илами (таблица). Воздействие вытяжек донных отложений губы Печенга вызывало стимуляцию роста культуры водоросли Ph. tricornutum (рис. 2). Наиболее высокую численность клеток водоросли отмечали во второй половине эксперимента в вытяжках донных отложений ст. 2 и 3, располагавшихся на наименьшем расстоянии от садков аквафермы. Максимальное количество клеток Ph. tricornutum, зарегистрированное в вытяжке донных отложений ст. 2, составляло 330 %, ст. 3 - 350 % по сравнению с контролем. В вытяжках донных отложений ст. 1 и 4 численность клеток водоросли в течение эксперимента не превышала 185 % по сравнению с контролем. Выживаемость личинок A. salina во всех вытяжках донных отложений губы Печенга сохранялась на уровне, близком к контрольному - 97-100 % (рис. 3).

В губе Ура (ст. 5-7) исследованные донные отложения были отнесены к серым илам (таблица). Во всех вытяжках донных отложений регистрировали стимуляцию роста водоросли Ph. tricornutum (рис. 2). Численность клеток Ph. tricornutum в вытяжках возрастала в течение экспозиции не более чем до 160-180 % по сравнению с контролем. Негативное воздействие на личинок A. salina в вытяжках донных отложений губы Ура не прослеживалось. Выживаемость рачков до конца экспозиции существенно не отличалась от контрольного уровня и составляла 98 % (рис. 3).

Характеристика донных отложений Characteristics of bottom sediments

Номер Тип донных отложений Номер Тип донных отложений

станции станции

1 Серый ил 7 Серый ил

2 Серый ил 8 Песок

3 Серый ил 9 Песок

4 Серый ил 10 Глина

5 Серый ил 11 Илистый песок

6 Серый ил 12 Песок

Среди проб донных отложений, отобранных в прибрежной зоне от губы Ура до о. Кильдин (ст. 7-12), отмечены пески, глина и илистый песок (см. таблицу). Вытяжки, полученные из этих проб донных отложений, оказывали только стимулирующее воздействие на рост культуры Ph. tricornutum. Количество клеток водоросли в них превосходило уровень контроля в течение всей экспозиции (рис. 2). Максимальная численность Ph. tricornutum, зарегистрированная в вытяжках донных отложений ст. 7-12, достигала 150-180 % по сравнению с контролем. Для личинок A. salina слаботоксичными оказались вытяжки донных отложений, отобранных у мыса Медвежий (ст. 8), на траверзе мыса Поганьнаволок (ст. 9) и напротив мыса Черного (ст. 10). Выживаемость личинок в вытяжках донных отложений ст. 8 и 10 составляла 72 %, ст. 9 - 65 % (рис. 2). В вытяжках донных отложений, отобранных напротив мыса Топоркова Пахта (ст. 11) и в Кильдинском проливе (ст. 12), выживаемость рачков достигала 100 и 90 % соответственно, и их можно считать нетоксичными для личинок A. salina.

Результаты проведенных экспериментов показали отсутствие токсичных донных отложений вблизи акваферм в губах Печенга и Ура. Токсичные донные отложения были обнаружены только на участке прибрежья от губы Ура до о. Кильдин. Так, слаботоксичные для личинок A. salina вытяжки были получены из донных отложений, отобранных на выходе из гу-

бы Ура (у мыса Медвежий) и по обе стороны от устья Кольского залива (на траверзе мыса Поганьнаволок и напротив мыса Черного). Загрязняющие вещества поступают в эти районы вместе с водами Норвежского Прибрежного течения и с объектов инфраструктуры, расположенных на побережье (в том числе и через Кольский залив со стоками Мурманского промышленного узла). Кроме того, участок прибрежья от губы Ура до о. Кильдин является зоной активного судоходства, и источниками загрязнения здесь могли являться также сбросы с транспортных, военных и рыбопромысловых судов.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Станция

-1 сут  -2 сут  -3 сут  -4 сут

Рис. 2. Динамика численности водоросли Ph. tricornutum в вытяжках донных отложений прибрежных районов Баренцева моря

120 100

e 80

о

0

1 60

та И

да

40 20 0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Станция

- контроль  - вытяжка донных отложений

Рис. 3. Выживаемость личинок A. salina в вытяжках донных отложений прибрежных районов Баренцева моря

Следует отметить, что все исследованные вытяжки донных отложений оказывали стимулирующее воздействие на рост культуры одноклеточной водоросли Рк. МсогппЫт. Стимуляция деления клеток водоросли, вероятно, вызвана обогащением вытяжек соединениями

азота и фосфора. Известно, что в донных отложениях происходит регенерация и накопление биогенных элементов, и повышенное их содержание в вытяжках может наблюдаться и в отсутствии загрязнения. Причем стимуляция роста водорослей проявляется даже на фоне присутствия токсикантов [4]. Вместе с тем нельзя исключить, что причиной стимуляции роста микроводорослей в некоторых вытяжках может быть воздействие низких концентраций загрязняющих веществ. Так, например, тяжелые металлы и нефтепродукты в малых концентрациях положительно влияют на фотосинтез и увеличивают скорость деления клеток водорослей [5, 6, 7].

Известно, что более высокий уровень накопления поллютантов характерен для тонкозернистых богатых органическим веществом донных отложений. Анализ полученных результатов показал, что токсичность вытяжек для личинок A. salina и степень стимуляции в них роста водоросли Ph. tricornutum не зависели от гранулометрического состава донных отложений, из которых они были получены. Так, например, токсичными для рачков оказались как вытяжки из песка, так и из глины. Уровень стимуляции роста водоросли в вытяжках из серого ила, глины, илистого песка и песка зачастую был сходен.

Более высокий уровень стимуляции роста Ph. tricornutum, зарегистрированный в вытяжках из проб, отобранных вблизи аквафермы в губе Печенга, может быть обусловлен дополнительным поступлением в донные отложения биогенных элементов вместе с отходами садковых хозяйств. В губе Печенга более 10 лет функционирует акваферма, специализирующаяся на выращивании атлантического лосося. В губе Палкина, где форелевое хозяйство к моменту отбора проб существовало менее года, стимуляция размножения клеток Ph. tricornutum в вытяжках была меньше и приближалась к уровню, отмеченному при исследованиях донных отложений, отобранных на участке от губы Ура до о. Кильдин.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что донные отложения в районах акваферм в губах Печенга и Ура нетоксичны для тест-объектов. Слабой токсичностью для личинок A. salina характеризовались лишь донные отложения, отобранные на выходе из губы Ура (у мыса Медвежий) и по обе стороны от устья Кольского залива (на траверзе мыса Поганьнаволок и напротив мыса Черного), что может свидетельствовать о более высоком уровне загрязнения этих районов прибрежья.

Список литературы

1. Израэль, Ю.А. Антропогенная экология океана / Ю.А. Израэль, A.B. Цыбань. -Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 527 с.

2. ГОСТ Р 53910-2010. Вода. Методы определения токсичности по замедлению роста морских одноклеточных водорослей Phaeodactylum tricornutum Bohlin и Sceletonema costatum (Greville) Cleve. - M.: Изд-во «Стандартинформ», 2010. - 41 с.

3. ГОСТ Р 53886-2010. Вода. Методы определения токсичности по выживаемости морских ракообразных. - М.: Изд-во «Стандартинформ», 2010. - 35 с.

4. Олькова, A.C. Биотестирование в научно-исследовательской и природоохранной практике России / A.C. Олькова // Успехи современной биологии. - 2014. - Т. 43, № 6. -С.614-622.

5. Патин, С.А. Влияние загрязнения на биологические ресурсы и продуктивность Мирового океана / С.А. Патин. - М: Пищ. пром-сть, 1979. - 303 с.

6. Проблемы химического загрязнения Мирового океана. Т. 5. Эколого-токсикологические аспекты загрязнения морской среды / под. ред. С.А. Патина. - Л: Гидрометеоиздат, 1985. - 115 с.

7. Филенко, О.В. Некоторые закономерности действия химических веществ на водные организмы: автореф. дис. ... д-ра биол. наук / О.В. Филенко. - М., 1990. - 36 с.

Сведения об авторе: Горбачева Елена Анатольевна, кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории прикладной экологии и токсикологии, e-mail: gorbach@pinro.ru.