Особенности биоиндикации загрязнения поверхностных вод тяжелыми металлами

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

А.А. Барышев, Т. А. Лобанова, А.М. Болдаков

хорошим показателем их роста, при расходе корма 2,5-3,1% от массы тела.

Развитие печени используется для оценки физиологического состояния осетровых. Нами выявлено, что с увеличением массы тела бестера, этот показатель возрастает с 2,3 до 3,45% (Р > 0,999).

Из изучаемых органов бестера менее всего подвержены изменениям плавательный пузырь и селезенка. Индексы этих органов изменяются с 0,42 до 0,21 и с 1,34 до 0,93% соответственно.

Товарные качества бестера представляют особый интерес, характеризующие полученную про-

дукцию в промышленных условиях. Интерьерная оценка рыб показывает, что минимальными изменениями характеризуются индексы головы с 19,4 до 23,5; жабр - с 3,2 до 2,7; хребта - с 5,4 до 4,88% (табл. 4).

По мере роста осетров отмечается увеличение относительной массы порки на 7,4%, тушки - на 6,5%, мышц - на 6,7%. Что свидетельствует о формировании товарных качеств белужьего бестера, выращиваемого в условиях тепловодной аквакультуры Волгореченского рыбхоза на теплой сбросной воде ГРЭС в открытых бассейнах.

А.А. Барышев, Т.А. Лобанова, А.М. Болдаков

ОСОБЕННОСТИ БИОИНДИКАЦИИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Преамбула. В статье приводятся данные по оценке содержания тяжелых металлов в воде Горьковского водохранилища.

Проблема обеспечения населения доброкачественной питьевой водой относится к числу наиболее значимых, поскольку она непосредственно влияет на состояние здоровья населения, определяет степень экологической и эпидемиологической безопасности целых регионов. По данным ученых в целом по стране качество воды крайне неудовлетворительное: каждая пятая проба воды не отвечает стандартам по химическим показателям, каждая восьмая по бактериологическим.

Ухудшение качества воды, связанное со сбросом антропогенных веществ в поверхностные водные объекты, является наиболее актуальной

проблемой. Основными источниками загрязнения Горьковского водохранилища и его притоков являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий Ярославля, Костромы и области.

Так, объем сброса сточных вод в поверхностные водные объекты по Костроме за последние 5 лет достигает 1451,5-1626,6 млн. м3. Из них без очистки и недостаточно очищенных до 62,8-65,3 млн. м3.

Тяжелые металлы относятся к числу распространенных и весьма токсичных загрязняющих веществ. Они широко применяются в различных промышленных производствах, поэтому, несмотря на очистные мероприятия, содержание тяже-

Таблица 1

Средне годовое содержание элементов в сбросной воде очистных сооружений г. Костромы

Год Медь Цинк Кадмий

1996 3,6 3,3 6,3

1997 11,4 3,6 4,7

1998 8,6 5,1 1,3

1999 11,0 3,9 1,6

2000 7,7 4,1 1,1

2001 5,3 4,3 0,6

2002 4,1 5,6 0,3

2003 8,9 7,8 0,7

2004 9,1 9,1 0,5

2005 8,8 8,7 0,8

12

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 8, 2006 © А.А. Барышев, Т.А. Лобанова, А.М. Болдаков, 2006

лых металлов в промышленных сточных водах довольно высокое.

Особый интерес вызывают данные, характеризующие содержание меди, цинка и кадмия в воде, поступающей в Горьковское водохранилище после очистки на Коркинских и Васильевских очистных сооружениях (табл. 1). Так, за последние 10 лет содержание меди в сбросной воде превышает ПДК в 3,6-11,4 раза, такая тенденция сохраняется, и в последние три года остается на уровне 8,8-9,1 раза. По цинку превышение достигает 3,3-9,1 раз. Кадмий является наиболее опасным техногенным загрязнителем водоемов.

Тяжелые металлы являются неотъемлемой составной частью организма, т.к. многие соединения этих элементов входят в состав ферментов, витаминов, гомонов и принимают участие в биохимических процессах. Но в тоже время они обладают онкогенными и мутагенными свойствами и поэтому способны влиять на геном человека.

В этой связи, такие элементы как: ртуть, кадмий, свинец, мышьяк, сурьма, цинк и железо -международной комиссией ФАО ВОЗ по пищевому Кодексу (Codex Alimentarius) включены в число компонентов, контролируюемых в продуктах питания.

В исследованиях, посвященных проблемам загрязнения окружающей природной среды и экологического мониторинга, на сегодняшний день к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. При этом немаловажную роль в категорирова-нии тяжелых металлов играют следующие условия: их высокая токсичность для живых организмов в относительно низких концентрациях, а также способность к биоаккумуляции и биомагни-фикации. Характерным их свойством является проявление токсичных свойств при одновременном присутствии. Так, при наличии меди и цинка токсичность смеси возрастает в 5 раз по сравнению с суммарным эффектом. Число опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно выше.

Тяжелые металлы по степени опасности подразделяются на три класса:

I класс: мышьяк, кадмий, ртуть, бериллий, селен, свинец, цинк.

II класс: кобальт, хром, медь, молибден, никель, сурьма.

III класс: ванадий, барий, вольфрам, марганец, стронций.

Прежде всего для исследований представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности, а в результате накопления во внешней среде представляет серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К таким элементам относятся свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк. Так, например, непосредственное отношение к заболеванию раком имеют: мышьяк (рак легкого), свинец (рак почек, желудка, кишечника), ни-кель(полость рта, толстого кишечника), кадмий (практически все формы рака).накопление свинца в организме способствует аллергиям, раздражительности, снижению внимания и функций щитовидной железы, бессоннице, слабости, дислексии. Кадмий вызывает нарушение сахарного обмена, остеопороз, замедляет рост, люди плохо запоминают, агрессивны и гиперактивны. Мышьяк вызывает аллергии, анорексию, пристрастие к углеводам, боли, иногда жгучие, в животе и мышцах, спазмы в горле. При накоплении в организме алюминия возникают усталость, анемия, сухость слизистых и кожи, ухудшается память и аппетит, немеют конечности.

Но самым опасным и разрушительным является накопление ртути - сильнейшего нейротоксина, повреждающего нервные клетки и волокна. В настоящее время, как показали исследования, 258 различных заболеваний так или иначе ассоциируются с накоплением ртути в организме человека. Среди них болезни Альцгеймера и Паркинсона, диабет, лейкемия, сердечная недостаточность.

Тяжелые металлы очень опасны для окружающей среды тем, что они обладают способностью накапливаться в живых организмах, увеличивая концентрации по трофическим цепям. Это все в конечном счете представляет огромную опасность для здоровья человека, особенно при попадании в его организм высокотоксичных тяжелых металлов.

В водных средах тяжелые металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органи-

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ

А.А. Барышев, Т. А. Лобанова, А.М. Болдаков

ческими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Ионы металлов являются непременными компонентами природных водоемов. В зависимости от условий среды (рН, окислительно-восстановительный потенциал, наличие лиган-дов) они существуют в разных степенях окисления и входят в состав разнообразных неорганических и металлоорганических соединений, которые могут быть истинно растворенными, коллоидно-дисперсными или входить в состав минеральных и органических взвесей. В конечном итоге элементы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте. Максимальной способностью концентрировать эти элементы обладают взвешенные вещества и донные отложения, затем планктон, бентос и рыбы.

Индивидуальная потребность гидробионтов в металлах очень мала, а поступление из окружающей среды часто избыточно, что приводит к различным токсическим эффектам и нарушению жизнедеятельности организмах на всех уровнях развития. В организме рыб как конечного звена трофической цепи гидробионтов металлы аккумулируются в количествах, во много раз превы-

шающих их содержание в воде, что приводит к снижению продуктивности водоемов и к потенциальной опасности для человека.

Изучение содержания исследуемых тяжелых металлов (медь, цинк, кадмий, никель, хром, свинец, ртуть) в воде, донных отложениях и основных промысловых рыбах - плотве, леще, судаке, щуке Горьковского водохранилища на протяжении от северного канала Костромского расширения выше г. Костромы до устья реки Унжа проведены нами на 24-х станциях с целью выявления экотокси-кологических показателей водотока (рис., табл. 2).

На фоновых станциях (1-3) отмечается низкое содержание исследуемых тяжелых металлов или их отсутствие (ртуть). В водотоке (4 станция) обнаруживается повышение меди и цинка в пробах воды в 3-4 ПДК, тогда как остальные элементы ПДК не превышают. Выявлены наиболее загрязненные пробы воды на таких биотопах, как 67, а также с 11 по 14, что связано с воздействием на эти участки промышленных, бытовых и ливневых стоков г. Костромы, Волгореченска и поселка Красное-на-Волге. Отмечается также повышенное содержание данных ионов и в районе городов Кинешма, Заволжск.

(к Кос грпмд

Косгрочскос расширение

К», Умтея

I». Кешка

Волгореченек

р, 111 а чя

Рис. Схема станций на участке Горьковского водохранилища по определению в биоценозах тяжелых металлов

14

Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова ♦ № 8, 2006

Таблица2

Содержание тяжелых металлов в воде исследуемого участка водохранилища

Станции Медь Цинк Кадмий Ртуть Свинец Никель Хром +

ПДК 0,001 0,01 0,005 0,0001 0,03 0,01 0,005

1-3 0,002 0,02 0,003 н/о 0,001 0,006 0,002

4 0,004 0,03 0,002 0,00007 0,003 0,009 0,004

5 0,003 0,04 0,006 0,0001 0,01 0,03 0,006

6 0,008 0,09 0,004 0,0001 0,06 0,04 0,008

7 0,009 0,08 0,005 0,00015 0,07 0,03 0,009

8-10 0,005 0,06 0,004 0,0001 0,03 0,02 0,006

11 0,008 0,04 0,006 0,00013 0,04 0,03 0,01

12 0,009 0,09 0,006 0,00018 0,08 0,04 0,015

13 0,012 0,08 0,008 0,0002 0,09 0,05 0,021

14 0,008 0,07 0,004 0,00019 0,07 0,06 0,023

15-16 0,004 0,03 0,003 0,0001 0,03 0,02 0,008

17-18 0,003 0,02 0,002 0,00009 0,02 0,01 0,007

19 0,004 0,03 0,004 0,00008 0,01 0,02 0,009

20 0,009 0,06 0,007 0,00017 0,06 0,05 0,017

21 0,004 0,02 0,006 0,00011 0,009 0,03 0,004

22 0,003 0,03 0,004 0,0001 0,008 0,009 0,003

23 0,002 0,03 0,005 н/о 0,007 0,005 0,002

24 0,001 0,02 0,003 н/о 0,005 0,006 0,002

В то же время к устью реки Унжа отмечается снижение исследуемых элементов в пробах воды, что объясняется влиянием крупных левобережных притоков водохранилища с низким содержанием данных ионов.

Следует учитывать, что в Костроме и области широко развито ювелирное производство, которое на 2006 год было представлено: 2-мя крупными предприятиями, 29-ми средними и около 400 индивидуальными предпринимателями. Помимо драгоценных металлов в ювелирном производстве используются и тяжелые металлы, которые не только входят в состав золотых и серебряных изделий (сплав золота представляет из себя соединение золота, серебра, меди, палладия, никеля, платины, кадмия и цинка, сплав серебра и меди), но и являются составляющими таких сплавов, как латунь (медь+цинк), бронза (медь+оло-во, а также свинец, никель), мельхиор, в после-

днее время получающий все большее распространение (медь+никель), нейзильберт (медь+ни-кель+цинк). Цинк входит также в состав припоев и «белого золота». На предприятиях существует система очистки сточных вод, а вот индивидуальное производство таких специализированный систем не имеет и неочищенные отходы поступают непосредственно в водные объекты.

На исследуемом участке водохранилища проведена также биологическая оценка состояния рыб на наличие патологии, гематологическим и морфологическим показателям крови в качестве индикаторов воздействия на них тяжелых металлов в различных биотопах водотока. Плотва относится к планктонному мирному виду рыб, основу питания которой составляет фито-, зоопланктон и детрит. Лещь обитает в основном у дна, это бентосо-ядная рыба. Судак и щука стоят на вершине трофической цепи как типичные хищные виды.