Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Тяжелые металлы в водной среде и их воздействие на рыб (Литературный обзор) 8
1.1. Понятие «тяжелые металлы» и их биологическая роль 8
1.2. Токсичное действие тяжелых металлов на рыб 14
1.3. Пути поступления тяжелых металлов в организм гидробионтов 18
1.4. Факторы, влияющие на содержание тяжелых металлов в организмах гидробионтов 19
1.4.1. Гидрохимические показатели окружающей среды 20
1.4.2. Влияние половой принадлежности и возраста на содержание тяжелых металлов в рыбе 24
1.4.3. Влияние занимаемой экологической ниши на накопление тяжелых металлов в рыбе 26
1.5. Современное эколого-биологическое состояние Куйбышевского водохранилища 27
Глава 2. Материалы и методы исследования 34
2.1. Характеристика районов исследования 34
2.2. Биоэкологическая оценка леща, синца, плотвы и судака 38
2.3. Методика исследования 42
2.3.1. Отбор и подготовка проб воды 42
2.3.2. Отбор проб биологических образцов 44
2.3.3. Подготовка биологических образцов для физико-химического анализа 45
2.4. Методы анализа 46
Глава 3. Результаты экспериментальных исследований и их обсуждение 48
3.1. Содержание и распределения тяжелых металлов в тканях и органах промысловых видов рыб Куйбышевского водохранилища 48
3.2. Влияние пола, возраста и занимаемой экологической ниши на содержание и распределение тяжелых металлов в тканях и органах рыб 55
3.2.1. Влияние половой принадлежности рыбы на содержание тяжелых металлов в тканях и органах 56
3.2.2. Возрастная динамика накопления тяжелых металлов в рыбах 58
3.2.3. Влияние занимаемой экологической ниши на содержание и накопление тяжелых металлов в тканях и органах рыб 66
Глава 4. Абиотические факторы среды и степень аккумуляции тяжелых металлов в тканях и органах рыб 72
4.1. Влияние загрязнения воды Куйбышевского водохранилища на накопление металлов в ихтиофауне 72
4.2. Особенности поступления и накопления тяжелых металлов в мышцах рыб Куйбышевского водохранилища при комплексном влиянии печени и жабр 81
Выводы 92
Список литературы 94
Приложение 112
- Влияние половой принадлежности и возраста на содержание тяжелых металлов в рыбе
- Биоэкологическая оценка леща, синца, плотвы и судака
- Влияние половой принадлежности рыбы на содержание тяжелых металлов в тканях и органах
- Особенности поступления и накопления тяжелых металлов в мышцах рыб Куйбышевского водохранилища при комплексном влиянии печени и жабр
Введение к работе
Актуальность исследования. В связи с проблемой загрязнения окружающей природной среды продуктами техногенеза, объектом пристального внимания экологического мониторинга стали тяжелые металлы (ТМ), попадающие в водоемы со стоками и смывами с территорий промышленных предприятий, сельхозугодий, городов и мелких населенных пунктов. ТМ относятся к консервативным загрязняющим веществам, которые не разлагаются в природных водах, а только изменяют формы своего существования, перераспределяясь между биотическими и абиотическими звеньями (Линник, Набиванец, 1986; Моисеенко, 2005).
Рыбы, занимая в биоценозах водных экосистем верхний трофический уровень, обладают способностью аккумулировать ТМ, степень накопления которых зависит от гидрохимических показателей окружающей среды и принадлежности вида к той или иной экологической группе: бентофаг, планктофаг, эврифаг, хищник (Батоян В.В., Сорокин В.Н., 1989; Грубинко, 1995; Перевозников, Богданова, 1999; Таликина М.Г., Изюмов Ю.Г. и др., 1999; Кузнецов, 2000; Пономаренко, Латыпова, 2006).
Куйбышевское водохранилище, расположенное в регионе с интенсивной хозяйственной деятельностью, испытывает высокий уровень антропогенной нагрузки, что влияет на качество водных и биологических ресурсов (Поддубный, 1963; Евланов и др., Минеев, 1996; Кузнецов, 2000; Степанова, Таиров и др., 2006; Назаренко, 2008). Рыбы являются компонентом пищевого рациона населения, поэтому информация о содержании ТМ в них имеет важное практическое значение, поскольку избыточное содержание металлов в рыбопродуктах, в конечном итоге, отражается на здоровье человека как потребителе продукции (Аршаница, 1991). Эти факторы определяют актуальность исследования, результаты которого могут быть использованы в развитии биоэкологического подхода к мониторингу водных объектов при загрязнении соединениями тяжелых металлов.
Цель работы: исследование и оценка накопления тяжелых металлов тканями и органами промысловых видов рыб различных экологических групп Куйбышевского водохранилища.
Задачи исследования
1. Исследовать содержание и распределение ТМ (железа, цинка, меди, хрома, свинца) в тканях и органах промысловых видов рыб Куйбышевского водохранилища (леща, синца, плотвы, судака).
Выявить влияние половой принадлежности рыбы, занимаемой экологической ниши и определить возрастную динамику накопления тяжелых металлов в их тканях и органах.
Оценить кумулятивные свойства тяжелых металлов и влияние абиотических факторов среды на их накопление в рыбах Куйбышевского водохранилища.
Определить приоритетные пути поступления тяжелых металлов в мышцы рыб различных экологических групп, при комплексном влиянии печени и жабр.
Научная новизна. Впервые для Куйбышевского водохранилища по единой схеме определены возрастные периоды максимального накопления тяжелых металлов у промысловых видов рыб семейств Карповых (Cyprinidae (Bonaparte, 1832)) и Окуневых (Percidae (Cuvier, 1816)), занимающих различные экологические ниши. В биоэкологическом аспекте проведено комплексное исследование и сравнительная оценка содержания и распределения тяжелых металлов между тканями и органами промысловых видов рыб. Расширены представления о приоритетных путях поступления и накопления металлов в мышцах в зависимости от видовой принадлежности гидробионтов.
Научные положения, выносимые на защиту
Содержание и распределение ТМ по тканям и органам промысловых видов рыб Куйбышевского водохранилища.
На аккумуляцию и динамику накопления тяжелых металлов в рыбе влияют пол, возраст и занимаемая экологическая ниша.
3. Уровень накопления тяжелых металлов в тканях и органах
промысловых видов рыб Куйбышевского водохранилища зависит от
гидрохимических показателей воды.
4. Приоритетный путь поступления тяжелых металлов в мышцы рыбы
определяется экологической нишей и условиями окружающей среды,
которые определяют формы существования и биодоступность металлов.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследования дополняют данные о влиянии биотических и абиотических факторов на содержание тяжелых металлов в рыбах Куйбышевского водохранилища и расширяют представления о роли отдельных органов на накопление тяжелых металлов в мышцах рыб. Результаты работы были использованы при мониторинге состояния водных биологических ресурсов Куйбышевского водохранилища на контрольно-наблюдательных пунктах Ульяновского филиала ФГБУ «Средне-Волжское бассейновое управление по рыболовству и сохранению водных биологических ресурсов» и в рамках НИР Ульяновского государственного технического университета. Полученные результаты могут быть использованы для оценки экологического состояния водных экосистем, служить основой для проведения биоиндикационных исследований и ихтиологического мониторинга водоемов, в лекционных курсах экологического факультета Ульяновского государственного университета, естественно-географического факультета Ульяновского государственного педагогического университета им. И.Н. Ульянова.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены на Общероссийской конференции «Окружающая среда и развитие человека» (Иркутск, 2010); II Международной конференции «Современное состояние водных биоресурсов» (Новосибирск, 2010); 5-й Всероссийской научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2011); 45 Научно-технической конференции «Вузовская наука в современных условиях» (Ульяновск, 2011).
Публикации по теме диссертации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 5 работ в журналах, включенных в перечень ВАК РФ.
Декларация личного участия автора. Автор принимал непосредственное участие в экспедициях по отбору проб исследуемого материала, выполнял физико-химический анализ отобранного материала. Автором проведен статистический анализ, обработка всей совокупности экспериментальных данных и обобщение полученных результатов.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 120 страницах и состоит из введения, 4 глав, выводов и приложений. Список цитируемой литературы включает 185 наименований. В тексте 36 рисунков и 13 таблиц
Влияние половой принадлежности и возраста на содержание тяжелых металлов в рыбе
Влияние половой принадлежности рыб на содержание ТМ сводится, главным образом, к активности металлсодержащих половых гормонов. Степень этого влияния у различных видов рыб сильно варьирует и имеет значительную связь со стадией онтогенеза [105].
После оплодотворения икра интенсивно накапливает в своей оболочке многие металлы, часто в высоких концентрациях. На стадиях икринки и личинки до перехода на смешанное питание основным механизмом аккумуляции элементов является их сорбция из окружающей среды. Оболочка икры образует прочные комплексы с металлами, тем самым препятствуя их проникновению к эмбриону. Содержания ТМ определяются не только физиологическими особенностями яйцевых оболочек, но и химическими свойствами того или иного элемента [20, 45]. Так, легкорастворимые ионы Си проникают внутрь икринки легче, чем ионы Сг и РЬ, которые прочно связываются с активными центрами оболочки [106].
Момент выклева следует считать критическим в ходе изменчивости микроэлементного состава рыб на ранних этапах жизненного цикла. В этот период с оболочкой и перивителлиновой жидкостью теряется значительная доля металлов (до 80%), поэтому в личинках содержание ТМ сравнительно низкое. Такая ситуация сохраняется вплоть до полного рассасывания желточного мешка и переходу к активному экзогенному питанию [107]. Увеличение и снижение содержания ТМ при переходе от одной стадии онтогенеза к другой обусловлены периодичностью протекающих обменных процессов, ролью в них отдельных элементов и интенсивностью их поглощения [108].
По мере развития экскреторных и барьерных органов рыб механизм сорбции веществ, в том числе и металлов, из среды уступает свою ведущую роль активному биологическому транспорту. Одновременно отмечается повышение интенсивности выделения ТМ из организма, поскольку этот процесс тесно связан с увеличением общего метаболизма веществ в организме [20, 45, 109].
С момента окончательного формирования организма рыб (со стадии личинки) изменчивость их элементного состава следует рассматривать для каждых тканей и органов отдельно, что обусловлено наличием физиологических особенностей и различной степенью аккумуляции металлов.
Рассматривая влияние пола и возраста на аккумуляцию ТМ следует отметить, что содержание большинства металлов в печени рыбы как у самок, так и самцов выше у половозрелых особей, чем у неполовозрелых. Ряд авторов [82, 89] связывают данное обстоятельство со спецификой процессов, происходящих в печени. С возрастом увеличивается масса самого органа, происходит подавление её ферментативной активности, связанной с увеличением функциональной нагрузки на печень у стареющих особей.
Обнаруженные различия биохимических параметров самок и самцов, вероятно, определяются их гормональным статусом. В то же время они могут быть связаны с особенностями накопления ксенобиотиков в гонадах и специфическими физиологическими реакциями разнополых рыб [ПО]. Согласно полученным ранее данным максимальные количества токсикантов аккумулируются в печени и гонадах рыб, что может модифицировать их гормональный статус [111]. Зависимость накопления ТМ в процессе роста рыб неоднозначна, что определяется видовой принадлежностью гидробионта и гидрологическими показателями окружающей среды. Главной характеристикой миграции любых загрязняющих веществ по пищевой цепи является наличие или отсутствие бионакопления от нижних уровней к верхним. Бионакопление - это процесс, в ходе которого химическое соединение, проходя по пищевой цепи, накапливается в организмах более высокого трофического уровня.
Есть два условия бионакопления металлов по пищевой цепи. Во-первых, эффективность усвоения в пищевом тракте должна быть достаточно высока. Во-вторых, будучи поглощенным, металл должен оставаться тесно связанным в тканях гидробионтов, так, чтобы скорость активного или пассивного выделения его была незначительна. Если соблюдаются эти условия, консументы смогут накопить в своих тканях и органах металлы в концентрации, превышающей их содержание в пище.
Различия в пищевых спектрах рыб значительно сказываются на биодоступности металлов. Например, бентофаг, планктофаг и хищник, обитая в одних и тех же водоемах, аккумулируют ТМ в разной степени. Эти отличия практически невозможно свести в единую систему [112, 113].
Ряд авторов [114-116] обуславливают существенные различия в содержании ТМ у представителей разных систематических групп влиянием типа питания, занимаемой экологической нишей рыбы, поведением самого металла в природной воде. Отмечается, что рыбы-бентофаги в большей степени накапливают алюминий, железо; планктофаги - хром, цинк, медь, стронций. Относительно высокое содержание железа и алюминия у бентофагов обусловлено образованием труднорастворимых соединений, обогащающих донные отложения и бентосные организмы. Детрит, как правило, концентрирует на себе самое большое количество ТМ среди остальных компонентов водной экосистемы. Планктонными организмами (обитателями пелагической части водной толщи) преимущественно аккумулируются металлы, для которых растворимая форма существования в природных водах является доминирующей. Например, хром главным образом содержится в виде растворимых хромат- и бихромат анионов [117].
Помимо влияния типа питания, занимаемого места гидробионта в биоценозе, немаловажными для миграции металлов по компонентам экосистем являются взаимодействия организмов разных трофических уровней, структура пищевых цепей в пределах одного сообщества. Потребление планктонных и бентосных организмов влияет на передачу металлов (таких как Zn, Си, РЬ) через более низкие трофические уровни к рыбе. Усложнение горизонтальной и вертикальной структуры пищевой сети может снижать содержание металлов к рыбе. Повышенное же содержание металлов в организме рыб свидетельствует о значительной их концентрации в водной среде, аккумуляции последних в пищевых цепях, функциональном нарушении во всех звеньях экосистемы [118].
Биоэкологическая оценка леща, синца, плотвы и судака
Лещ {Abramis Ьгата (Linnaeus, 1758)), крупная рыба с высоким телом, сжатым с боков. Голова и глаза сравнительно не большие. Спина за затылком резко поднимается вверх, особенно у крупных особей. Окраска у молодых -серебристо-белая, у крупных - коричневая с золотистым отливом. Чешуя относительно мелкая. Рот полунижний, небольшой, но может сильно выдвигаться, образуя длинную трубку, направленную вниз.
Распространен в Европе к востоку от Пиренеев и к северу от Альп - в реках, озерах, а так же в бассейнах Северного, Балтийского, Белого, Эгейского, Черного, Азовского, Каспийского и Аральского морей. Акклиматизирован на Урале, в бассейнах Оби и Иртыша, а так же в Байкало-Ангарском бассейне.
Живет до 20 лет, обычно 12-14 лет. Может достигать длины 75-80 см и массы 6-9 кг. Обычные размеры 25-45 см и масса 0,5-1,5 кг.
Предпочитает медленнотекущие водоемы и озера. Типичный бентофаг. Основу питания составляют донные беспозвоночные организмы (личинки насекомых, моллюски, черви, ракообразные и др.). Выдвижной рот позволяет лещу добывать пишу из грунта до глубины 5-10 см. Крупный лещ может поедать молодь рыб. Ведет стайный образ жизни. Половозрелым становится на юге 3-4 года, на севере - в 4-5 лет. Нерест на юге - с конца апреля до начала июня, на севере - в мае-июне. Икру откладывает на высшую водную или затопленную растительность (фитофил). Является одним из главных объектов пресноводного промысла на территории своего ареала. В Куйбышевском водохранилище обитает повсеместно. Обычный и многочисленный вид. В условиях водохранилища лещ освоил как мелководные (0,5-1,5 м), так и глубинные (до 10,0 м) нерестилища [134]. Синец (Abramis ballerus (Linnaeus, 1758)), имеет удлиненное тело, сжатое с боков. Хвостовой стебель очень короткий. Общая окраска светлая, типично пелагическая. Рот конечный, рыло заостренное, приподнятое. Глаза крупные. Чешуя мелкая. Распространен от бассейна реки Рейн до Урала, в бассейнах Черного, Каспийского, Балтийского и Азовского морей. В Нижней Волге представлен жилой и полупроходной формами. Достигает возраста 9-10 лет, длины 45 см и массы 600 г. В Карелии предельный возраст равен 19 годам. Обычные размеры в уловах - 20-30 см, а возраст — 5-7 лет. Синец является типичной пелагической рыбой. Ведет стайный образ жизни. Обитает в реках, водохранилищах, озерах и биотопах озерного типа. Основная пища синца - зоопланктон, частично бентос и водная растительность. Растет быстро только в крупных водохранилищах, в реках -медленно. Половой зрелости самцы достигают в возрасте 3-4 года, самки на год позднее, при длине 18-20 см. Нереститься с конца апреля до середины июня в заливах, на глубине 30-80 см, на луговую растительность. Промысловая, но малоценная рыба из-за низкой численности и малых размеров. В ряде водохранилищ, где синец крупнее и многочисленнее, добывается местным промыслом. В Куйбышевском водохранилище распространен повсеместно. Обычный и многочисленный вид. Наибольшая концентрации синца отмечены в Березовском, Старомайнском и Юрманском заливах водохранилища [134]. Плотва (Rutilus rutilus rutilus (Linnaeus, 1758)) имеет удлиненное тело, умеренно сжатое с боков. Рот конечный. Чешуя серебристо-белая, крупная, плотно сидящая. Радужница глаз - оранжево-красная. Все плавники, кроме спинного и хвостового, имеют оранжево-красноватый оттенок. Вид образует жилые и полупроходные формы. Выделяют до 13 подвидов, но критерии выделения не четкие. На территории России выделяют 2 подвида: Rutilus rutilus rutilus (Linnaeus, 1758) - обыкновенная плотва и Rutilus rutilus caspicus (Jakowlev, 1870) — вобла. Плотва - Евро-азитский вид, с очень большим ареалом: от Перинеев до бассейна р. Лена. Населяет реки, озера, пруды, водохранилища, каналы, лиманы. Предпочитает участки, заросшие растительностью. Держится на границе зарослей и открытой воды в местах с умеренным течением и теплой водой. Стайная рыба. Живет до 20 лет. Туводная форма достигает длины 35 см и массы 1,3 кг. Проходные формы крупнее: длина до 51 см, масса до 2,0 кг. По характеру питания - эврифаг. Взрослые особи питаются разнообразными беспозвоночными и их личинками, моллюсками, летом потребляют много нитчатых водорослей. При обилии молоди крупная плотва питается личинками и мальками рыб. Половой зрелости жилая плотва достигает в возрасте 3-5 лет. Размножается весной (март-май) при температуре воды 8 С и выше. Икру откладывает на высшую водную и луговую растительность. Икрометание единовременное, нерестится большими стаями. Плотва - многочисленный промысловый вид, особенно ценятся его полупроходные формы. В Куйбышевском водохранилище встречается повсеместно и в больших количествах [134]. Судак {Stizostedion lucioperca (Linnaeus, 1758)) имеет удлиненное, сжатое с боков тело. Спина и верх головы зеленовато-серые, брюхо белое. На боках 8-12 поперечных полос. На спинных и хвостовых плавниках имеются ряды темных пятен, расположенных на перепонках между лучами. Парные и анальные плавники бедно-желтые. Рот большой, верхняя челюсть заходит за вертикаль заднего края глаза. Зубы расположены узкими рядами на челюстях, сошнике и нёбных костях; на челюстях и нёбных костях имеются сильно развитые клыки. Щеки голые или только сверху покрыты чешуей. Естественный ареал судака охватывает все крупные речные и озерные водоемы бассейнов Балтийского, Черного, Каспийского и Аральского морей, от верховий Дуная и Эльбы на западе до Уральских гор на востоке. В России судак обитал только в европейской части. В Сибири его не было. После строения многочисленных каналов и водохранилищ и акклиматизационных работ ареал судака значительно расширился. Достигает длины 130 см, массы до 18 кг и возраста 14 лет. В уловах же чаще встречаются особи длиной 40-60 см и массой 1-3 кг. Судак - пелагический хищник, обитающий в открытой зоне озер и водохранилищ. Очень чувствителен к содержанию кислороду в воде. Молодь в первые месяцы жизни питается зоопланктоном, который вскоре заменяется нектобетническими ракообразными (мизидами, гаммаридами) и молодью других рыб. Пищу взрослых особей составляют мелкие массовые виды рыб: на севере - молодь окуневых (окунь, ерш), корюшка, ряпушка, молодь сигов, на юге - тюлька, хамса, бычки, молодь карповых. Темп роста сильно различается в пределах ареала, в зависимости от температурного режима и кормности водоема. Созревание у северных популяций наступает в возрасте 5-7 лет при длине 50 см, у южных - в 3-4 года при длине 35-40 см.
Влияние половой принадлежности рыбы на содержание тяжелых металлов в тканях и органах
Следует также отметить, что для всех рыб (исключение плотва) установлены значительные КБП цинка жабрами, что обусловлено высоким уровнем содержания этого металла в воде, при этом жабры выполняют барьерную функцию. Высокие значения КБП цинка в сравнении с железом объясняются тем, что содержание цинка в жабрах определяется главным образом его концентрацией в воде. Так, в работах [21, 23] указывается, что в опытных группах рыб содержание цинка увеличивалось по мере пребывания рыб в среде с повышенным уровнем металла. На основании чего сделан вывод, что рыбы могут усваивать ионы цинка непосредственно из воды, а уровень его выведения из организма зависит от концентрации этого металла в среде обитания.
Высокие КБП меди в печени относительно других металлов второй группы (хрома и свинца) может быть обусловлено патологическим перерождением органов, разрушением физиологических систем при высоких дозах металлов и выведении меди из организма, когда её содержание становится выше нормы. По литературным данным [42] накопление меди в органах рыб наблюдается при её содержании в воде 0,01-0,02 мг/л. При более высоком содержании меди её содержание в печени будет ниже нормы.
Неоднозначные тенденции в накоплении ТМ гидробионтами связаны не только с видовой принадлежностью рыб, но влиянием абиотических факторов водной среды (рН среды, жесткости воды, формами существования металла), от которых зависит растворимость соединений металлов (только подвижные формы металлов являются биодоступными для гидробионтов).
В природной воде, являющейся сложным раствором, рН среды зависит не от диссоциации собственно воды, а главным образом от соотношения количества угольной кислоты и ионов НСОз", СОз ", и в меньшей степени — остальных ионов. Отсюда следует, что помимо влияния рН на формы существования ТМ в водных экосистемах, следует рассматривать влияние гидрокарбонат-ионов природной воды. Последние характеризуют карбонатную жесткость воды [83].
В данной работе из абиотических факторов, влияющих на токсичность, биодоступность металлов для гидробионтов, были рассмотрены следующие: содержание ТМ в воде, рН среды, карбонатная жесткость воды. Железо, цинк, медь, хром и свинец являются типичными комплексообразователями. Переходные металлы образуют наиболее прочные комплексные соединения, потому что способны использовать для связи с лигандами, кроме s- и р-орбиталей внешней оболочки, также d-орбитали низележащей электронной оболочки [77-80]. Ионы элементов всегда существуют в водных растворах в гидратированной форме. Образующиеся аквакомплексы могут содержать координационно-связанную воду как во внешней, так и во внутренней сфере. Эти комплексы могут переходить в гидроксокомплексы, что связано с их диссоциацией с образованием протонов. Аквакомплексы могут также образовываться из других комплексов в результате замещения различных лигандов молекулами воды. И наоборот, образование в водном растворе каких-либо комплексов связано с вытеснением воды из внутренней сферы гидратированного катиона [1]. На равновесие образования гидроксокомплексов из аквокомплексов будут оказывать влияние рН среды - в щелочной среде равновесие будет смещаться вправо.
Таким образом, доминирование того или иного комплексного соединения ТМ будет определяться рН среды, что подтверждается в работах [47, 53, 62, 67]. Диаграммы зависимости форм существования металлов от рН среды в пресных поверхностных водах в присутствии органических и неорганических лигандов представлены в приложении 1. Анализируя данные диаграммы, можно сказать об определенных тенденциях влияния рН среды на образование той или иной формы металлов.
Для меди и свинца в смеси органических и неорганических комплексообразователей доминирующими являются комплексы с фульвокислотами. Образование гидроксокомплексов для меди наблюдается при рН=8,0; свинца при рН=8,5.
В случае железа гидролиз комплекса [Fe(OH)2]+ протекает в нейтральной среде с образованием нейтрального гидроксида трехвалентного железа, [Fe(OH)3]. В отсутствии органических комплексообразователей доминирующими формами цинка являются карбонатный и гидрокарбонатный комплексы. С увеличением рН среды наблюдаются процессы гидролиза комплексов Zn до [Zn(OH)]+. В отличие от других металлов цинк может находиться в свободном виде при достаточно высоких значениях рН среды. На формы существования хрома в природных водах оказывают влияние рН среды [79]. Наиболее устойчивыми считаются соединения, в которых хром проявляет степени окисления +3 и +6. В области Eh 0 (окислительные условия) и рН=5,СН-9,0 доминирующими могут быть растворенные формы СЮ4 " и НСЮ/. Существованию соединений хрома (III) в виде комплексов [Сг(ОН)2] , [Сг(ОН)] в природных водах способствуют анаэробные условия грунтовых вод и восстановительные свойства органического вещества. В поверхностных слоях воды Куйбышевского водохранилища рН среды варьируется в пределах 5,0 -7,8; в придонных слоях — 5,5- -7,0. Жесткость воды составляет 2- 5 ммоль/л. Высокие значения КБП железа в органах и тканях синца и плотвы, цинка в леще и судаке могут обуславливаться биодоступностью для гидробионтов растворимых форм гидроксокомплексов металлов в виде [Fe(OH)]+, [Zn(OH)]+, [ZnHCOs]+. При возрастании значений рН до 8,5, цинк в водной среде может находиться в подвижной и биодоступной форме Zn . Несмотря на незначительное содержание хрома в воде, селективность накопления металла в сердце и мышцах рыб, обусловленная биодоступностной формой его существования в водной экосистеме (в виде аниона С1О4 ), приводит к высоким значениям КБП. По установленным коэффициентам накопления были определены кумулятивные свойства тяжелых металлов (табл. 4.2).
Особенности поступления и накопления тяжелых металлов в мышцах рыб Куйбышевского водохранилища при комплексном влиянии печени и жабр
Для синца и плотвы (обитателей водной толщи, но отличающихся по типу питания) видовые особенности накопления ТМ выражаются во влиянии печени на накопление хрома в мышцах синца (рис. 4.13), влиянии жабр на накопление свинца в мышцах плотвы (рис.4.14).
В организме плотвы ТМ перераспределяются между тканями и органами (за исключением свинца), что подтверждается совместным воздействием печени и жабр (табл. 4.4) на накопление ТМ в мышцах. Выявленное влияние жабр на поступление свинца в мышцы плотвы (рис. 4.14) может указывать на то, что приоритетным путем его поступления является дыхательный аппарат, как в случае с лещом.
Зависимость накопления металлов в мышцах от их содержания в печени рыб говорит о том, что объекты питания (в которых металлы могут находиться в легко усвояемых белковых структурах) и функционирование пищеварительной системы (ферментативная активность в печени) влияют на общее снижение содержания металлов за счет их перераспределения между другими тканями и органами. Эти результаты согласуются с литературными данными, в которых показано, что после прекращения действия поллютанта на организм рыб существенных изменений содержания металлов в мышечной ткани не происходит [185].
Таким образом, особенность накопления ТМ в леще заключается в том, что в мышцах накапливаются металлы, поступающие из окружающей среды через жабры; металлы, поступившие с пищей, преимущественно аккумулируются в печени, либо выводятся из организма.
Накопление тяжелых металлов, поступивших в организм судака, синца и плотвы, как из внешней среды, так и с пищей, происходит за счет перераспределения между тканями и органами. Для судака установлены общие закономерности влияния жабр и печени на накопление цинка в мышцах с эврифагами (плотва); накопление свинца - с планктофагами (синец). 1. Исследовано содержание и распределение ТМ (железа, цинка, меди, хрома, свинца) в тканях и органах промысловых видов рыб Куйбышевского водохранилища. Содержание железа в леще превышает ПДК во всех тканях и органах (исключение чешуя), цинка - в сердце и печени, свинца - в печени. Превышение ПДК по железу у синца и плотвы отмечается в сердце, печени и гонадах; у судака — печени. Содержание меди хрома и свинца находятся в пределах нормы. Железо независимо от видовой принадлежности рыбы аккумулируется в печени, хром - мышцах и сердце; цинк и свинец, главным образом, в печени леща, судака; медь в чешуе - синца, плотвы. 2. Определено, что накопление тяжелых металлов в тканях и органах рыб зависит от половой принадлежности и возраста. У самок леща содержание железа и меди выше, чем у самцов; у синца - содержание хрома; плотвы - свинца. Влияние пола на аккумуляцию металлов судаком не установлено. Определено, что с возрастом содержания металлов в рыбе увеличивается. Активное накопление меди, хрома, свинца у леща, плотвы, синца наблюдается в периоде 7-8 лет; судака - 4-5 лет. Выявлены видовые отличия в содержании и накоплении тяжелых металлов в зависимости от занимаемой экологической ниши. Максимальная аккумуляция железа, цинка и свинца наблюдается в леще; меди и хрома — в судаке. Минимальное содержание меди установлено в леще; железа — судаке; цинка, хрома, свинца - синце и плотве. 3. Независимо от видовой принадлежности гидробионта установлена высокая степень кумуляции для ТМ первой группы, слабая - для металлов второй группы. Определено, что влияние факторов среды на накопление тяжелых металлов в рыбе обусловлено гидрохимическими характеристиками воды Куйбышевского водохранилища. Значительные КБП цинка и хрома свидетельствуют об их нахождении в воде в биодоступной форме для гидробионтов. Общие тенденции в накоплении металлов из воды установлены у леща, судака, где отмечаются существенные КБП цинка; для синца, плотвы высокие КБП отмечаются по железу (исключение составляют жабры, где КБП цинка выше). 4. Установлены видовые особенности накопления и распределения тяжелых металлов в организмах рыб при комплексном влиянии печени и жабр. Специфика содержания ТМ в организме леща заключается в том, что металлы, поступая через жабры, накапливаются в мышцах; металлы, поступившие в печень, аккумулируются в ней, либо выводятся из организма. Накопление металлов, поступивших в организм судака, синца и плотвы через жабры и печень, происходит за счет перераспределения между тканями и органами. У судака общие тенденции во влиянии жабр и печени на накопление цинка в мышцах установлено с эврифагами (плотва), в накоплении свинца - с планктофагами (синец).
