Введение к работе
Актуальность проблемы. Тяжелые металлы - одна из опаснейших групп веществ, загрязняющую окружающую среду. Многие из них, являясь физиологически важными как микроэлементы, в повышенных концентрациях оказывают токсичное действие на живые организмы. Контроль за содержанием металлов в окружающей среде ведется не только путем прямого химического определения их концентраций в воде, воздухе или почве, но и косвенно, с помощью аккумулирующих биоиндикаторов, т.е. организмов, способных концентрировать отдельные металлы в количествах, в десятки тысяч раз превышающих их содержание в среде обитания. Это упрощает и удешевляет сбор и обработку материала, а главное, позволяет получить данные о реакции живых организмов на изменение химического состава окружающей среды. Для слежения за уровнем содержания металлов в прибрежных водах, наиболее освоенной зоне Мирового океана, в качестве аккумулирующих организмов-индикаторов чаще всего используются двустворчатые моллюски и бурые водоросли.
Первоначально метод биоиндикации применялся для оценки влияния антропогенного пресса на прибрежные воды индустриально развитых и густонаселенных территорий. Однако повышенные концентрации тяжелых металлов в среде и биоте были обнаружены не только в районах действия техногенного пресса, но и в зонах природных геохимических аномалий, таких как области залеганиях рудных тел, эстуарии, зоны активного вулканизма и поствулканической деятельности. В таких районах создаются природно-импактные условия существования живых организмов, а уровень тяжелых металлов в среде и биоте зачастую приближается к уровню загрязненых акваторий.
Курильские острова - уникальный район для биоиндикационных
исследований. С одной стороны, его малая освоенность человеком дает возможность выявить природные уровни содержания тяжелых металлов в морской среде. С другой стороны, это район активного вулканизма, а также апвеллингов (поставляющих в поверхностные воды биогенные элементы, в том числе некоторые металлы). При этом влияние вулканизма на окружающую среду сказывается fie только при катастрофических извержениях, когда за короткий промежуток времени на поверхность поступают огромные массы химических элементов, но и на промежуточных стадиях в результате поствулканичгской деятельности.
Целью работы было - оценить химико-экологическую ситуацию в прибрежных водах Курильских островов, используя бурую водоросль Фукус исчезающий Fucus evanescens (Ag.) как биоиндикатор. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
Изучить содержание тяжелых металлов железа, марганца, цинка, меди, кадмия, свинца, никеля и хрома в талломах бурой водоросли фукус исчезающий: установить диапазоны концентраций и выявить особенности накопления отдельных металлов водорослями.
Исследовать влияние возраста талломов на изменчивость содержания тяжелых металлов в фукусах.
Определить фоновые уровни содержания металлов в макрофитах, выявить основные факторы, влияющие на соотношение элементов в водорослях, изучить степень и характер их воздействия на содержание отдельных элементов в фукусах.
Выявить биогеохимическне особенности прибрежных мелководий отдельных частей Курильской дуги и сравнить их с аналогичными данными для других районов дальневосточных морей.
Научная новизна. Впервые для исследованного района установлены
уровни содержания железа, марганца, цинка, меди, кадмия, свинца, никчмя и хрома в фукусе исчезающем шести крупных и восьми более мелких островов. Изучено влияние возраста фукусов и условий обитания водорослей на накопление ими металлов. Выявлено достоверное увеличение .<ониент-рацнй Fe, Mn, Zn, Cd и Ni в макрофитах старшей возрастной группы по сравнению с молодыми и зрелыми водорослями и различия в скорости накопления элементов растущими и стареющими организмами.
Исследовано влияние на содержание тяжелых металлов в фукусах таких геохимических факторов как террнгешшй сток, антропогенное зп-грязнение и специфических для исследуемого района - вулканизм и апвел-линги. Выявлены ряды элементов, концентрации которых изменяются под воздействием каждого из факторов и степень этих изменений. На основании этого определены региональные фоновые уровни тяжелых металлов в фукусах и проведена сравнительная оценка химико-экологического состояния прибрежной зоны Курильских островов и других акваторий дальневосточных морей. Выявлены биогеохимические особенности отдельных частей островной дуги и проведено предварительное биогеохпмическсе районирование прибрежно-морских вод исследованного региона.
Практическая значимость. Полученные данные уточняют возможности использования фукуса исчезающего как организма-индикатора тяжелых металлов в морской среде для сравнительной оценки химико-экологического состояния прибрежных вод северо-западной Пацифики. Сведения о содержании тяжелых металлов в курильских фукусах расширяют общее представление о природных уровнях металлов в макрофитах и дополняют перечень возможных источников поступления этих элементов в среду специфическими для исследуемого региона (вулканизм и апвеллинги). Они могут служить основой для сети станций фонового
мониторинга уровней содержания металлов в морской среде, а также быть использованы при выборе районов для размещения марикультурных хозяйств или промышленного сбора макрофитов из природных популяций.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на Второй Всесоюзной конференции по рыбохозяйственной токсикологии (Санкт-Петербург, 1991 г.), Сахалинской конференции по рациональному природопользованию (Южно-Сахалинск, 1991 г.), Российско-Американской конференции "Bridges of Science" (Владивосток, 1994 г.), международной конференции по экотоксикологии и морскому загрязнению (Гон-Конг, 1995 г.), Международной конференции по устойчивому развитию прибрежных экосистем российского Дальнего Востока (Владивосток, 1996), годичных сессиях ИБМ (1994 и 1995 гг.), а также семинарах в ТИГ и ДВГУ. Данная работа входит в международную программу WESTPAC, выполняемую под эгидой ЮНЕСКО и нацеленную на комплексное изучение дальневосточных морей России и западной Пацифики.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания природных условий в районе работ, материала и методов исследования, результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы, включающего 220 источников, из которых 55 иностранные, и приложения. Общий объем работы 112 страниц. Диссертация иллюстрирована 15 рисунками и 15 таблицами.