Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 .Обзор литературы 11
1.1 Биологические основы использования парамеций в качестве тест объекта
1.2 Роль простейпіих в природных биогеоценозах 12
1.3 Биотестирование разных сред с помощью инфузорий 15
1.4 Адаптация инфузорий к различным факторам среды 29
Глава 2. Материал и методы исследования 40
2.1. Объем и методы исследований 4 О
2.2. Характеристика тест-объекта 40
2.3. Характеристика тестируемых проб 42
2.3.1. Вода и донные отложения городских водоемов 4 2
2.3.2. Донные отложения пруда-ливнеотстойника ТЭЦ-2 43
2.3.3. Пробы почв и грунтовых вод из района шламовых амбаров 45
2.3.4. Фильтраты почв с дозированным внесением нефти 46
2.3.5. Парааминобензойная кислота 47
2.3.6. Суммарная токсичность хлорида натрия, рН и водорастворимой фракции нефти (ВРФН)
2.4. Методики биотестирования 48
2.5. Статистическая обработка данных 51
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение 52
3.1. Динамика роста культуры Paramecium caudatum в разных средах 5 2
3.2. Оценка качества природных вод и донных отложений по химическим показателям и ответным реакциям культуры Paramecium caudatum
3.2.1. Химический состав воды и донных отложений городских во- 53 доемов
3.2.2. Биотестирование воды городских водоемов 5 7
3.2.3. Биотестирование донных отложений городских водоемов 6 3
3.3. Исследование токсичности донных отложений прудаливнеотстойника ТЭЦ-2
3.3.1. Химический состав донных отложений в районе исследований 8 4
3.3.2. Биотестирование донных отложений 87
3.4. Исследование миграции загрязняющих веществ из шламовых амбаров (ША)
3.4.1. Химический состав почв и грунтовых вод в районе ША 95
3.4.2. Токсичность почв и грунтовых вод вокруг ША 9 8
3.4.3. Экологическая опасность отходов бурения 103
3.5. Экспериментальные исследования миграционной активности нефтяных углеводородов из нефтезагрязненных почв под контролем биотестирования
3.5.1. Фильтрационная активность компонентов нефти из торфяных почв с дозированным внесением товарной нефти
3.5.2. Биотестирование фильтратов нефтезагрязненного торфаз
3.6. Хроническое деисгвие нефтезагрязненных почв и возможность адаптации Paramecium caudatum к нефтяному загрязнению
3.6.1. Хроническое действие водных экстрактов нефтезагрязненного торфа на Paramecium caudatum
3.6.1.1. Выживаемость, численность 120
3.6.1.2. Фагоцитоз 123
3.6.1.3. Хемотаксис 124
3.6.2. Влияние на Paramecium caudatum водных вытяжек нефтезаг рязненного суглинка
3.6.2.1. Численность 125
3.6.2.2. Фагоцитоз 1 2 8
3.6.2.3. Хемотаксис 129
3.6.3. Влияние ПАБК на эффект нефтяного воздействия на Рагатеcium caudatum
3.6.4. Механизм действия нефти на простейших и возможность адаптации P. caudatum к нефтяному загрязнению
Выводы 154
Список литературы 156
Приложения 184
- Биологические основы использования парамеций в качестве тест объекта
- Характеристика тест-объекта
- Динамика роста культуры Paramecium caudatum в разных средах
Введение к работе
Актуальность проблемы. Загрязнение окружающей среды - одна из глобальных экологических проблем современного мира. Особенно опасные последствия для водных и наземных экосистем сопряжены с совместным действием комплекса загрязняющих веществ и аномальных природных экологических параметров среды (рН, соленость и др.). Такая ситуация характерна для Тюменской области, значительная часть территории которой испытывает техногенную нагрузку: урбанизация (юг области) и добыча нефти и газа (северные территории). Современная экологическая обстановка, сложившаяся здесь, обусловлена как естественными, природными, так и техногенными факторами. Водные объекты на территории города Тюмени, представленные реками, озерами и прудами, испытывают постоянный антропогенный пресс, поскольку находятся в районах плотной городской застройки и на территории промышленных узлов (Гусейнов, 2001). Северные территории с низкой плотностью населения испытывает сильную техногенную нагрузку в связи с развитием крупнейшего в мире нефтегазового комплекса (НТК). Площадь, занимаемая нефтяными месторождениями в Ханты-Мансийском автономном округе, составляет 15,7%, площадь нарушенных земель, как минимум в 2-3 раза больше. Нефте-солевое загрязнение территории ХМАО-Югры сопоставимо с механической трансформацией земель (Соромотин, 2007). Основными причинами загрязнения почв, грунтов и природных вод являются аварии, в том числе порывы нефтепроводов (от 2000 до 4700 в год), а также утечки из коммуникаций, шламовых амбаров, отстойников и мест захоронения отходов, техногенные потоки загрязнителей от которых попадают в поверхностные воды и водоносные горизонты (Пиковский, 1993; Солнцева, 1998).
До настоящего времени основными методами, с помощью которых оценивается экологическое состояние почв и водоемов продолжают оставаться физико-химические. Однако, наряду с аналитическими методами, все шире применяются методы биологического тестирования, позволяющие оценить всю совокупность свойств исследуемой среды по ответным реакциям живых организмов. В качестве тест-объектов используются организмы, которые распространены в природе, участвуют в процессах самоочищения вод и обладают коротким жизненным циклом, что позволяет проследить результаты воздействия повреждающих факторов на потомство. Таким требованиям отвечают простейшие (Айвазова, 1988; Веселов, 1969). Этот выбор оправдан тем, что, во-первых, инфузории являются типичными представителями фауны водоемов, почв и биологических очистных сооружений (активный ил), во-вторых, они являются индикаторными видами при оценке загрязнения природных сред и, в-третьих, инфузории отличаются довольно высокой чувствительностью к токсикантам (Селивановская и др., 1998). Биотестирование с использованием инфузорий Paramecium caudatum может служить эффективным методом эколого-аналитического контроля природных и сточных вод в комбинации с методами аналитической химии (Белова и др., 1998). Возможность непосредственного наблюдения под микроскопом морфологических и
функциональных реакций организмов (скорость фагоцитоза, хемотаксис, симптомокомплекс отравления), а также изменений популяционных характеристик (смертность, скорость размножения, численность) ставит их в особое положение по сравнению с другими тест-объектами.
Тем не менее, несмотря на наблюдаемые достижения в развитии эколо-го-аналитического контроля, многие теоретические и практические вопросы остаются не достаточно изученными. Так, слабо изучена взаимосвязь между химико-аналитическими данными загрязненности объектов природной среды и результатами биотестирования, не обоснован выбор оптимальных тест-систем для оценки экологического состояния водных объектов, почв и производственных отходов с точки зрения экспрессности, а одновременно и полноты информации, не достаточно изучены пределы адаптируемости тест-организмов к различным видам загрязнения, в том числе нефтяному.
В связи с этим исследование комплексного загрязнения водоемов и почв и совершенствование эколого-токсикологического контроля с применением биотестирования является актуальной проблемой.
Цель исследований
Исследование реакций лабораторной культуры инфузории Paramecium caudatum на химический состав и комплексное загрязнение природных сред (вода, донные отложения, почвы) и отходов производства (осадки сточных вод, нефть, хлориды, шламы после нефтедобычи), а также возможности ее адаптации к нефтяному загрязнению.
Задачи исследований
Оценить состояние некоторых природных и искусственных водных объектов (реки, озера, пруды, отстойники) на территории города Тюмени с помощью химических и биологических (биотестирование) методов.
Исследовать токсичность фильтратов органогенных (торф) и минеральных (суглинок) почв с дозированным внесением нефти, а также загрязненных почв с территории нефтедобычи ХМАО-Югры по показателям жизнедеятельности Paramecium caudatum и Ceriodaphnia affinis на организмен-ном и популяционном уровнях.
Определить пределы резистентности Paramecium caudatum к рН, солености (NaCl) и водорастворимой фракции нефти (ВРФН) при раздельном и совместном действии.
Исследовать возможность адаптации Paramecium caudatum к нефтяному загрязнению и роль пара-аминобензойной кислоты (ПАБК) в этом процессе.
Научная новизна и теоретическое значение
Впервые установлен диапазон резистентности Paramecium caudatum к действию рН, солености и нефти при раздельном и совместном действии, а также к комплексу химических веществ в воде, донных отложениях и почвах в условиях варьирующего значения величины рН.
Впервые выявлена возможность адаптации Paramecium caudatum к широкому диапазону нефтяного загрязнения органогенных и минеральных
почв и установлены модификации эффекта нефтяного загрязнения на простейших в присутствии репарагена ПАБК.
3. Впервые показано, что по чувствительности к токсическому действию исследованных загрязняющих веществ Paramecium caudatum близка к Ceriodaphnia affinis, не смотря на то, что популяции простейших довольно устойчивы к загрязнению, что позволяет им активно участвовать в процессах самоочищения вод и почв, в частности от компонентов нефти.
Практическое значение работы
Получены данные по состоянию 3 озер и 10 прудов г. Тюмени и даны рекомендации Управлению по экологии Администрации города для научного планирования мероприятий по охране, восстановлению и рациональному использованию водоемов, находящихся в рекреационной зоне, а также реконструкции пруда-ливнеотстойника ТЭЦ-2 с целью очистки от загрязняющих веществ и предотвращения загрязнения реки Туры. Результаты исследования токсичности нефтезагрязненных почв использованы при разработке ПДК нефти для органогенных и минеральных почв, наиболее характерных для территории Ханты-Мансийского автономного округа.
Основные положения, выносимые на защиту
Токсичность воды и донных отложений более адекватный критерий для оценки сходства экологического состояния водных объектов.
Важным источником загрязнения почв и подземных вод на территории ХМАО-Югры являются шламовые амбары, поставляющие в сопредельные ландшафты нефтяные углеводороды, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы и неидентифицируемые органические вещества, токсичность которых выявляется методом биотестирования даже при концентрациях ниже ПДК.
Тест-объект P. caudatum обладает высокой чувствительностью, но одновременно и высокой устойчивостью по отношению к загрязнению воды, донных отложений и почв. Популяция P. caudatum способна адаптироваться к нефтяному загрязнению природных сред. Использование репарагена ПАБК снижает степень повреждающего действия нефти.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: Конференции «Чистая вода» (Тюмень, 2007); Региональной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Аграрная политика на современном этапе» (Тюмень, 2007); Международной академической конференции «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (Тюмень, 2008); Всероссийской конференции по водной токсикологии, посвященной памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы»; конференции по гидроэкологии «Критерии оценки качества вод и методы нормирования антропогенных нагрузок» (Борок, 2008); Международной научно-практической конференции, посвященной 50-летию образования Тюменской государственной сельскохозяйственной академии «Пути повышения эффективности сельскохозяйственного производства в Сибирском регионе» (Тюмень, 2009); Первой конференции молодых ученых NACEE «Вопросы аквакультуры» (Тюмень,
2009); Региональной конференции молодых ученых «Современные тенденции развития АПК в Северном Зауралье» (Тюмень, 2009).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 15 работ и 2 статьи приняты к печати, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы
Материал изложен на 183 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц, 52 рисунка, 6 приложений.
Работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), материала и методов исследования (глава 2), результатов и их обсуждения (глава 3), выводов, списка литературы и 6 приложений.
Биологические основы использования парамеций в качестве тест объекта
В качестве тест-объектов используются различные животные, начиная от простейших и кончая млекопитающими. При этом норма реакции у разных групп животных на внешние воздействия зависит от уровня организации организма. К настоящему времени в биотестировании наиболее широкое распространение получили биотесты на короткоцикловых животных. Типичными представителями являются организмы микрозоопланктона, в частности Ciliata. У парамеций реакция организма на внешние воздействия осуществляется на клеточном уровне (Сазонова, 1998). Использование инфузорий в биотестировании определяется следующим (Бакаева, 1998):
1. Инфузории проявляют высокую чувствительность к загрязняющим веществам, поступающим в водные экосистемы со сточными водами. При этом они чувствительны как к тяжелым металлам (ртуть, медь, кадмий, никель, хром, цинк, свинец), так и к токсикантам органической природы (нефть, ПХБ, ДДТ).
2. Благодаря сочетанию в инфузориях признаков клетки и организма на них можно изучать как клеточные, так и организменные реакции на токсическое воздействие.
3. Возможность культивирования в широком диапазоне температур позволяет использовать парамеций для экспериментальных исследований в любое время года.
4. Короткий жизненный цикл, быстрота размножения позволяют проследить реакцию на интоксикацию в относительно короткий срок в длинном ряду поколений.
5. Используя принцип клонирования, можно получить большое количество генетически однородного материала.
Инфузория туфелька впервые была предложена в качестве гест-объекта Е.А. Веселовым (1969). В дальнейшем инфузории широко использовались в проведении токсикологических исследований. Э.Г. Голубкова (1978) и В.П. Рябухин (1978. 1983) убедительно показали, что интенсивность размножения и питания, деятельность сократительной вакуоли, двигательная активность инфузорий являются чувствительными показателями токсического воздействия.
Таким образом, использование парамециевого биотеста для экспрессного определения степени токсичности разных сред и экологического мониторинга целесообразно не только биологически, но и экономически (Сазонова. 1998).
Тип Ciliphora - процветающая и разнообразная группа организмов. Известно более 50000 видов простейших, которых в природе можно обнаружить повсюду, где есть вода (Бурковский, 1984). Каждое простейшее представляет собой самостоятельный организм и способно выполнять все необходимые для жизни функции (Грин и др., 1990). Простейшие, обитающие в океанах, пресных водах, почве и высших организмах, занимают важнейшее место в круговороте веществ в биосфере (Шарова. 2002).
Инфузории населяют самые различные биотопы. Однако максимального развития они достигают в крупных водоемах, характеризующихся наибольшим разнообразием условий (Бурковский. 1984; Грин и др., 1990).
Роль простейших в природе связана с их участием в процессах продукции и деструкции органического вещества и определяется физиологической активностью, количественным развитием, продукцией, положением в трофических цепях и степенью использования другими организмами экосистемы. Свободноживущие инфузории занимают видное место в этих процессах. Как первичные консументы. они являются основным преобразователем бактериальной и водорослевой продукции в животную. От функционирования сообщества простейших в значительной мере зависит дальнейший путь преобразованной продукции по различным трофическим звеньям и уровням экоси 13 стемы. Как редуценты, инфузории, наряду с другими, участвуют в разложении органического вещества, содержащегося в воде и теле растений и животных. Эго определяет исключительно важную роль инфузорий в самоочищении водоемов, а также их широкое использование при искусственном биологическом очищении бытовых и промышленных стоков (Бурковский, 1984; Шарова. 2002).
Среди бесцветных беспозвоночных, обитающих в пресных и морских водах, очень многие виды инфузорий являются фильтраторами. Они питаются преимущественно бактериями и детритом, благодаря чему становятся весьма эффективными очистителями и осветлителями этих вод. Простейшие регулируют численный и качественный сосіав популяций бактерий, осуществляющих минерализацию органических вещее і в в водоемах (Бурковский. 1984). Важной особенностью сообщества песчаной литорали беломорского прибрежья является преобладание в его составе мелких одноклеточных организмов - бактерий, грибов, водорослей и простейших. На литорали губы Грязной обнаружено 110 видов инфузорий, около 70 видов встречаются регулярно в іечение года (Бурковский, 1992). По данным А.С. Константинова (1986), около 10% органического вещества в Волгоградском водохранилище минерализуется планктонными инфузориями.
Известно, что в сложном комплексе процессов самоочищения водной среды от нефіепродуктов ведущая роль принадлежит биологическим процессам, в первую очередь - микроорганизмам, которые разрушают компоненты нефтяного загрязнения и включаю і их тем самым в общий круговорот веществ в воде (Платпира. 1985).
Нефтезагрязнённые грунты являются источником органического вещества, а также субстратом для развития нефтеокисляющих микроорганизмов, являющихся кормовыми объектами для простейших. Участие простейших в разложении нефти может оказывать влияние на несколько процессов. Инфузории-бактериофаги, питаясь растущими на нефти микроорганизмами, могут служить регуляторами их численности, и тем самым влиять на объем и ско 14 рость окисления нефти. Л детритоядные формы, разрушая бактериальный детрит, который окружает нефть, способствуют доступу к ней микрофлоры, что интенсифицирует биодеградацию углеводородов (Миронов, Авдеева, 1978). Именно рост нефтеокисляющсй микрофлоры, вероятно, и приводит к стимуляции темпов деления инфузорий. Если же учесть большую численность простейших в загрязненных водах, то. очевидно, что участие их в трансформации органического вещества и энергии должно быть весьма значительным (Плаїпира. 1985). Следует заметить, что морские простейшие могут заглатывать остатки сырой нефти, что показано как в полевых, так и в лабораторных условиях (Миронов. Авдеева, 1978; Миронов, 1983). Однако количество инф\ юрий и их активность недостаточны для полного потребления образовавшегося вокруг нефтяных остатков бактериального детрита, в результате чего он накапливается и служит субстратом для последующего поселения других организмов. Самоочищающая активность водоема, как всякий сложный аналогичный процесс, весьма чувствительна к внешним воздействиям, легко повреждается. Перегрузки водоемов сбросами загрязняющих веществ подрывают самоочистительный потенциал водоема (Синельников. 1980).
Простейшие играют немаловажную роль в жизни почвы (Христофоро-ва, 2007), улучшая ее плодородие. Как и в водоемах, роль почвенных инфузорий определяется их взаимодействием с бактериями. Простейшие не только поедают, но и выделяют вещества, стимулирующие размножение бактерий, в частности азотофиксирующих. В ряде случаев простейшие способствуют повышению плодородия, особенно в южных, хорошо увлажняемых почвах, например в зоне культуры хлопчатника (Догель, 1975). При рекультивации почв наряду с искусственным заселением их почвенными животными вносят культуру почвенных простейших для активации почвообразования (Шарова, 2002).
Характеристика тест-объекта
Инфузория туфелька относится к числу обитателей мелких пресноводных водоемов с высоким содержанием органических веществ, имеет крайне разнообразную форму, но чаще она продольно овальная. Тело парамеции достигает в длину 220 мкм и обладает довольно сложным строением (рис. 1) (Догель, 1951; Догель и др., 1962; Кокова, 1982). Рис. 1. Инфузория туфелька Paramecium caudatum (по Полянскому и Стрелкову): 1- реснички, 2 - пищеварительные вакуоли, 3 - микронуклеус, 4 -ротовое отверстие, 5 - глотка, 6 - порошица в момент выбрасывания непереваренных остатков пищи, 7 - сократительная вакуоль (центральный резервуар и радиально расположенные приводящие каналы), 8 - макронуклеус, 9 - трихоци-сты.
Размножается она через каждые 2,5-6 часов. В лабораторных условиях хорошо культивируется при комнатной температуре (20±2С). Передвигается с помощью ресничек (Айвазова и др., 1988; Иванов и др., 1981), которые имеют в своем основании базальное тельце (кинетосома). При комнатной температуре реснички совершают около 30 взмахов в секунду. Инфузория движется со скоростью до 2,5 мм/сек, то есть за 1 секунду проходит расстояние в 10-15 раз превышающее длину ее тела (Натали, 1975).
По строению ядерного аппарата инфузории резко отличаются от других групп простейших. Ядерный аппарат инфузорий характеризуется дуализмом (Кокова, 1982). Большое бобовидное ядро - макронуклеус - полиплоидное. Оно контролирует процессы метаболизма и дифференцировки клетки. Микронуклеус - диплоидное ядро регулирует процесс размножения и дает начало новым макронуклеусам. Кроме того, макронуклеус всегда активен, когда в клетке на протяжении жизни происходят какие-либо ядерные реорганизации (Грин и др., 1990). Для парамеций характерно бесполое размножение путем поперечного деления тела надвое. При недостатке пищи или неблагоприятных условиях инфузории переходят к половому размножению -конъюгации, которая может происходить только между совместными особями одного вида, то есть особями, принадлежащими к одному типу спарива 42 ния (Грин и др.. 1990; Догель. 1975). При конъюгации происходит слияние только ядер - мужского и женского, а не клеток, другими словами имеет место только кариогамия (слияние ядер). Длительность процесса конъюгации от начала спаривания до расхождения конъюгатов достигает 12 часов (Натали. 1975; Шарова. 2002) (рис. 2).
Свобод ножи вущие инфузории питаются, главным образом, бактериями, подгоняя их к ротовому отверстию, которое всегда открыто (Полянский. 1987). Кроме того, инфузории питаются и различными дрожжами (Горский. 1962). При этом концентрация корма не влечет за собой резких изменений роста культуры инфузорий, а влияет на количество образующихся вакуолей (Зайка. Павловская. 1970). Инфузории -- гетеротрофные метатрофные организмы. В качестве источника энергии они используют органические соединения разной степени сложности: от низкомолекулярных жирных кислот и Сахаров до более сложных углеводов. Многие инфузории получают важнейшие питательные вещества от симбиотических организмов: бактерий, водорослей и других (Coldo, 1963).
Исследования проводились на обособленных водных объектах, расположенных в правобережьи р. Туры в селитебной и промышленно-селитебной зонах Центрального. Южного и Юго-Восточного районов г. Тюмени, а также на границе города Тюмени (оз. Андреевское). Пробы воды и ДО разных водоемов отличались по цвету и запаху (Приложение А, табл. А). На каждом водном объекте в литоральной зоне отбирались усредненные пробы воды и донных отложений (ДО) по периметру водоема (из 5-10 точек) в весенний, летний и осенний периоды. Пробы воды отбирались полиэтиленовой емкостью (0.5 л) и сливались в 5 л бутыль. ДО отбирались лопатой (в 5 точках литоральной зоны) и складывались в 1 полиэтиленовый мешок. Объем усредненной пробы - 5 кг. В тот же день пробы доставляли в лабораторию. Часть воды и ДО отдавали в химические лаборатории «Госрыб-центра». Оставшуюся часіь проб воды тестировали с помощью тест-объектов: простейшие Paramecium caudatum, водоросли Scenedesmus quadri-cauda и рачки Ceriodaplmia сі/finis.
ДО высушивали, тщаіельно смешивали и брали аликвоту для приготовления водных эксірактов (1:4). Экстрагирование производили в течение 2 ч на аппарате для встряхивания ЛВУ-6с. Затем надосадочную жидкость сливали, давали отстоя і ься. фильтровали и на следующий день тестировали.
2.3.2. Донные отложения пруда-ливнеотстойлика ТЭЦ-2
ТЭЦ-2 - крупная городская электроцентраль, находящаяся на юго-восточной окраине города Тюмени, и удаленная от промышленных узлов. Пруд-ливнеотстойник (ПЛО) ТЭЦ-2 является одним из источников загрязнения реки Туры (Гусейнов, 2001).
ПЛО эксплуатируется с 1986 года и предназначен для накопления про-мливневых стоков и является резервным запасом воды на 1,5-2 суток (Приложение А).
Пробы донных отложений ПЛО ТЭЦ-2 (ст. 1-4) и р. Тура (ст. 5-7) отбирали в открытый период (весна, лето, осень). Расположение станций отбора проб:
Станция I: место сброса в ПЛО технологических вод ТЭЦ-2.
Станция 2: ПЛО. напротив окончания отсекающей дамбы (справа).
Станция 3: ПЛО, район отбойной стенки у нефтенакопительного колодца.
ДО ст. 1-4 ПЛО ТЭЦ-2 - это илистая масса черного цвета с сильным запахом разлагающейся органики и нефтепродуктов. ДО ст. 5 р. Тура - сильно заиленный песок, темно-коричневого цвета без запаха. ДО ст. 6 и 7 - песок без илис гых частиц, без запаха.
Для комплексной оценки состояния исследуемых водоемов использовали индекс загрязненности воды (ИЗВ). Для расчета взяты величины показателей приоритетных химических ингредиентов (нефтепродукты, тяжелые металлы - Zn, Си. Pb. Fe), которые оказывают известное влияние на состояние водоема, с учетом более жестких рыбохозяйственных ПДК (Экология, 1999).
ИЗВХ =— У- —. где N U плк,
С\ - фактическая концентрация приоритетного ЗВ;
N - число показателей, используемых для расчета индекса.
При определении суммарного показателя загрязнения донных отложений (СПЗдо) применили подход, предложенный Л.К. Говорковой (2004), по отношению к ПДК в почвах в случае городских прудов. При оценке состояния ПЛО ТЭЦ-2 и р. Тура вместо ПДКР, которые для ДО отсутствуют (кроме нефти), использовали фоновые концен грации для р. Тура:
С - фактическая концентрация химического ингредиента;
СФ; - фоновая концентрация химического ингредиента;
N - число ингредиентов, используемых для расчета индекса. Качественную оценку загрязненности прудов по ИЗВ (табл. 2) давали в соответствии с классификацией, разработанной в ФГУП «Госрыбцентр» (Михайлова, 2006).
Таблица 2 - Классификация качества воды водоемов по ИЗВ
Класс качества Степень загрязнения Величины ИЗВ СПЗдо
I Очень чистая 0,3 0,5
II Чистая 0.3до 1.0 0,5-1,0
III Умеренно загрязненная 1.0до2.5 1,1-1,5
IV Загрязненная 2.5 до 4.0 1,51-2.0
V Грязная 4,0 до 6.0 2,1-3,0
VI Очень грязная 6,0 доЮ.О 3,1-4,0
VII Чрезвычайно грязная ю.о 4,0
Количественную оценку состояния водоемов определяли в соответствии с разработанными классификациями (Михайлова, 2006), которые позволяют определить класс качества и класс токсичности воды и ДО и сравнить между собой исследуемые водоемы по степени токсичности (табл. 3).
Таблица 3 - Ранговая классификация качества воды и ДО по биотести рованию
№ п/п Характеристика качества Класс качества Отклонения % от К Класс токсичности Характеристика токсичности
1 Чистые I 1-Ю 6 Очень малая
2 Слабо загрязненные 11 11-20 5 Малая
3 Умеренно загрязненные III 21-50 4 Умеренная
4 Загрязненные IV 51-65 3 Средняя
5 Грязные V 66-80 2 Высокая
6 Очень грязные VI 81-100и 1 Очень высокая
Динамика роста культуры Paramecium caudatum в разных средах
Обследовались некоюрые водоемы, используемые населением г. Тюмени для рекреации и ловли рыбы, в соответствие с договором между Комитетом по экологии Администрации г. Тюмени и ВНИЦ «Экология» по теме «Эколого-юксикологическое исследование обособленных водных объектов города Тюмени». Исследования проводились в 2006-2008 гг.
Сравнительный аналін минерального состава воды исследуемых водных объекюв в 2007 г. (Приложение Б. табл. Б) показал, что все водоемы являю іся пресноводными, со среднеминерализованной водой. Наиболее близкими по сумме основных ионов являются пруд Лесной и озеро Круглое (от 1 13 до 220 мг/дм" ). в другую группу входят пруды Южный, Утиный, Кри-стальные родники и озеро Андреевское (от 353 до 511 мг/дм ). По ионному составу (Алекин. 1970) вода всех водных объектов относится к гидрокарбонатному классу. I типа, но по соотношению катионов пруд Лесной, Утиный и Кристальные родники относятся к кальциево-натриевой группе, озеро Андреевское - к натриево-кальциевой, а озеро Круглое и пруд Южный - к кальциевой группе. Следовательно, в прудах Лесном и Утином, Кристальные родники и озере Андреевском воды смешанные, метаморфизированные.
В замкнутых водных объектах отсутствует четкая зависимость между минерализацией и сезоном года. Лишь в озере Круглом, которое связано с р. Тура каналом, в период паводка 2007 г. общая минерализация воды снижалась (113 мг/дм3). в летне-осенний период, который характеризовался повы 54 шенными температурами и небольшим количеством атмосферных осадков, возрастала: летом - в 1,2 раза, осенью - в 2 раза.
Содержание биогенов и органических веществ (ОВ) в воде колебалось в довольно широких пределах, как в сезонном аспекте, так и между водоемами. Особенно высоким было содержание железа (1,2-13,0 ПДКР). Максимальное количество Fe обнаруживалось весной в озере Андреевском, а также в озере Круглом (1 1-14 ПДКр) во все сезоны года. Высокое содержание Fe было также в воде пруда Лесного (3,9-5.8 ПДК). В остальных водных объектах содержание Fe хотя и превышало ПДКР и ПДКС..,.. но менее значительно. В прудах Южном. Утином и Кристальные родники содержание железа находилось в пределах санитарных норм. Концентрация нитритов и ни фатов была значительно ниже нормативов и рыбохозяйственных, и санитарно-гигиенических, а аммония - выше ПДКР в воде озера Круглого в весенний и, особенно, в летне-осенний периоды. Содержание легкоокисляемой органики превышало ПДКр и ПДКС..Г. (но перманганатной окисляемости) в воде всех исследуемых водоемов, кроме пруда Южного. Активность сапрофитной микрофлоры (по БПК5) в 1.2-3.9 раза превышало нормативы во всех водоемах, особенно в весенне-летний период.
Наиболее загрязненной была вода пруда Лесного и озера Круглого медью и железом, прудов Южного и Кристальные родники, озера Андреевского - цинком и железом. Менее всех загрязнен тяжелыми металлами (ТМ) пруд Утиный. Следует отметить, что максимальный уровень загрязнения воды ТМ в малых водоемах приходится на лето, а в больших озерах - на осень. Обращает внимание, что в разных участках больших озер (Андреевское, Круглое) содержание ТМ колеблется в широких пределах, особенно, это касается Zn в озере Круглое. Вероятно, это связано либо с локальным источником загрязнения в донных отложениях, либо с заносом ТМ туринскими водами, для которых характерно повышенное загрязнение ТМ. Это предположение подтверждается и максимальным содержанием в воде этого озера меди и железа, постоянных ЗВ р. Тура. По солевому составу (Приложение Б, табл. Б2) вода большинства исследованных прудов в 2008 г. (кроме пруда Чисюго) относится к пресным водам гидрокарбонатного класса, кальциевой группы, 1 типа (Алекпн. 1970). По величине минерализации все исследуемые пруды можно разбить на 3 группы по Гуревичу и Н.И. Толстихину (Никаноров. 1989): I. Очень пресные (0,03-0.1 г/дм ) - пруд ВоҐшовский: 2. Нормально - пресные (0,1-0,5 г/дм3) -пруды Лесной, Утиный, Кристальные родники, Березовый. Северный, Садовый и Ключевской (летом); 3. Пресноводные (0.5 - 1,0 г/дм"5) - пруд Чистый (все сезоны). Садовый (весна, осень) и Кристальные родники (осень).
Из общего ряда выделяются пруд ВоГшовский с очень низкой минерализацией (44-52 мг/дм" ) и пруд Чистый с минерализацией, приближающейся к границе солоноватых вод (922-976 мг/дм3). Повышенная минерализация воды пруда Чистого обусловлена хлоридами, сульфатами и одновалентными катионами (Na+K), летом и осенью еще и кальция, поэтому изменяется не только минерализация, но и статус озера. Оно относится к хлоридно-сульфатному классу, натриевой группы, 2 типа. Изменение состава воды пруда Чистого, вероятно связано со сбросом сточных вод ТЭЦ-1, поскольку он резко выделяется по химическому составу воды из группы водоемов данной географической зоны.
Биогены существенно меняются по сезонам, поскольку напрямую связаны с биотой водоемов. Так. содержание азота аммонийного в большинстве прудов резко снижалось летом, за счет потребления растениями. Исключение составляют наиболее загрязненные пруды - Войновский и Ключевской, где содержание азота аммонийного летом возрастало, вероятно, в связи с аллох-тонным поступлением биогенов с площади водосбора. Содержание фосфора повышалось весной и летом, а осенью регенерировалось из окисляющейся органики.
Экстремально высокие показатели солевого состава воды зафиксированы для прудов Чистого, Садового и Кристальных родников, биогенных компонентов - для прудов Войновского, Лесного и Садового. Все пруды за 56 грязнены санробной органикой и биогенами. Наиболее грязной весной была вода в прудах Лесном и Чистом, летом - в прудах Утином, Войновском, Березовом, Садовом, осенью - в прудах Лесном, Войновском, Садовом, Ключевском. Сильнее всего вода была загрязнена ртутью (особенно пр. Лесной, Утиный. Березовый и Садовый), медью (все пруды летом и осенью, особенно пр. Войновский - превышение ПДК в 3-43 раза) и цинком (особенно пр. Чистый - 322 ПДК, Кристальные родники, Войновский, Ключевской - 7-Ю ПДКр). Содержание свинца в воде превышало ПДКр только в пр. Кристальные родники и Березовый (в 1.5-1.9 раза в весенний период), но превышало аналогичные показатели из других прудов на 1-2 порядка. Содержание железа в воде превышало ПДКр во всех прудах в разные сезоны в 2-10 раз, особенно в пр. Ключевской (летом) и Войновский (вес сезоны).
Для донных отложений (ДО) нормативы ЗВ отсутствуют, за исключением регионального норматива нефти - 20 мг/кг (ПДУдо). В 2006 г. донные отложения исследуемых водоемов характеризовались повышением рН, уве-личением к осени минеральных компонентов (СГ. SO . N03") и тяжелых металлов и снижением ОВ (Приложение Б, табл. Бз). Содержание ТМ в ДО в основном не превышает фоновых значений для водоемов юга Тюменской области и ПДКп, за исключением Pb. Си. Zn, которые незначительно превышают фон и ПДКп в отдельных водоемах. Содержание нефтепродуктов (НП) превышает ПДКр во всех водоемах в 2-4 раза, максимум в прудах Кристальные родники и Утиный и озере Кривое. Накопление ТМ, НП и других токсических веществ в ДО является источником их повышенного содержания в воде.
В 2007 г. по содержанию сульфатов в ДО прудов Кристальные родники. Утиного, Южного и озера Андреевского (в районе коттеджей) отмечено превышение ПДКп в летний период. Анализ загрязнения нефтепродуктами ДО исследуемых водоемов показал, что уровень загрязнения ДО колеблется по сезонам, возрастая в летнее время (пруды Южный. Лесной, озера Круглое, Андреевское). В пруду Утином и Кристальные родники ДО максимально за 57 грязнены нефтепродуктами в течение всего периода наблюдений, особенно весной. По степени загрязнения нефтепродуктами ДО водоемы расположились в следующий ряд: озеро Кристальные родники - пруд Утиный - пруд Южный - озеро Круглое - пруд Лесной - озеро Андреевское. Содержание ТМ в ДО в основном находится в пределах ПДК для почв и не превышает фоновых значений (пруды Южный, Лесной. Утиный).
В 2008 г. в донных отложениях всех городских водоемов превышен фон для ДО водоемов юга Тюменской области по хлоридам, сульфатам и нитритам. Содержание сульфатов в ДО водоемов также превышает и ПДКп. за исключением прудов Лесного Войновского. Отмечено повышенное содержание НП во всех исследованных водоемах. Значительно содержание и ТМ. за исключением свинца. В осенний период в донных отложениях был превышен фон по содержанию железа в прудах Утином, Кристальные родники. Березовом, Северном, Ключевском, в весенний - в пруду Лесном, и летний - в пруду Чистом.
Таким образом, все исследованные водоемы в разной степени загрязнены бытовой органикой, нефтепродуктами, тяжелыми металлами в концентрациях выше ПДКп.
