Введение к работе
Актуальность темы. Загрязнение водной среды тяжелыми металлами является одной из наиболее актуальных проблем, обусловленных все возрастающей техногенной нагрузкой на природные системы. Наряду с исследованием токсичности тяжелых металлов для различных гидробионтов и процессов поступления в водоемы в последнее время большое внимание уделяется таким аспектам как миграция и трансформация их форм существования в среде (Линник, Набиванец, 1986; Исидоров, 1999; Mercier et al., 2001; Холин, 2001; Janssen et al., 2003; Karner et al., 2006). По мере накопления знаний в этой области становится ясно, что данных по общей концентрации металлов в воде недостаточно для прогнозирования токсического эффекта на организмы (Будников, 1998; Beceiro-Gonzalez et al., 2000). Указанная проблема является общей для всех токсикантов, поступающих в окружающую среду, поэтому при определении уровня загрязнения среды рекомендуется использовать не только методы химического анализа, но также и методы биотестирования. Это связано с тем, что, в отличие от химического анализа, биотестирование позволяет провести интегральную оценку токсичности среды с учетом доступности загрязнителей для гидробионтов.
Одной из стандартных процедур является биотестирование вод с помощью водорослей. Однако было замечено, что при использовании одного и того же тест-организма токсический эффект проб с одинаковым содержанием металлов может существенно варьировать (Sunda, Lewis, 1978). Среди причин, определяющих токсичность металлов в природных водах, одной из главных принято считать содержание в них органического вещества (Линник, Набиванец, 1986; Будников, 1998; Морозова, Пен, Фоменко, 2011), основным компонентом которого являются гумусовые вещества. В результате процессов комплексообразования, или связывания, органическое вещество может значительно влиять на биодоступность тяжелых металлов для фитопланктона (Линник, Набиванец, 1986; Морозова, Пен, Репях, 2001; Gueguen et al., 2003). Вместе с тем, содержание в природных водах растворенного органического вещества может существенно зависеть от типа и места расположения водного объекта (Smirnov, 2008), что, в свою очередь, может влиять на степень связывания поллютантов и проявление их токсических свойств.
Целью настоящей работы явилась оценка влияния комплексообразующей, или связывающей, способности природной воды на биодоступность тяжелых металлов для тест-организма водоросли хлорелла. Были поставлены следующие задачи:
-
Провести анализ современного состояния вопросов биодоступности тяжелых металлов в природных водных объектах и применения методов биотестирования для исследования данной проблемы.
-
Определить характер токсического воздействия трех тяжелых металлов - меди, цинка и кадмия - на функции роста и фотосинтетической активности тест-объекта водоросли Chlorella vulgaris Beijer.
-
Выявить зависимость чувствительности тест-объекта к тяжелым металлам от условий проведения эксперимента (свет, температура, способ установления токсического эффекта); определить оптимальные условия проведения биотеста.
-
Оценить роль гумусовых веществ в снижении токсичности тяжелых металлов природными водами.
-
Сравнить степень понижения токсичности тяжелых металлов в пробах воды различных природных объектов.
Научная новизна. Впервые показана возможность применения методов биотестирования для целей исследования динамики связывающей способности природных вод по отношению к тяжелым металлам. Выявлены существенные различия в биодоступности тяжелых металлов в водах различных природных объектов. С помощью модельных экспериментов исследована роль гумусовых веществ в процессах комплексообразования тяжелых металлов в природных водах. Показано, что медь, цинк и кадмий обладают различной способностью к связыванию в природных водах и в питательной среде.
Защищаемые положения:
-
-
Проявление токсических свойств тяжелых металлов по отношению к гидробионтам определяется составом природных вод, в частности, присутствием в них комплексообразующих компонентов. Наиболее характерная ситуация заключается в снижении токсичности металлов при попадании их в водные объекты.
-
Сезонные колебания качественного и количественного состава природных вод, в том числе содержания в них комплексообразующих веществ, обуславливают соответствующие изменения их связывающей способности.
-
Величину связывающей способности, а также ее пространственно - временные колебания в водных объектах можно успешно исследовать с помощью методов биотестирования.
Практическая значимость. Полученные данные могут использоваться для прогнозирования проявления токсичных свойств тяжелых металлов при попадании их в водную среду. Продемонстрированная возможность применения в этих целях методов биотестирования позволяет создать новое направление в рамках экологического мониторинга водных объектов.
Апробация. Материалы исследований были доложены на всероссийских конференциях: «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2006); «Экотоксикология: современные биоаналитические системы, методы и технологии» (г. Пущино, 2006); «Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития» (г. Киров, 2007); «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (г. Борок, 2008) и др.; а также международных конференциях: «Биоиндикация в мониторинге пресноводных экосистем» (г. Санкт-Петербург, 2006); «Современные проблемы физиологии и биохимии водных организмов» (г. Петрозаводск, 2007); «Исследование, разработки и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2008); «Проблемы экологии. Чтения памяти профессора М.М. Кожова» (г. Иркутск, 2010) и др. Результаты работы были представлены на выставках НТТМ-2006 (г. Москва, 2006); 1-й и 2-й Городских ассамблеях (г. Красноярск, 2008; 2009); молодежных форумах (г. Красноярск, 2008; «Селигер-2009»).
Публикации. По теме исследований опубликована 20 работ, в том числе одна работа в издании, рекомендованном ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 117 страницах, содержит 4 таблицы, 31 рисунок, состоит из введения, 14 глав и выводов. Список литературы включает 208 наименований, в том числе 147 на иностранном языке.
Похожие диссертации на Проблема биодоступности тяжелых металлов в экологическом мониторинге природных вод
-
