Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ВОДОЕМОВ ТОКСИЧНЫМИ МЕТАЛЛАМИ (Обзор литературы)
1.1. Свойства токсичных элементов 8
1.2. Поступление, миграция и аккумуляция токсичных металлов в водной экосистеме
1.2.1. Поведение тяжелых металлов в водной фазе 10
1.2.2. Донные отложения - депонирующая среда для загрязняющих веществ 19
1.2.3. Гидробионты как индикаторы загрязнения водной экосистемы 23
1.2.4. Оценка уровня загрязнения донных отложений через показатель деформаций челюстного аппарата хирономид
1.3.Общая характеристика Куйбышевского водохранилища как среды обитания ихтиофауны
1.3.1 .Оценка качества воды по гидрохимическим показателям 31
1.3.2. Гидробиологическая характеристика и качество вод Куйбышевского 35
водохранилища
1.4. Характеристика степени загрязнения ихтиофауны 43
1.5. Изменение ихтиофауны на разных этапах формирования водохранилища 44
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 53
2.1. Характеристика объекта исследования 53
2.2. Уровенный режим 54
2.3. Температурный режим 57
2.4. Характеристика рыбных ресурсов 59
2.5. Анализ динамики численности основных видов промысловых рыб 68
2.5.1. Методы учета запасов рыб 68
2.6. Характеристика пунктов наблюдения за качеством вод 74
2.7. Отбор проб при натурном обследовании акватории Куйбышевского водохранилища
2.7.1. Методика ихтиологического исследования 79
2.7.2. Методика обработки гидробиологического материала 80
2.7.3. Методы токсикологического исследования 80
2.7.4. Методы химического исследования 83
2.8. Статистическая обработка результатов 84
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 85
3.1. Оценка уровня загрязнения абиотических компонентов Куйбышевского водохранилища
3.1.1. Качество воды 85
3.1.2. Уровень загрязнения донных отложений 91
3.2. Кормовая база Куйбышевского водохранилища в разные фазы его формирования
3.2.1. Фитопланктон 95
3.2.2. Зоопланктон 97
3.2.3. Макрозообентос 99
3.2.4. Влияние абиотических факторов на параметры бентосного сообщества
3.3. Факторы и степень аккумуляции тяжелых металлов в тканях и органах рыб основных экологических групп ихтиофауны
3.3.1. Уровень загрязнения рыбы как пищевого продукта 112
3.3.2. Содержание металлов в различных тканях и органах рыб 113
3.3.3. Факторы накопление металлов в органах рыб различных экологических групп
3.4. Рекомендации к развитию подсистемы ихтиомониторинга Куйбышевского 130
водохранилища
ВЫВОДЫ 133
ЛИТЕРАТУРА 135
ПРИЛОЖЕНИЕ 154
- Поведение тяжелых металлов в водной фазе
- Характеристика пунктов наблюдения за качеством вод
- Уровень загрязнения рыбы как пищевого продукта
Введение к работе
Природные воды являются важнейшим компонентом окружающей природной среды, возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом. Куйбышевское водохранилище является составной частью развитого в хозяйственном отношении региона, расположенного в пределах 5-ти субъектов Российской Федерации, поэтому антропогенное воздействие стало одним из важных факторов формирования качества водных и биологических ресурсов. Зарегулирование стока и водохозяйственная деятельность в акватории водохранилища привели к сокращению рыбных ресурсов.
Масштабность последствий от техногенной деятельности и специфика их проявления в виде угрозы водным и рыбным ресурсам приводит к необходимости обязательного учета факторов риска загрязнения ихтиофауны и здоровья населения токсичными загрязняющими веществами и учета динамики запасов ценных видов промысловых рыб на протяжении всего периода существования Куйбышевского водохранилища.
Среди загрязняющих веществ, представляющих приоритетный интерес для системы мониторинга, тяжелые и токсичные металлы являются одними из важнейших. Это вызвано, прежде всего, их высокой токсичностью по отношению к гидробионтам и человеку. Опасность усугубляется тем, что металлы не подвергаются химической и биологической деградации, как это свойственно органическим токсикантам, поэтому, попав однажды в окружающую природную среду, они лишь перераспределяются между биотическими и абиотическими звеньями, изменяя форму нахождения и взаимодействуя с различными категориями живых организмов. Не случайно фоновый уровень токсичных и тяжелых металлов в биосфере постепенно повышается. Рыбная продукция является основным накопителем многих токсичных металлов и их соединений, присутствующих в водной среде (Перевозников, Богданова, 1999).
Особый интерес представляет исследование трендов биоаккумуляции токсичных металлов в органах рыб, выявление факторов, влияющих на биоразнообразие ихтиофауны, математическое описание соответствующих закономерностей и поиск подходов к оценке устойчивых параметров биологических ресурсов в условиях антропогенного воздействия.
Существующая Единая государственная система гидромониторинга не включает научно и экономически обоснованную подсистему экологического мониторинга ихтиофауны по комплексу взаимосвязанных и взаимообусловленных показателей.
Таким образом, важнейшей проблемой на пути организации ответственного водопользования на Куйбышевском водохранилище является комплексная оценка его состояния в рамках экотоксикологического мониторинга для разработка долгосрочных программ по улучшению ихтиологической обстановки в Куйбышевском водохранилище в целом.
Цель настоящей работы - выявление факторов накопления наиболее стабильных токсикантов - тяжелых металлов в рыбах, количественное описание закономерностей накопления металлов по органам в соответствии с типом питания и разработка рекомендаций к развитию подсистемы ихтиомониторинга в программе экологического мониторинга Куйбышевского водохранилища.
Задачи исследования:
Проанализировать динамику численности основных промысловых видов рыб за время существования Куйбышевского водохранилища.
Оценить степень загрязнения абиотических компонентов (вода, донные отложения) Куйбышевского водохранилища по плесам.
Выявить влияние степени загрязнения донных отложений тяжелыми и токсичными металлами (Zn, Си, Ni, Сг, Pb, Cd, Со, Fe, Мп и Hg) на видовое разнообразие макрозообентоса и оценить терратогенное воздействие металлов в среде обитания на личинок хирономид методами экотоксикологии.
Определить содержание металлов в тканях и органах рыб Куйбышевского водохранилища, провести анализ пространственного распределения степени бионакопления тяжелых металлов относительно санитарно-гигиенических нормативов.
Количественно охарактеризовать основные закономерности: распределения металлов в системе донные отложения — "бентос — рыбы, включая содержание металлов в тканях и органах рыб (мышцы, печень, жабры) от их биофильности и качества среды обитания (интегральные показатели загрязнения воды и донных отложений металлами); поэлементного накопления тканями и органами (мышцы, печень, жабры) исследуемых видов рыб в соответствии с их типом питания (планктонофаги, бентофаги и хищники).
Разработать рекомендации по развитию подсистемы ихтиомониторинга в программе экологического мониторинга Куйбышевского водохранилища.
Данная работа выполнена на кафедре прикладной экологии Казанского государственного университета им. В.И. Ульянова-Ленина (КГУ) и Татарском отделении ГосНИОРХ (ТатГосНИОРХ) в рамках госбюджетной темы "Развитие теоретических и прикладных основ экологического мониторинга", № ГР 01.98.0006937, код ГАСНТИ
87.43.21; а также Программы Республики Татарстан развития науки на 2001-2005 годы по направлению "Экологическая безопасность" (грант № 09-9.4-86/2002-Ф).
Научная новизна. Впервые с использованием единой методической базы оценен уровень загрязнения тяжелыми и токсичными металлами основных абиотических и биотических компонентов Куйбышевского водохранилища от верхнего до нижнего плесов. Найдено и количественно описано уменьшение биоразнообразия макрозообентоса при увеличении уровня содержания металлов в донных отложениях. На основе анализа пространственного распределения металлов в абиотических компонентах водохранилища выявлена опасность повышенного загрязнения планктоноядных (загрязнение воды в верхних плесах) и бентосоядных (загрязнение донных отложений и бентоса в нижних плесах) рыб. Охарактеризована селективность поглощения металлов тканями и органами рыб (мышцы, печень, жабры) в зависимости от механизма их поступления в организм. Выявлены и методами математической статистики описаны основные закономерности: распределение токсичных металлов в системе донные отложения - бентос, в органах и тканях рыб различных экологических групп; зависимость уровня бионакопления от степени биофильности металла и качества среды обитания (интегральные показатели загрязнения воды и донных отложений), а также закономерности поэлементного накопления тканями и органами всех исследуемых видов рыб в соответствии с их типом питания (планктонофаги, бентофаги и хищники).
Практическая значимость. Результаты данной работы использованы при составлении электронной эколого-водохозяйственной карты Куйбышевского водохранилища по заданию Министерства природных ресурсов России (№ АК-41-04/22 от 18.05.2002), Отдельные разделы диссертационной работы используются при чтении общепрофессиональных курсов "Экологический мониторинг" и "Экологическая токсикология" для студентов экологического факультета Казанского государственного университета по специальности 013100 - экология. Результаты исследований переданы в ГосНИОРХ (г. Санкт-Петербург) для разработки долгосрочных программ по увеличению численности ценных видов рыб и совершенствованию программы ихтиомониторинга Куйбышевского водохранилища.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Отмечаемое для небольшой части выборки проб (5 - 12%) загрязнение рыбы
как пищевого продукта (по отношению содержания нормируемых металлов в мышцах (РЬ, Cd, As и Hg) и печени (Pb, Cd и Hg) рыб к соответствующему ПДК) в среднем для Куйбышевского водохранилища приурочено к антропогенным источникам: на станциях верхних плесов с низким качеством воды отмечается превышение норматива содержания
7 РЬ в мышечной ткани рыб, а в нижних плесах с повышенным содержанием металлов в донных отложениях - РЬ и Cd в печени рыб.
Индекс видового разнообразия (ИВР) макрозообентоса характеризуется обратно пропорциональной зависимостью от содержания металлов в донных отложениях Куйбышевского водохранилища.
Степень аккумуляции металлов тканями и органами (мышцы, печень, жабры) рыб Куйбышевского водохранилища прямо пропорционально связана с биофильностью соответствующих химических элементов.
Уровень накопления каждого из токсичных металлов в органах и тканях исследованных рыб находится в прямо пропорциональной зависимости от обобщенных показателей качества абиотических компонентов — воды и/или донных отложений в зависимости от механизма поступления загрязняющих веществ в организм рыб различного трофического статуса.
Фактором риска повышенного загрязнения планктоноядных рыб металлами (Zn, Си, Ni, Cr, Pb, Cd, Со, Fe, Мп и Hg) и снижения их качества в целом для Куйбышевского водохранилища является загрязнение воды в верхних плесах, а загрязнение донных отложений в нижних плесах — для бентосоядных.
Тенденция к снижению численности основных промысловых видов рыб (лещ, стерлядь, судак и синец) в последний этап развития Куйбышевского водохранилища описывается уравнениями нелинейной зависимости.
Поведение тяжелых металлов в водной фазе
Источники поступления металлов в природную среду подразделяются на природные и антропогенные (Израэль, 1984; Тинсли, 1985). Среди множества токсикантов, попадающих в природные воды, особое значение имеют тяжелые металлы (Перевозников и Богданова, 1999). В том или ином количестве они всегда содержались в природных водах (Линник, 1986), но в последние годы наблюдается тенденция к их накоплению в водоемах. Поступая в биосферу, металлы активно включаются в миграционные циклы, аккумулируются в различных компонентах экосистемы, в том числе и в гидробионтах. Особая опасность накопления металлов в том, что в отличие от токсикантов, имеющих органическую природу и в большей или в меньшей степени разлагающихся в природных водах, ионы тяжелых металлов сохраняются постоянно при любых условиях (Филенко, 1976; Строганов, 1976; Брагинский, 1987).
Естественный источник поступления тяжелых металлов в водоем - это миграция их из горных пород, но гораздо большее значение сейчас приобретает антропогенное загрязнение, которое добавляет к естественному выносу двукратное количество ртути и 12-13 кратное количество свинца, меди, цинка (Линник, 1986; Козлова, 1985; Латыпова и Перевозников, 1990; Комов, 2004) в месте с поступающими в водоем промышленными и коммунальными стоками, а также через атмосферные осадки (Котляр, 2000).
Сбрасываемые сточные воды и воздушные выбросы многопрофильных промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных объектов способствуют глубоким изменениям гидрохимического и гидробиологического режимов водоемов. Установлено, что со сточными водами в реки, озера и водохранилища поступает около 40 тысяч полютантов (Братин, 1986).
Поступая в водоем, металлы распределяются по экотопам. В воде металлы переходят в гидрооксиды, карбонаты и фосфаты, здесь происходит активная адсорбция их взвешенными частицами, которые являются основными переносчиками металлов (Миграция..., 1980). Считается, что металлы не подвергаются деградации. Действительно, металлы содержаться в воде, почве донных отложениях, а некоторые жизненно важные металлы - в организмах животных и растений. Кроме того, они входят в состав земной коры и их устойчивость может, в отличие от органических веществ, является скорее положительным фактором для окружающей среды. Вопрос являются ли металлы токсичными для биоты, зависит от того, в каком количестве и в каком виде они присутствуют в окружающей среде (Метелев и др., 1971; Hart, 19S3). Форма металлов - это ключ к пониманию воздействия (или отсутствие такового) на биологические организмы (Peterson et al, 1973, Allen et al, 1996). Химическое равновесие в водных экосистемах достигается только для процессов, достаточно быстрых в геологическом и биологическом аспектах, поэтому правильнее рассматривать водные экосистемы как дисперсные, находящиеся в стабильном (квазистационарном) состоянии. Тем не менее, для описания форм металлов в истинно растворенном состоянии привлекают при некоторых допущениях представления классической термодинамики (Антоновский и Семенов, 1978). Кроме того, водные системы являются по сути закрытыми: металлы в них присутствуют практически постоянно - они лишь переносятся, либо переходят из одной формы в другую в пределах данной системы (Семанов и др., 1992).
К внутриводоемным процессам, определяющим распределение металлов по миграционным формам, относятся следующие (в скобках даны наиболее важные параметры, факторы, количественно определяющие вклад соответствующего процесса) (Семанов и др., 1992; Линник, 1986; Комаровский и Полищук, 1981; Кулматов и др., 1982); окислительно-восстановительные реакции (окислительно-восстановительный потенциал Eh, рН); гидролиз (рН, произведение растворимости ПР); комплексообразование (Eh т рН, константы устойчивости комплексов Kj); биоаккумуляция (Eh, рН, вид гидробионта); седиментация (размер частиц, их плотность, гидрологический режим); сорбция донными отложениями, взвешенным веществом (характер донных отложений, емкость катионного обмена); метилирование в донных отложениях, биоте (для мышьяка, ртути, свинца).
Окислительно-восстановительные процессы с участием металлов переменной валентности и процессы гидролиза, характерные для большинства ионов металлов и анионов слабых кислот, определяют растворимость соединений металлов, доступность металлов для гидробионтов, Удалению металлов из водной толщи способствуют процессы фотосинтеза, сопровождающиеся ростом величины рН и степени насыщения кислородом трофогенного слоя (Gambrell et al, 1980). Это благоприятствует как гидролизу солей металлов с образованием слаборастворимых гидроксидов, так и окислению низковалентных форм металлов в труднорастворимые окисленные формы.
Образование комплексов с участием металлов с органическими или неорганическими лигандами существенно важно для всей водной экосистемы и во многих случаях имеет прямое отношение к токсичности металлов: образование прочных высокомолекулярных комплексов хелатного типа с органическими лигандами природного происхождения (водный гумус, белки, полипептиды и пр.) может понизить токсичность металла вплоть до полной детоксикации; с другой стороны, комплексные соединения микроэлементов (например, меди) служат не только понижению содержания токсичных ионов, но и своеобразным резервуаром металла, пополняющим его в виде свободных ионов при истощении его содержания в результате биопотребления.
Седиментационные процессы, протекающие в водной системе (при малых скоростях течения) и сопровождающиеся соосаждением (глиной, гидроксидами железа и марганца и др.), приводят к удалению ряда растворенных веществ из водной толщи, их поступлению и аккумуляции в донных отложениях (Di Giutito Richard et al, 1987; Нахшин, 1982).
Судьба тяжелых металлов в водных средах во многом зависит от прочности связывания их донными отложениями, которые представляют собой сложную многокомпонентную систему. Поглотительная способность донных отложений тем выше, чем больше площадь сорбционной поверхности, емкость катионного обмена поглощающего комплекса, прочность связывания; она зависит также от физико-химических условий на границе раздела фаз с водой.
Поскольку в отложениях накапливаются и концентрируются загрязняющие вещества, выводящиеся из водной толщи, содержание их значительно выше, чем в водной фазе. Будучи продуктом процессов самоочищения, донные отложения могут служить более надежным индикатором степени загрязнения водной экосистемы в системе мониторинга (Денисова, 1987).
Возобновление круговорота тяжелых металлов (ремобилизация) может осуществляться путем диффузии из поровых вод, десорбции и комплексообразования. Восстановительные условия в донных отложениях приводят к переводу металла в менее подвижную восстановленную форму. Переход металлов из осадка в воду на границе раздела фаз возможен также при появлении в водной фазе комплексообразующих соединений. Вторичному загрязнению водной среды могут способствовать определенные химические и биохимические процессы в осадках (например, метилирование с образованием высокотоксичных форм) (Hart, 1983; Братин, 1986; Миграция..., 1980) Десорбция ртути с донных отложений происходит интенсивней, чем свинца и меди (Коновалов, 1999), также высока ремобилизационная способность кадмия и марганца (Миграция..., 1980).
Водоросли и водные растения способны аккумулировать металлы по механизму пассивной сорбции на стенках клетки в момент поступления металла в водную систему; следующий этап бионакопления металлов водорослями - проникновение внутрь клетки — происходит медленнее и заключается в пассивной диффузии и метаболически обусловленного поглощения (Мухамадияров и др., 1989).
Количественно бионакопление характеризуется величиной коэффициента накопления (КН) — отношения содержания элемента в биобъекте (на 1 г сухого вещества) к концентрации его в воде (на 1 мл). Наиболее высокие значения КН характерны для водорослей, природа которых влияет на КН в меньшей степени, нежели природа самого металла. Наиболее сильно аккумулируемым элементом является ртуть (среднее значение КН 4.104) (Метелев, 1971; Peterson et al, 1973; Морозов и др., 1986). Описывается факт смены реакции водорослей на действие тяжелых металлов: при низких концентрациях металла возможна стимуляция роста, с повышением концентрации - подавление роста или его полное прекращение. Наибольшей альготоксичностью обладают ртуть и свинец.
Тяжелые металлы — Mn, Ni, Сг, Zn, As, Fe, Hg, Cd, Pb, Cu, Al и их соли - наиболее распространенная группа высокотоксичных химических веществ. Для них характерны длительное сохранение и накопление в воде, донных отложениях и гидробионтах, различная биодоступность, влияние на биогеохимические циклы, перераспределение среди компонентов гидроэкосистем и др. (Веницианов, 1994; Рыболовлев, 2000; Томилина,2004).
Характеристика пунктов наблюдения за качеством вод
Исходными данными при оценке качества поверхностных вод Куйбышевского водохранилища послужили результаты исследования химического состава воды исследуемого водного объекта, опубликованные в Ежегодниках и обзорах по качеству поверхносгаьЕХ вод (Обзор состояния..., 1996-2002; Ежегодник качества..., 1989; Ежегодные данные..., 1988), кратких справках УГМС РТ (Ежемесячная..., 1999-2002), информационных гидрохимических бюллетенях [Водные ресурсы.,., 2002; Государственный ... РТ, 1996-2002; Государственный ... Республики Марий-Эл (1999-2001), Государственный ... Самарской области (1997-2001), Государственный ... Ульяновской области за (1995-2001), Государственный ... Чувашской Республики (1997-2000)], результаты обследования экологической обстановки водохранилища с помощью природоохранных комплексов "Патруль-2" и "Волга" (Обследование Куйбышевского, Нижнекамского.. .,1997; Комплексная оценка экологической..., 2000), а также экспериментальные данные, опубликованные в литературе (Розенберг и Краснощеков, 1996) и собственные данные, полученные в результате экспедиционных выездов 2000-2003 гг.
Оценку качества воды Куйбышевского водохранилища проводили на основании систематизации и анализа данных за период 1993-2001 г.г. по гидрохимическим показателям, число которых варьирует от 7 до 42, Для сравнительной оценки качества вод, выявления тенденций качества вод по годам был использован обобщенный показатель - индекс загрязненности воды (ИЗВ) (ГОСТ 17.1.3.07-82; Методические рекомендации ..., 1988), рассчитываемый по формуле:
где С, — среднегодовая концентрация і-го вещества (элемента). При расчете ИЗВ использовались 6 показателей загрязнения: биохимическое потребление кислорода (БГТКЇ), растворенный кислород, а также приоритетные загрязняющие вещества с наибольшими величинами CJ/ПДКІ.
Класс качества воды оценивали на основании численного значения ИЗВ в соответствии с табл. 2.4.
Для анализа качества вод использовались данные по 34 пунктам контроля, включающим 57 створов. Из них 18 пунктов контроля (27 створов) расположены на территории Республики Татарстан, 6 пунктов (10 створов) - на территории Республики Марий Эл, 7 пунктов (12 створов) — на территории Чувашской Республики, 3 пункта наблюдений (5 створов) — на территории Ульяновской области, а также 1 пункт контроля (3 створа) на территории Самарской области.
Пункты контроля включают государственную сеть постов мониторинга поверхностных вод суши Росгидромета (13 гидрохимических постов, наблюдения на которых производятся в 22 створах), сеть пунктов наблюдения ГУПР по Республике Марий Эл и ГУП ТЦ "Маргеомониторинг" (10 створов в 6 пунктах), сеть мониторинга поверхностных вод Республики Чувашия (14 створов в 8 пунктах наблюдений), осуществляемого силами ГУПР по ЧР, ФГУ "ЧувТФГИ" и филиала ФГУ "СИАК по Приволжскому региону", а также станции, установленные для проведения экспедиционных исследований (рис, 2.12). Расположение пунктов наблюдения на Куйбышевском водохранилище были выбраны, исходя из их разделения на 2 категории:
— станции, приуроченные к организованным источникам загрязнения - городам, крупным промышленным предприятиям;
— пункты наблюдения, условно названных "фоновыми", в которых отсутствуют организованные источники загрязнения и качество воды формируется в результате внутриводоемных процессов, транзитного переноса загрязняющих веществ, а также воздействия на воды диффузных источников загрязнения (в частности, поверхностных сточных вод). Информация о наблюдательной сети гидрохимического контроля представлена в Приложении (табл. 2).
Уровень загрязнения рыбы как пищевого продукта
На первом этапе оценка степени загрязнения ихтиофауны металлами была проведена с точки зрения соответствия их содержания с действующими на территории России санитарно-гигиеническими нормативами. Для оценки безопасности продуктов питания человека содержание металлов (свинец, кадмий, мышьяк и ртуть) в мышечной ткани и (свинец, кадмий и ртуть) печени рыбы и рыбопродуктов нормируется согласно СанПиН 2.3.2.1078.01 (2001).
Ни в одной из исследованных проб рыб превышения содержания ртути, мышьяка и кадмия в мышцах не зафиксировано. По результатам проведенного исследования можно отметить, что норматив содержания свинца в мышцах рыб превышен в 5,6% образцов, содержание его составляет 1,2 - 1,9 ПДК. Образцы рыб с превышением нормативного содержания свинца отловлены по одному на станциях в районе г. Зеленодольска (Волжский плес), в устье реки Меши и в районе Камского Устья - самых загрязненных металлами зонах (Волжско-Камский плес), г. Чистополя и в районе Вандовки (Камский плес).
Повышенное содержание кадмия в печени рыб (3,0 и 2,4 ПДК) отмечается в двух пробах (в районе Ташевки и в районе г. Тетюши). В 12% исследованных образцов печени отмечено превышение содержания свинца относительно ПДК в 1,1 — 5,4 раз. Большинство указанных проб было отобрано в районе г. Тетюши (Тетюшский плес), по одной пробе в районе Вандовки и г. Чистополя (Камский плес), две пробы в Камском Устье (Волжско-Камский плес), а также по одной - две пробы во всех нижних плесах (Ундорском, Ульяновском, Приплотинном), максимальное превышение (237 раз) пищевых нормативов было зафиксировано на станции Виновка, испытьгеающая техногенное воздействие г. Ульяновска.
Среднее содержание металлов в мышцах и печени рыб в сравнении с санитарно-гигиеническими нормативами отдельно по каждому плесу представлены в табл. 3.6.
В течение всего онтогенеза рыб металлы из окружающей среды и кормового субстрата поступают и аккумулируются в различных их органах и тканях. Содержание металлов в них, в свою очередь, может быть биоиндикатором уровня загрязнения водной экосистемы в целом. На рис. 3.9 представлены усредненные экспериментальные значения содержания металлов в тканях и органах различных видов рыб Куйбышевского водохранилища.
Среднее содержание элементов в порядке их убывания в тканях и органах исследуемых рыб можно представить в виде следующих рядов:
По степени накопления во всех тканях рыб первое место занимает железо, что неудивительно, принимая во внимание большую роль этого элемента в дыхательной и кроветворной системах: оно необходимо для жизнедеятельности организма, железо является фундаментальным фактором для многих процессов, связанных с переносом кислорода, участвует в синтезе порфирита в гемоглобине и миоглобине. Цинк также является жизненно важным элементом, входящим в состав многих ферментов; что касается меди, то этот металл, хотя и относится к группе микроэлементов, однако играет важную роль в организме и следует за железом по активности в качестве катализатора окислительно-восстановительных процессов (Иванов, 1988).
Наибольшее количество свинца, марганца, никеля и хрома было обнаружено в жабрах. Не исключено, что процесс поглощения и концентрирования этих металлов в жабрах обусловлен проникновением через дыхательные пути. Отмеченный факт согласуется с литературными данными о преимущественных путях поглощения металлов рыбой (Ергалиев, 1988; Евтушенко, 1988).
Обращает на себя внимание тот факт, что кадмий, медь, цинк, железо и кобальт содержатся в печени рыб в большем количестве по сравнению с мышцами и жабрами. Преобладание железа в печени очевидно и известно из литературы (Иванов, 1988). Большая часть поступившего в организм железа идет на выработку гемоглобина, а остальная откладывается в печени, костном мозге и селезенке. Преимущественное же накопление в печени меди, кадмия и цинка может быть обусловлено как внешними (пищевым путем их поступления), так и внутренними факторами (специфической функцией печени, особым аминокислотным составом ее белков, либо особыми условиями существования данных металлов в тканях печени, способствующими их накоплению). В литературе отмечается большая роль меди и цинка в ферментативной деятельности организма (Иванов, 1988) и преимущественный путь их поступления в организм с пищевым субстратом. Для кадмия, в отличие от меди и цинка, более характерна аккумуляция в тканях почек, однако кадмий во многих случаях способен замещать цинк в цинксодержащих ферментах (Иванов, 1988), что также может приводить к его накоплению в печени.
Таким образом, анализ среднего содержания элементов и выявленные закономерности их распределения в тканях и органах исследуемых рыб согласуются с биохимической ролью металлов в жизнедеятельности организма, а также с путями поступления и выведения их из организма.
Широко известна способность металлов к накоплению в живом веществе (Перельман, 1989), характеризующаяся для каждого элемента присущим ему коэффициентом биофильности (В). Для всех органов рыб получены корреляционные зависимости содержания металлов от их биофильности с соответствующими уравнениями регрессии (табл.3.7).
