Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1 Развитие аквакультуры в мире 8
1.2 Объекты аквакультуры в устьевой области реки Бач Данг 12
1.3 Биологическая характеристика Meretrix lyrata 13
1.4 Методы искусственного разведения Meretrix lyrata во Вьетнаме 18
1.5 Биологическая роль свинца 19
1.6 Биоаккумуляция свинца в двустворчатых моллюсках 27
Глава 2. Физико – географическая характеристика устьевой области реки Бач Данг 31
2.1 Природные особенности устьевой области реки Бач Данг 31
2.2 Загрязнение исследуемой акватории свинцом 34
2.2.1 Тенденция изменения содержания свинца в реке по приливному циклу 34
2.2.2 Тенденция изменения концентрации свинца по сезонам и по годам 37
2.2.3 Источники поступления свинца в устьевую область реки Бач Данг 37
Глава 3. Материалы и методы исследования 39
Глава 4. Результаты исследований 51
4.1 Гидрохимическая характеристика участка искусственного разведения двустворчатого моллюска Meretrix lyrata 51
4.2 Концентрация свинца в окружающей среде на участке искусственного разведения Meretrix lyrata в устьевой области реки Бач Данг 56
4.2.1 Концентрация свинца в воде 56
4.2.2 Содержание свинца в донных отложениях 60
4.3 Закономерности роста Meretrix lyrata при искусственном разведении 68
4.4Динамика содержания свинца в организме выращенных моллюсков Meretrix lyrata 77
4.4.1 Биоаккумуляция свинца в мышцах Meretrix lyrata 77
4.4.2 Накопление свинца в желудке Meretrix lyrata 82
4.4.3 Оценка уровня накопления свинца в Meretrix lyrata 86
4.5 Накопление свинца в теле моллюсков Meretrix lyrata и методы его выведения 88
4.5.1 Накопление свинца в Meretrix lyrata при различных концентрациях в воде 88
4.5.2 Выведение свинца из Meretrix lyrata при искусственом выращивании 93
Обсуждение результатов 96
Выводы 101
Научно-практические рекомендации 103
Перспективы дальнейшей разработки темы 104
Список литературы 105
Приложение 126
- Развитие аквакультуры в мире
- Тенденция изменения содержания свинца в реке по приливному циклу
- Содержание свинца в донных отложениях
- Выведение свинца из Meretrix lyrata при искусственом выращивании
Развитие аквакультуры в мире
Развитие аквакультуры, прежде всего разведение пресноводных рыб, насчитывает, по меньшей мере, 4 тыс. лет. Известно, в Китае создавались пруды для разведения рыбы, а несколько позже (1120 г. до н. э.) многие виды рыб выращивались для товарного использования. В 599 г. до н. э. китаец Фан Ли опубликовал первое известное нам пособие по разведению рыб, а 500-600 лет тому назад в этой стране в промышленных масштабах выращивали порфиру, устриц, жемчужниц, кефаль и другие морские объекты. Несколько позже рыбоводство стало развиваться в Месопотамии, Древнем Египте, Риме, Греции и других странах.
Широкое развитие марикультура получила у народов, живущих на берегах западной части Тихого океана. В Японии уже в XVII в. стали успешно разводить устриц и получать с подводных плантаций около 50 тыс. т водорослей (главным образом порфиры) и несколько десятков тысяч тонн двустворчатых моллюсков (устриц, гребешков и др.). Аквакультура - средство обеспечения продовольственной безопасности, занятости населения и насыщения внутреннего рынка. Настоящий «бум» аквакультура пережила в 70-80-х годах XX столетия. Современная аквакультура дает около половины общемировых объемов пищевой рыбопродукции. По статистике ФАО, в настоящее время культивируется 442 коммерческих вида и подвида рыб, ракообразных, моллюсков, водорослей и других водных организмов. Лидирующее положение в ассортименте продукции мировой аквакультуры занимают пресноводные рыбы, объем производства которых по состоянию на 2008 г. составил 28,8 млн. т (54,7%). За ними следуют моллюски (13,1 млн. т), ракообразные (5 млн. т), диадромные виды рыб (3,3 млн. т), морские рыбы (1,8 млн. т) и другие водные животные (0,6 млн. т).
В марикультуре беспозвоночных лидирующее положение занимают двустворчатые моллюски, наибольшее значение среди которых имеют устрицы с объёмом производства в 2006 г. 4.6 млн. т (Доклад ФАО..., 2017).
Наибольших успехов в аквакультуре достиг Китай, на долю которого приходится более 70% общего мирового производства.
Столь бурное развитие этого направления хозяйственной деятельности, обусловлено следующими причинами (Доклад ФАО..., 2017).
Во-первых, после установления исключительных экономических зон, в большинстве ведущих рыболовных держав осознали ограничения естественной сырьевой базы для развития промышленного рыболовства. Промысловая нагрузка на традиционные наиболее востребованные объекты достигла предела, а зачастую и превысила допустимые уровни. Это привело к снижению запасов водных биоресурсов естественного происхождения.
Во-вторых, были разработаны технологии промышленного культивирования ценных промысловых объектов, обеспечивавшие весьма приемлемые экономические показатели. Достаточно напомнить, что себестоимость искусственного производства одной тонны рыбопродукции в пересчете на единицу белка меньше себестоимости мяса крупного рогатого скота в 2,6 раза, свиней - в 2,4 раза, птицы - в 1,5 раза. Продуктивность аквакультурных хозяйств, как правило, значительно выше, чем сельскохозяйственных угодий.
В-третьих, численность населения земли продолжает нарастать быстрыми темпами, обостряя проблему обеспечения продовольствием.
В-четвертых, аквакультурные хозяйства оказались весьма перспективными в плане формирования дополнительных рабочих мест, что особенно важно в странах с наиболее высокой плотностью и низкой занятостью местного населения - Китае, Индии, Индонезии, Вьетнаме, Японии, Бангладеш, Таиланде, т.е. именно в тех, которые сегодня входят в группу основных мировых лидеров развития аквакультуры. В 80-е годы в Японии для получения 1 млн. тонн продукции на морских товарных хозяйствах было задействовано более 300 тыс. человек. В Китае на искусственном выращивании 800 тыс. тонн водных организмов были заняты 200 тыс. человек (Доклад ФАО..., 2017). Следует отметить, что хозяйства товарного выращивания гидробионтов могут быть разной степени технической и технологической оснащенности. Поэтому количество работников на предприятиях с одинаковыми производственными характеристиками порой существенно различается. В развитых европейских странах - Норвегии, Великобритании, Дании, Нидерландах, Финляндии и др. товарные хозяйства отличаются высочайшей степенью автоматизации производственных процессов (fish.gov.ru/otraslevaya– deyatelnost/ekonomika-otrasli/statistika-i-analitika). В азиатских странах, напротив, преобладает ручной труд.
В настоящее время в мире выращивается около 567 видов гидробионтов, составляющих кладовую генетического разнообразия как в пределах одного вида, так и в межвидовом составе (http: //ru. wfp. org/sites/default, 2015).
Такие водные растения, как морские водоросли, являются особенно важным ресурсом для аквакультуры, так как являются источником питания, средств к существованию и основой других важных видов промышленного использования.
Восемьдесят процентов текущего объема производства продукции аквакультуры обеспечивается такими животными организмами в нижней части пищевой цепи, как травоядные и всеядные рыбы, а также моллюски.
Судя по динамичному развитию в последние тридцать лет, а также ввиду относительно стабильного вылова в промысловом рыболовстве, не исключено, что дальнейший рост рыболовной отрасли будет обеспечиваться главным образом за счет аквакультуры.
Ввиду необходимости обеспечения мирового населения качественной и здоровой рыбной продукцией, аквакультура, которая уже сейчас является одним из наиболее быстроразвивающихся сельскохозяйственно продовольственных секторов, имеет большой потенциал к будущему развитию. Мировые промысловые уловы достигли своего пика в 2006 г. на уровне около 90 миллионов тонн, тогда как производство аквакультурной продукции по-прежнему растет со скоростью около шести процентов в год, при мировом объеме производства более 100 миллионов тонн. Повышенное внимание к устойчивости, потребительскому спросу, продовольственной безопасности и экономической эффективности в аквакультурном производстве требует постоянного развития новых производственных технологий. Моллюскт по трофическим уровням являются консументами первого порядка.
Во всем цивилизованном мире аквакультура - одно из наиболее динамично развивающихся производств, она рассматривается как способ обеспечения продовольственной безопасности и средство борьбы с бедностью. Ежегодно в Америке, Европе, Азии и Австралии проводятся международные конференции по аквакультуре, на которых обсуждаются все самые передовые методы культивирования, где никто не делает секрета из своих достижений, потому что это делается на благо всего человечества.
Наибольшее развитие марикультура получила также в странах Азии - в прибрежных акваториях тропических и субтропических морей Тихого и в меньшей степени Индийского океанов, которые отличаются наибольшей продуктивностью и разнообразием видов. Первое место среди них по большинству показателей занимает Китай. На втором месте - Япония, где площадь прибрежного мелководья (до 20 м) составляет 30 тыс. км2, причем под аквакультуру используют уже около половины этой площади. В Японии занимаются выращиванием и устриц, и жемчуга, и морской рыбы, и водорослей. В здешних крупных и хорошо организованных хозяйствах применяют передовые технологии. Примерно по такому же пути пошло развитие марикультуры в Республике Корея. Хотя в остальных странах Восточной, Юго-Восточной и Южной Азии преобладают мелкие хозяйства, основанные на старых традиционных методах, их вклад в продукцию марикультуры также значителен.
Вьетнам расположен в Южно-восточной области Азии. С востока и юга омывается Восточно - Вьетнамским морем, длина береговой линии - 3 444 км. Разнообразие экологических систем: рек, прудов, ближайший берег, заливок, море и остров, позволяет максимально развивать аквакультуру и рыбоводство. Выращивание прибрежных моллюсков началось в мире в 2-ом веке до н.э и в начале 1970 года во Вьетнаме. Искусственное разведение Meretrix lyrata было начато в городе Бенче (1970), затем продолжено в городе Тяньгианге (1987) и в городе Травинх моллюск был поднят в 1995 году (Министерство рыболовства..., 2004). Во Вьетнаме площадь разведения Meretrix lyrata выросла от 15 000 га (2010) до 26 254 га (2015), в плане развития до 2020 указана цифраоколо 32 960 га (B Nng Nghip…, 2016). Среднегодовой объем экспорта продуктов аквакультуры развивает 14,72%/год (1995-2010 период), в 2010 г. составил 4,94 млрд. долларов (Доклад департамента по рыбоводству «План развития национального рыбоводства до 2020). В том числе, первое место занимают морские продукты.
Тенденция изменения содержания свинца в реке по приливному циклу
Устье реки Бач Данг подвержено суточному приливному режиму: в течение дня есть период прилива и период отлива, вода в эти два периода имеет разные физико-химические свойства. Каждый день пляжная зона принимает потоки пресной и морской воды, поэтому содержание свинца в воде варьируется в зависимости от времени суток.
В работах Trn и Trm quan (Trn et al, 2007; Trn, 2008; Trm quan…, 2004-2012) исследовались образцы воды взятыв августе 2007 г - в сезон дождей и в декабре 2007 г-в сухой сезон. Преобладающая концентрация свинца по приливным циклам в течение дняотражена на рисунках 6 и 7.
Как видно из полученных данных, концентрация свинца изменяется в течение суток: она высокая при отливах и низкая при приливах. Показано, что концентрация свинца в потоках, поступающих из реки, выше, чем в потоках, поступающих от моря. Самая высокая концентрация свинца (5,1 мкг/л в сезон дождей и 4,6 мкг/л в сухой сезон) бывает при отливах, когда с континента вливаются потоки пресной воды с активной реакцией среда 7,2-7,3. Самая низкая концентрация свинца (2,5 мкг/л в сезон дождей и 1,3 мкг/л в сухой сезон) отмечается при приливах (Trn et al., 2007; Trn, 2008).
Поскольку соленость является важным индикатором потоков воды, рассмотрим изменение свинца и солености (рис. 8 и 9).
С 100 до 1300 часов превалирует морская вода, а с 1400 часов – пресная. Средняя концентрация свинца в потоке пресной воды составляет 4,3 мкг/л в сезон дождей и 3,6 мкг/л в сухой сезо. Эти показатели в морской воде в дождливый и сухой сезоны ниже - 3,2 мкг/л и 2,5 мкг/л соответственно.
Содержание свинца в донных отложениях
В донных отложениях свинец содержится в виде карбонатов, сульфидов, и в связанном с органическими остатками состоянии. При подкислении среды, при недостатке кислорода и при появлении растворенных комплексообразователей происходит переход свинца из осадков в воду. Превращения, которым подвергается свинец в воде и донных отложениях влияют на поступление аккумуляцию токсичных веществ в организме гидробионтов. Повышенные концентрации вещества, способного связывать ионы и молекулы токсичного агента, а также повышение прочности этих связей снижают «биодоступность» или «физиологическую доступность» токсиканта для организмов (Никаноров, Жулидов, 1991). На участке экспериментального разведения Meretrix lyrata (блок OTN находится в высокой приливной зоне, экспериментальный блок AD расположен в низкой приливной зоне) было определено сезонное изменение содержания свинца в донных отложениях (табл.8).
Результаты анализа показали, что содержание свинцав донных отложениях было достаточно стабильно 10,24 - 20,54 мг/кг и мало отличается в донных отложениях 2-х экспериментальных блоков, несмотря на то, что время высыхания поверхности у них разное.Тенденция к увеличению (в 1,4 раз) содержания свинцав донных отложениях наблюдается в сезон дождей, включая июнь, июль, август и сентябрь, а уменьшение его содержания происходит в сухой сезон, то есть в остальные месяцы года. В сезон дождей отходы, содержащие свинец, выносятся дождевыми потоками к устьевой области реки, что увеличивает накопление свинцав донных отложениях. Таблица 8- Сезонная динамика содержаниясвинцав донных отложениях двух экспериментальных блоков(блок OTN и AD)
Согласно полученным результатам выявлено, что свинец присутствует в естественной среде разведения моллюсков почти во всех составляющих: в воде, сухом остатке и донных отложениях. Однако, распределение свинцав данных составляющих неравномерно, а именно: 1) в воде концентрация свинцаочень мала (среднее значение 0,003 мг/кг); 2) в донных отложениях накопление свинцапрослеживается четко, его концентрация выше в 4,8103 раз по сравнению с водой; 3) в сухом остатке выше в 7,7103 раз по сравнению с водой.Концентрация песка, ила, общего органического углерода, железо, марганец в донных отложениях 2 экспериментальных блоков показана в таблице 9.
Характеристики донных отложений в двух экспериментальных блоках представлены в таблице 10. Результаты анализа показали, что соотношение песка и ила в донных отложениях в различные сезоны отличалось, так в сезон дождей процент ила выше (30 35%) в 2 раза, чем в сухой сезон (15 20%). Причина в том, что в сезон дождей, с одной стороны, приносит ил с течением рек к морю, увеличивая его количество. С другой стороны, также увеличивается количество свинца и других тяжелых металлов, приносимых потоком воды в море (источник которых - отходы заводов, промышленных зон около устья реки Бач Данг). По этой же причине увеличивается содержание органического углерода в донных отложениях.
В период с 2014 по 2016 г был проведен также сезонный отбор проб донных отложений в 5 точках (M1, M2, M3, M4, M5) на участке разведения Meretrix lyrata в устьевой области реки Бач Данг. Размещение точек сделано с целью оценки особенности накопления и распределения свинца в системе «вода – донные отложения – моллюски» в устьевой области реки Бач Данг. Результаты анализа, представленые в таблице 11.
Применение анализа ANOVA по 2 параметрам для содержаниясвинцав донных отложениях экспериментального района показало:
- содержание свинцав донных отложениях в нескольких исследуемых точках не имеют отличия (Pvaiue 0,1; среднее Mi = 16,4 ± 3, М2 = 15,2 ± 2,7, М3 = 15,7 ± 2,7, М4= 15,6 ± 2,3, М5 = 17,9 ± 2,8);
- содержание свинцав донных отложениях со временем имеют отличия (Pvaiue 0,001). Таким образом, содержание свинцав различное время взятия проб была различной (содержание свинцав донных отложениях в июне и сентябре больше в 1,5 раз, чем в декабре и марте).
Исследование показали, что содержание свинцав донных отложениях на участке разведения Meretrix lyrata в устьевой области реки Бач Дангудовлетворяет национальный технический регламент Вьетнама по качеству отложений (регламент Вьетнама QCVN 43:2012/BTNMT) (свинца 112 мг/кг) (B Ti Nguyn…, 2012).
Для оценки уровня загрязнения и накопления свинца в донных отложенияхна участке разведения Meretrix lyrata в устьевой области реки Бач Данг использовался индекс геоаккумуляции (Igeo) (Geoaccumulation Index) и коэффициент обогащения (EF) (Enrichment Factor) (Lau et al., 1998; Szefer et al., 1998; Liu et al., 2010; Ghrefat et al., 2011; Haris, Aris, 2013). Значения Igeo и EF рассчитывался по формуле (3) и (4) в главе 3.
Результаты исследования показали, что в донных отложениях научастке разведения Meretrix lyrata загрязнение свинцомотсутствует (Igeo 0). Такой результат также согласуется с оценкой из некоторых более ранних исследований(Haraguchi et al., 1998; Gmez-lvarez et al., 2007). Низкое значение (1,31,6) EF показывает, что свинецне накапливается в донных отложениях. Другими словами, содержание свинцав донных отложениях на экспериментальном участке аналогична его концентрации в земной коре(Haraguchi et al., 1998;Gmez-lvarez et al., 2007; Nowrouzi, Pourkhabbaz, 2014).
Для сравнения уровня накопления свинцав донных отложениях на экспериментальном участке реки Бач Данг и в устьевых областях некоторых других рек, представлены в таблице 12.
Согласно данным, представленным в таблице 12, концентрация свинцав донных отложениях устьевой области реки Бач Данг сопоставима с результатами исследования в устье реки Тиен автора Хоанг Тхи Куинь Зиеу (2015) и устье реки Пайра (Бангладеш) автора Ислам и др., (2015), однако в 7 раз ниже, чем в устьях рек Хонгха (Вьетнам), в 2 раза ниже, чем в устьях рек Чжуцзян (Китай) автора Ye и др. (2011).
Выведение свинца из Meretrix lyrata при искусственом выращивании
Для оценки уровня выведения свинца из моллюсков, Meretrix lyrata была выдержана в чистой морской воде. Результаты исследования представлены в таблицах 30 и 31.
Как видно из таблиц 30 и 31, содержание свинца в Meretrix lyrata через 5 дней выдержки уменьшилось в среднем на 60% и на 70% через 10 дней по сравнению с первоначальным содержанием свинца в Meretrix lyrata. В частности, спустя 10 дней после окончания выдерживания Meretrix lyrata в чистой морской водесвинецп рактически не выводился и около 30% осталось в моллюске, независимо от количества свинца, накопленного первоначально.
Выявлено, что между содержанием свинца в Meretrix lyrata и временем выдерживания в чистой морской воде имеется тесная отрицательная связь (г = -0,73- -0,66, Pvaiue 0,05) (рис. 33).
Выведение свинца из Meretrix lyrata в чистой морской воде с солёностью 5, в 1,5 раза выше, чем Meretrix lyrata в чистой морской воде с солёностью 25. Рекомендуется, чтобы при использовании Meretrix lyrata в пищу, выдержать моллюсков 5 дней в чистой воде с низкой соленостью.
Согласно исследованию Эдмондса (1987) и Филипа (1986) Kumaraguru, Ramamoorthi, 1979) посвященного изучению поглощения мышьяка живыми организмами(моллюски, рыбы и.т.д) в организме моллюсков происходят биохимические реакции и образуются органические метильные комплексы, такие как арсенобетаин, арсенохолин, монометил карбоновая кислота, DMA, TMA и в особенности арсенофосфолипид. С помощью такого механизма моллюски самостоятельно трансформируют токсичный металл As3+ в нетоксичный или малотоксичный, и выводят его из тела.
Таким образом, исследование Фам Тхи Фыонг и партнеров (Phm et al., 2008) по выведению мышьяка у Meretrix lyrata показало: As полностью выводится из Meretrix lyrata через 15 дней (Phm et al., 2008). Иначе выявлено по свинцу: он остается в теле моллюска Meretrix lyrata, вероятно, из-за биохимических реакций, образующих прочные соединения свинца, которые трудно выводятся из тела.