На правах рукописи

УДК 556.555.6 + 574.64

Медянкина Мария Владимировна

ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ДОННЫХ

ОТЛОЖЕНИЙ ЗАГРЯЗНЯЕМЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность

03.00.18 – гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва – 2007 в Московском государственном университете им.

Работа выполнена М.В. Ломоносова доктор биологических наук, профессор

Научный руководитель: Филенко Олег Федорович доктор биологических наук, ведущий научный Официальные сотрудник оппоненты:

Терехова Вера Александровна кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Томилина Ирина Ивановна Московская Государственная Технологическая Ведущая Академия организация

Защита состоится «_»_2007 г. в часов на заседании диссертационного совета Д.501.001.55 при Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: Москва, Воробьевы Горы, биофак

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Автореферат разослан «_»_2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.б.н. Н.В. Карташева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Донные осадки представляют собой сложную многокомпонентную систему, которая, в зависимости от условий, складывающихся в водоеме, от сорбционных свойств самих осадков и от свойств веществ, которые поступают в водоемы, может быть аккумулятором химических соединений и источником их вторичного поступления в толщу воды (Кондратьева, 2000). Переход потенциально токсичных веществ между водой и донными осадками служит важным механизмом регулирования их содержания в водной толще, влияющей на качество воды и на токсичность водной среды для гидробионтов (Томилина, Комов, 2002).

Большое внимание уделяется изучению степени загрязнения донных отложений различными веществами, прежде всего, тяжелыми металлами, нефтепродуктами, пестицидами (Гапеева, Законов, 1997, Козловская, Герман, 1997, Баканов, Гапеева, 2000, Флеров, Томилина, Кливленд, 2000). Определение загрязненности осадков проводится методами химического анализа, а оценка их токсичности может производиться методами биотестирования.

К настоящему времени не существует единых нормативов содержания загрязняющих веществ в донных отложениях. Роль донных отложений никак не учитывается при разработке эколого рыбохозяйственных ПДК, хотя попытки установить методические основы нормирования загрязнения донных отложений неоднократно предпринимались (Петрова, 1988, Временное методическое руководство…, 2000, Томилина, 2000, Даувальтер, 2001, Михайлова, 2001, Анохина, 2004) и разработано «Временное методическое руководство по нормированию уровней содержания химических веществ в донных отложениях поверхностных водных объектов (на примере нефти) (Временное методическое руководство…, 2000)».

Донные отложения, в зависимости от состава и происхождения, обладают неодинаковой способностью к снижению токсичности водной среды. Для различных донных отложений нормативы содержания в них токсичных веществ будут различаться (Анохина, 2004). При разработке таких нормативов, очевидно, следует учитывать роль множества факторов, влияющих на содержание загрязняющих веществ в донных осадках (гранулометрический и минералогический состав отложений, содержание органического вещества, в том числе гумусовых веществ, содержание глинистой фракции, гидроксидов железа и марганца и т.д.) и их биодоступность.

В настоящей работе была предпринята попытка исследовать донные грунты разного происхождения и состава, а также оценить их способность влиять на токсичность загрязненной водной среды. Актуальность данной работы обусловлена необходимостью разработки подходов к нормированию содержания загрязняющих веществ в различных донных отложениях и установлению рекомендаций исследования проб при биотестировании и экохимическом мониторинге.

Целью нашей работы служило исследование влияния донных отложений разного состава на токсичность загрязняемой водной среды для гидробионтов в связи с проблемами биотестирования и нормирования загрязнения.

В процессе работы внимание было сосредоточено на решении следующих задач:

- подобрать донные грунты различного состава для модельных экспериментов в системе «загрязненная водная среда - донные отложения», исследовать некоторые их свойства и выбрать организмы для исследования этой системы;

- с помощью выбранных водных организмов исследовать способность незагрязненных донных отложений к модификации токсичности водной среды при ее загрязнении токсикантами органической и неорганической природы;

загрязняющих веществ, позволяющий дать его оценку при ограниченном числе вариант испытаний;

- оценить сорбционную способность и «защитный эффект» донных отложений с применением биотестирования и методов химического анализа.

Научная новизна. Впервые в одинаковых условиях проведена оценка влияния донных грунтов разного гранулометрического состава и с различным содержанием органического вещества на токсичность неорганических и органических загрязнителей водной среды для дафний, как представителей планктона, для ряски, как растительного объекта и для рачка гаммаруса, как организма бентоса.

Предложен новый показатель «повременной выживаемости»

(«ПВ»), который отражает вероятность выживания членов популяции в целом при экстремальном воздействии и может быть использован для токсикометрических оценок. По степени ослабления токсического эффекта можно косвенно судить об уровне остаточной концентрации токсиканта в растворе в присутствие донных грунтов. Величина «ПВ» может быть использована как для планктонных (в данной работе это рачки D. magna), так и для бентосных (в данной работе это рачки G. lacustris) организмов.

Впервые осуществлена сравнительная оценка сорбционной способности донных грунтов заданного состава. Для сопоставления активности поглощения загрязняющих веществ донными грунтами предложена величина скорости сорбции грунтами токсического вещества из раствора при его хроническом воздействии.

Практическая значимость. Выявлена избирательность в накоплении загрязняющих веществ донными грунтами, отражающаяся в изменении токсичности этих веществ для гидробионтов, которая должна учитываться при проведении биотестирования донных грунтов, при проведении оценок в процессе экологического мониторинга и при установлении экологических нормативов.

Введенный показатель «повременной выживаемости» может быть использован при оценке токсичности водной среды в практическом биотестировании. Величина повременной выживаемости, изменяющаяся в присутствие донных грунтов, отражает накапливающий предел различных донных отложений по отношению к конкретному загрязнителю.

Предложен показатель величины скорости сорбции донными грунтами токсиканта из раствора, который может быть использован для оценки активности поглощения токсичных веществ донными грунтами.

Апробация работы. Результаты исследований обсуждались на Международной конференции «Современные проблемы водной токсикологии» (Борок Ярославской обл., 2005), Всероссийской конференции с участием стран ближнего зарубежья «Экология пресноводных экосистем и состояние здоровья населения» (Оренбург, 2006).

Публикация результатов исследований. По результатам исследований опубликовано 4 работы и 2 работы находится в печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 118 листах машинописного текста, включает 18 таблиц, 19 рисунков и 3 приложения. Список использованной литературы состоит из 180 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Донные отложения водных объектов. Обзор литературы. В настоящей главе рассмотрены донные отложения как объект токсикологических исследований. Особое внимание при этом уделено биодоступности некоторых токсичных веществ и возможности их накопления в донных отложениях и водных организмах.

Описана роль донных отложений в модификации токсичности загрязняющих веществ и основные механизмы удаления загрязняющих веществ из водной среды (осаждение и флокуляция, адсорбция, осаждение, соосаждение, катионный и анионный обмен, комплексообразование, окисление/восстановление, микробиологическая активность и поглощение загрязняющих веществ водными организмами).

Проанализирована возможность использования пресноводных организмов для тестирования воды, донных отложений, почв. Обобщены отечественные и зарубежные литературные данные по вопросам биотестирования донных отложений.

Рассмотрены существующие на сегодняшний день подходы к нормированию загрязняющих веществ в донных отложениях.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

В качестве донных грунтов для проведения модельных опытов были выбраны следующие образцы:

- илистые отложения из проточного пруда, отобранные в районе Звенигородской биологической станции МГУ;

- песчаные отложения из р. Москвы, также отобранные в районе Звенигородской биологической станции МГУ.

- кварцевый песок;

- осадок (детрит), формирующийся в аквариальном фильтре.

Был проведен гранулометрический (механический) анализ илистых и песчаных осадков. Для диспергирования проб использовали кислотнощелочную обработку. Определение количественного содержания фракций различного размера производили методом отбора средней пробы методом пипетки (Вадюнина, Корчагина, 1973). Этим грунтам были присвоены названия на основании данных гранулометрического анализа в соответствии с классификацией отложений по содержанию в них частиц мелкой ( илистый песок > песок, а от органических токсикантов - в ряду илистый песок > песчанистый ил > детрит > песок.

3. Для ряски защитная эффективность от воздействия бихромата калия уменьшается в ряду от песчанистого ила к илистому песку, а от воздействия хлорида меди - в ряду от песчанистого ила к детриту.

4. Помимо свойств грунтов различие их защитной эффективности определяется свойствами загрязняющих веществ, вероятно, в частности формой иона, в которой находится действующий компонент молекулы загрязнителя.

5. При оценках токсического эффекта на тест – объекты, наряду с традиционными показателями эффекта, может быть использован и показатель повременной выживаемости («ПВ»), характеризующий суммарную жизнестойкость выборки и отражающий вероятность выживания членов популяции при конкретном экстремальном воздействии.

В частности, этот показатель оказался информативным при оценках роли донных грунтов в изменении токсичности веществ при испытаниях на ракообразных D. magna и G. lacustris.

6. Активность накопления хрома, меди, дибутилфталата донными грунтами (скорость поглощения загрязняющего вещества в мкг/г·сут) снижается от детрита к песку.

7. В большинстве испытаний защитный эффект грунтов соответствует активности поглощения ими загрязняющих веществ. Такая взаимосвязь установлена для меди (в присутствие всех грунтов), для хрома (в присутствии песчанистого ила, песка и детрита), для дибутилфталата (в присутствие илистого песка).

Основные результаты исследования отражены в следующих печатных работах:

1. Филенко О.Ф., Медянкина М.В. Роль состава донного грунта в модификации токсичности загрязняющих веществ (бихромата калия и сульфата имазалила) // Тезисы докладов Международной конференции «Современные проблемы водной токсикологии», 20-24 сентября 2005 года, п. Борок Ярославской обл., с. 151-152.

2. Исакова Е.Ф., Медянкина М.В. Влияние донных отложений на токсичность хрома и меди в водной среде // Тезисы докладов Всероссийской конференции с участием стран ближнего зарубежья «Экология пресноводных экосистем и состояние здоровья населения», 25апреля 2006 года, г. Оренбург, с. 14-15.

3. Филенко О.Ф., Медянкина М.В. Роль донных грунтов в модификации токсичности загрязняющих веществ (на примере бихромата калия и сульфата имазалила) // Токсикологический вестник. - № 4, - 2006, с. 7-11.

4. Филенко О.Ф., Медянкина М.В. Влияние донных грунтов на токсичность загрязняющих веществ // Вестник Московского Университета.

Серия Биология. В печати.

5. Медянкина М.В. Филенко О.Ф., Широков Д.А. Влияние донных осадков на токсичность тяжелых металлов для дафний. 1. Хром // Экологические приборы и системы. - № 12, - 2006, с. 39-42.

6. Медянкина М.В. Филенко О.Ф., Широков Д.А. Влияние донных осадков на токсичность тяжелых металлов для дафний. 2. Медь // Экологические приборы и системы. Отправлено в печать.

Автор выражает глубокую признательность:

Сотруднику кафедры гидробиологии биологического факультета МГУ, к.б.н. Исаковой Е.Ф. за помощь в освоении методологии биотестирования;

Сотруднику кафедры эрозии почв факультета почвоведения МГУ Есафовой Е.Н. за поддержку и помощь в работе;

Зав. лабораторией эколого-токсикологических исследований ФГУП «ВНИРО», к.б.н. Соколовой С.А. за помощь в проведении определения тяжелых металлов в экспериментальных донных грунтах методом атомной адсорбции;

Доктору биологических наук, профессору кафедры органической химии химического факультета МГУ Лебедеву А.Т. за помощь в проведении определения дибутилфталата в донных грунтах методом количественного анализа по масс-хроматограмме.

Доктору медицинских наук, к.б.н. Гвозденко С.И. за организацию определения содержания тяжелых металлов в донных грунтах методом рентгенфлуоресцентного анализа.