Біотестування морської води та донних відкладів північно-західної частини Чорного моря

Размещено на http://www.allbest.ru/

Нацiональна академiя наук украiни

Iнститут бiологiї пiвденних морiв iм. O.О. Ковалевського

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

03.00.17 - Гідробіологія

Біотестування морської води та донних відкладів північно-західної частини Чорного моря

Петросян Анна Георгіївна

Севастополь 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській філії Інституту біології південних морів ім. О.О.Ковалевського НАН України.

Науковий керівник: доктор біологічних наук, академік НАН України, професор Зайцев Ювеналій Петрович, Одеська філія Iнституту біології південних морів НАНУ, головний науковий співробітник

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, професор Гаєвська Альбіна Вітольдовна, Iнститут біології південних морів НАНУ, зав. відділом

доктор геол.-мін. наук, с.н.с., Юровський Юрій Георгійович, Український державний інститут мінеральних ресурсів Міністерства екології та природних ресурсів України, провідний науковий співробітник

Провідна установа: Iнститут гідробиології НАН України, м. Київ

Захист відбудеться “12” жовтня 2000 р. о 11 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 50.214.01 Iнституту біології південних морів ім. О.О.Ковалевського НАН України за адресою: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Iнституту біології південних морів ім. О.О.Ковалевського НАН України за адресою: 99011, м. Севастополь, пр. Нахімова, 2.

Автореферат розісланий “ 6 “ вересня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат біологічних наук Неврова О.Л.

1. Загальна характеристика роботи

біотестування морський токсичність інфузорія

Актуальність проблеми. Головною метою вивчення і контролю забруднених водних екосистем є оцінка існуючої та потенційної небезпеки тих змін, що відбуваються під впливом токсичних факторів та представляють загрозу життю на Землі в широкому розумінні цього слова (Брагінський, 1995).

Питання про необхідність уніфікації біологічних методів оцінки якості води було поставлене більше 10 років тому (Унифицированные методы, 1983), але ще й сьогодні воно далеке від вирішення. Незважаючи на це, біоіндикація і біотестування широко використовуються у моніторингу забруднення гідросфери (Бурдин, 1985; Дятлов и др.,1994; Malins, 1989; Stebbing et al., 1980).

Між концентрацією забруднюючих речовин у водоймах та їхньою токсичністю для гідробіонтів немає однозначного зв`язку. Виявити потенційну небезпеку для живих організмів забруднюючих речовин, які розчинені у воді чи адсорбовані у донних відкладах, можна тільки з використанням спеціальних біологічних методів. У поєднанні з методами аналітичної хімії, методи біотестування дозволяють якісно і кількісно оцінити ефекти, які виникають у забрудненій екосистемі.

Принциповою відмінністю біотестування від інших біологічних методів оцінки якості водного середовища є використання чутливих лабораторних культур тест-об`єктів різного систематичного та трофічного рівнів. До того ж, з усіх біологічних методів оцінки якості навколишнього середовища саме біотестування найлегше піддається стандартизації. Кіль-кість національних, регіональних та міжнародних стандартних методів біотестування не-ухильно зростає. Наказом міністра охорони навколишнього природного середовища та ядерної безпеки України затверджена ціла низка керівних нормативних документів з біотестування морських та прісних вод (КНД 211.1.4.047-95, КНД 211.1.4.055-97, КНД 211.1.4.054-97).

Наявність стандартних методів біотестування розширює можливості їх практичного застосування, що вже відображено в нашій країні у нормативних документах. Так, наприклад, Постанова КМ України від 11 вересня 1996 року № 1100 передбачає, що при розробці гранично допустимих скидів (ГДС) обов`язково мають бути ураховані результати біотестування. З 1 січня 1999 року введений у дію міжвідомчий нормативний документ “Методика оцінки екологічної якості поверхневих вод за відповідними категоріями”, у якому чітко визначена сфера використання результатів біотестування.

Все це зобов`язує дослідників розробляти нові, ще більш чутливі та оперативні методи оцінки токсичності води та донних відкладів, а також окремих забруднюючих речовин та їх сумішей, які скидаются у водойми.

Зв'язок з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися у рамках тематики НАН України “Вивчення основ формування та мінливості прибережних морських вод України для управління біологічним різноманіттям і біологічною продуктивністю в умовах антропогенного впливу”, конкурсних проектів Міннауки та технологій України 2.02.05/100 “Розробити наукові основи і практичні методи біотестування води і донних відкладів морських та континентальних водойм Азово-Чорноморського басейну (Фонд прикладных досліджень) і 6.3/322 “Розробити концепцію біологічного моніторингу за небезпечними забруднюючими речовинами під час їх міграції та трансформації у довкіллі (Фонд фундаментальних досліджень).

Мета та завдання дослідження. Метою дисертації була розробка та апробація методів біотестування води, донних відкладів і окремих забруднюючих речовин в умовах північно-західної частини Чорного моря (ПЗЧМ). Відповідно до мети дослідження були поставлені такі завдання:

- розробити методи біотестування морського середовища стосовно умов ПЗЧМ;

- встановити норму реакції запропонованих тест-об`єктів до діапазону солоності, характерної для ПЗЧМ;

- вивчити просторові та часові характеристики якості води у Одеській затоці та на прилеглих акваторіях з метою виявлення найбільш великих джерел забруднення;

- визначити токсичність морських донних відкладів у акваторіях з неоднаковою мірою антропогенних навантажень;

- провести експертну оцінку пріоритетних забруднюючих речовин (сипучих вантажів, миючих засобів) для оцінки можливих наслідків їх надходження у морське середовище.

Наукова новизна отриманих результатів. Вперше за допомогою методів біотестування була проведена оцінка токсичності природної морської води, стічних вод різного походження, які скидаються у ПЗЧМ, окремих забруднюючих речовин, донних відкладів у забруднених морських акваторіях, а також деяких сипучих вантажів, що перевозяться у великих обсягах.

Встановлені сезонні і просторові коливання рівня токсичності природної морської води і донних відкладів у Одеській затоці та на прилеглих ділянках моря.

На підставі експериментальних спостережень запропонована шкала визначення токсичності середовищ, які підлягають біотестуванню. Вперше за результатами біотестування встановлені “гарячі точки”, у яких токсичність зберігалась протягом тривалого ряду років, а також у різні сезони року.

Практичне значення отриманих результатів. Підсумком досліджень здобувача є розроблені для морських вод з солоністю, яка змінюється, і апробовані з залученням великого фактичного матеріалу методи біотестування морської води і водних екстрактів донних відкладів, у тому числі й методи оцінки токсичності на лабораторних культурах Phaeodactylum tricornutum Bohlin та Artemia salina L. Ці методи включені до керівного нормативного документа КНД 211.1.4.047-95 “Бiотестування морської води та стiчної, яка вiдводиться в море”, що був затверджений наказом Мінприроди України № 46 від 30 травня 1995 р.

Запропований автором комплекс методів для оцінки токсичності води, стічних вод різного походження, окремих забруднюючих речовин та донних відкладів, які представляють потенційну небезпеку для моря, а також дані про інтегральну токсичність води та донних відкладів використовуються Держінспекцією охорони Чорного моря у спостереженнях за якістю морського середовища.

Особистий внесок автора. Дисертаційна робота є самостійним науковим дослідженням, яке виконувалось автором протягом 20 років. Автором була розроблена методологія дослідження, проведені лабораторні експерименти, аналіз, узагальнення отриманих даних та їх співставлення з літературними джерелами.

Апробація роботи. Основні положення дисертації доповідалися та обговорювалися на IY и Y всесоюзних конференціях «Экологическая физиология и биохимия рыб» (Астрахань, 1979; Севастополь, 1982), II всесоюзній конференції «Биология шельфовых зон Мирового океана» (Владивосток, 1982), всесоюзній конференції «Биоиндикация и биотестирование загрязненных природных вод» (Ростов-на-Дону, 1986), III всесоюзній конференції «Географические и экономические проблемы изучения и освоения южных морей СССР» (Ростов-на-Дону, 1987), Y конференції Українського філіалу ВГБТ (Київ, 1987), Y всесоюзній конференції з водної токсикології (Одеса, 1988), всесоюзній конференції «Методология экологического нормирования» (Харків, 1990), I и II з'їздах товариства гідроекологів України (1993, 1997), науково-практичній конференції «Экологические проблемы Одесского региона и их решение» (Одеса, 1995), міжнародному симпозиумі «Управление и охрана побережий северо-западного Причерноморья» (Одеса, 1996), міжнародній науково-практичній конференції «Вода и здоровье-98» (Одеса, 1998), міжнародній конференції «Экологические проблемы Черного моря» (Одеса, 1999), на підсумкових сесіях ОФ ИнБПМ НАН України та Українського наукового центру екології моря.

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 робіт, з них 5 - статті у провідних наукових журналах, 4 - у збірниках наукових робіт, 1 - у Керівному нормативному документі Міністерства охорони навколишнього природного середовища та ядерної безпеки України, 1 - у депонованому рукопису, 6 - в матеріалах та тезах конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація викладена на 160 сторінках друкованого тексту і складається з вступу, огляду літератури, 6 розділів власних досліджень, закінчення та висновків. Перелік використаної літератури включає 217 джерел. Робота містить 13 таблиць та 32 рисунки.

2. Основний зміст роботи

Біологічні методи контролю якості морського cередовища. Огляд літератури

Докладно висвітлені методи оцінки токсичності морської води, донних відкладів та окремих забруднюючих речовин з використанням планктонних водоростей, ракоподiбних та найпростiших. Приводяться літературні дані щодо критеріїв вибору тест-об`єктів і тест-функцій для біотестування морського середовища.

Приведені основні прийоми і методи лабораторного утримання культур морських планктонних водоростей та інфузорій (Петросян та ін., 1996; Петросян, Дятлов, 2000а), отримання та використання синхронізованих наупліусів артемії на ранніх стадіях розвитку (Петросян, Дятлов, 2000б). Розроблені умови, процедура біотестування і показники токсичності для проведення експериментальної оцінки морських природних вод, стічних вод прісноводного походження, які скидаються в море, забруднених донних відкладів та окремих забруднюючих речовин. Запропоновані шкали визначення токсичності середовищ, які підлягають біотестуванню.

Апробовані методи перевірки чутливості культур водоростей (Дятлов, Петросян, 2000), інфузорій і наупліусів артемій з використанням стандартного токсиканту біхромату калію. Показниками чутливості тест-об`єктів були поріг чутливості методу (EC024ч), медіанна ефективна (летальна) E(L)C5024ч концентрація стандартного токсиканту. Приведені дані про підвищення чутливості артемії при переході зі стадії ортонаупліуса до метанаупліуса, а також при різному діапазоні чутливості сивашської (с) та куяльницької (к) рас артемії до стандартного токсиканту (табл. 1).

Таблиця 1 Чутливість тест-об`єктів до біхромату калію

Тест-об`єкт	Тест-функція	Показники чутливості
		ЕС024ч, мг/л	ЕС50( LС50)24ч, мг/л
Ph. tricornutum	Ріст культур	0,25	2,50,5
A. salina (к)	Виживання	8,00	27,73,6
A. salina (с)	Виживання	5,00	7,61,8
E. patella	Виживання	12,50	72,510,6

Норма реакції тест-об`єктів в умовах зміни солоності середовища культивування

Експериментально встановлені значення солоності, які дозволяють отримувати стійкі культури протягом 60 та більше діб у стандартних умовах.

В діапазоні солоності, який є характерним для розпрісненої ПЗЧМ, культури планктонних водоростей Ph. tricornutum зберігають життєдіяльність і високий коефіцієнт ділення у діапазоні 14-16. При біотестуванні солонуватоводних вод у діапазоні солоності 5-8 є доцільною аклімація водоростей на середовищах з відповідною солоністю.

При значеннях солоності нижче 5 культури Ph. tricornutum зберігають життєздатність протягом обмеженого часу (близько 16 діб), і, за визначенням В.В.Хлебовича (1974), таке середовище для культур Ph. tricornutum можна вважати “зоною тимчасової адаптації”.

Культури інфузорії E. patella lemani успішно аклімуються в лабораторних умовах у широкому діапазоні солоності - 5-20. Максимальні показники росту відзначені при 5-10.

Солоносний оптимум для нормального розвитку A. salina на стадіях ортонаупліуса і метанаупліуса протягом 72 годин не зменшується нижче 10. Проблема солоносних адаптацій для A. salina не є суттєвою, бо цей об`єкт не підтримується тривалий час у культурі, а при необхідності наупліуси можна легко отримати з яєць.

Приведені результати досліджень токсичності вод Одеської затоки в 1993-1996 рр., зроблені з метою виявлення найбільш неблагополучних ділянок акваторії. Токсичність води у дослідженій акваторії оцінювали в балах за пропонованою автором шкалою токсичності (Петросян та ін., 1996).

Дослідження, проведені у квітні - вересні 1993 р., показали мозаїчність просторового розподілу водних мас, які викликали значні коливання показників росту в культурах водоростей. Це явище спостерігалося не тільки на суміжних станціях, але й на різних горизонтах вмежах однієї станції відбору проб.

Виявлені певні сезонні особливості, які характеризують акваторію в цілому. Проби води, які були відібрані в Одеській затоці в квітні, спричиняли стимулюючу дію на ростові показ-ники культур водоростей, тоді як у червні більшість проб були нетоксичними, а в серпні усі проби за шкалою токсичності були віднесені до категорії нетоксичних або слаботоксичних.

Підсумки шести весняно-осінніх зйомок дозволили виявити “гарячі точки” - ділянки акваторії, які знаходяться під постійним пресом забруднення, де природна морська вода характеризується як токсична за даними біотестування і на яких концентрації полютантів вище фонових, чи вони знаходяться у таких небезпечних сполученнях, що викликає біологічні ефекти забруднення. За період спостережень (квітень - вересень 1993 р.) абсолютно благополучних ділянок в акваторії Одеської затоки не було.

“Гарячі точки” та прилеглі до них ділянки акваторії були включені у зйомку другого етапу, яка була проведена 1 - 3.06.1994 р. До класу слаботоксичних за шкалою токсичності для водоростей віднесені придонні горизонти води в районі Одеського порту (Нафтогавань, зовнішний рейд порту), місце випуску стічних вод з СБО “Північна” та прилеглі до неї акваторії. Токсичними за шкалою токсичності були проби води, відібрані у морі в придонному горизонті в районі Аркадійського аварійного зливового колектора (показники росту водоростей складали 59,2% від контролю). Відносним благополуччям на момент дослідження видрізнявся район випуску і розсіювання стічних вод з СБО “Південна”. У той же час на деяких станціях, які знаходилися у віддаленні від джерел берегового забруднення були відібрані проби води, що мали токсичність за шкалою токсичності від -1 до +1 бала.

Полігонні роботи, проведені у липні 1994 р., дозволили одночасно оцінити токсичність води у замкнутих гаванях та на зовнішньому рейді Одеського порту порівняно з відносно чистою акваторією в районі біостанції Одеського держуніверситету і віддаленим від берегових джерел забруднення полігоном, розташованим на Одеській банці. Для проб води, відібраних в порту, характерним був великий діапазон коливань показників росту в культурах водоростей, що дозволило зробити висновок про плямистий характер розподілу вод з токсичними властивостями в замкнутих гаванях.

Станція очистки баластних вод (СОБВ), яка розташована на території Одеського порту, віднесена до точкових джерел забруднення й протягом багатьох років помітно впливала на забруднення Нафтогавані і Одеської затоки нафтовими вуглеводнями (Петросян, Дятлов, 2000в). Дослідження з оцінки якості очистки стічних вод СОБВ були проведені у квітні 1993 р., коли СОБВ працювала ще з мінімальним навантаженням. Концентрація нафтових вуглеводнів в стічних водах СОБВ складала 0,19-1,0 мг/л. Критерієм токсичності стічних вод СОБВ була величина мінімальної кратності розбавлення, яка необхідна для того, аби проба, яка підлягає тестуванню, не викликала вірогідних відхилень від контрольних показників у тест-об`єктів.

Планктонні водорості Ph. tricornutum виявилися найбільш чутливим тест-об`єктом до нафтового забруднення. З метою усунення токсичної дії води з резервуару-накопичувача на водорості її треба було розбавити чистою морською водою у 31 раз (рис.1).

Рис. 1 Динаміка зростання чисельності Ph. tricornutum залежно від кратності розбавлення стічних вод СОБВ, які містять нафту. (1 - вихiдна кількість клiтин у варiантi; 2, 3 - кількість клiтин пiсля експозицiї 48 и 96 год)

Десятикратного розбавлення проби з резервуару-накопичувача виявилося досить для того,щоб ростові показники культур інфузорій Е. patella не відрізнялися від контролю(рис.2).

Смертнicть науплiусiв A. salina не перевищувала контрольних значень при розбавленнi проби з резервуару-накопичувача у шiсть разiв.

Біотестування морської води в районі скиду стічних вод з СОБВ показало, що відхилення від контролю (у бік збільшення показників росту) спостерігали тільки для лабораторних культур планктонних водоростей. Властивості води, які стимулювали ділення, зникали при її розбавленні у 4 рази. Ефект стимуляції показників росту у тест-об`єктів в пробах з резервуару-накопичувача, а також відсутність гострої токсичності в районі морського скиду стічних вод СОБВ не може служити критерієм небезпеки нафтового забруднення в цілому для замкнутих акваторій, в які постійно скидаються стічні води, що містять нафту.

Рис. 2 Динаміка зростання кількості E. patella залежно від кратності розбавлення стічних вод СОБВ, які містять нафту. (1 - вихiдна кількість клiтин у варiантi; 2 - кількість клiтин пiсля експозицiї 48 год)

Основний потік забруднюючих речовин антропогенного походження надходить у море із прісноводним стоком. В зв`язку з цим, на нашу думку, точкові прісноводні берегові джерела морського забруднення необхідно контролювати за показником “токсичність” з використанням прісноводних стандартних тест-об`єктів (Daphnia magna Straus, Ceriodaphnia affinis Lilljeborg) ще до їх надходження до морського середовища. І тільки після попадання стічних вод в море, тобто після їх розбавлення, доцільно проводити оцінку токсичності води з використанням морських тест-об`єктів (Ph. tricornutum, A. salina) (Петросян, 1999).

Цей підхід був апробований при проведенні комплексної екологічної зйомки у Одеській затоці у вересні 1996 р. Біотестування скидних вод СБО “Південна” виконане відповідно до нормативного документа (КНД 211.1.4.055-97) з прісноводним гіллястовусим C. аffinis, показало, що стічна вода на випуску в море була летальною для тест-об`єкта. За спостереженнями останніх п`яти років, токсичність скидних вод точкового джерела забруднення Одеської затоки реєструється постійно при Крmin в 2 - 8 разів.

Оцінка токсичності стічних вод СБО “Південна” в зоні розсіювання в морі була виконана відповідно до КНД 211.1.4.047-95 з використанням лабораторної культури морських планктонних водоростей Ph. tricornutum. В поверхневому горизонтi безпосередньо у точцi скиду (ст. 3) сформувалася пляма, яка характеризувалася пiдвищеними показниками росту культур водоростей.

На прилеглих станцiях (1, 2, 4 - 10) в поверхневому горизонтi ростовi показники культур не вiдрiзнялися вiд контрольних значень.

Мiлководна прибережна зона у придонному горизонтi (ст. 5 та 6), навпаки, являла собою велику дiлянку, яка характеризувалася пригнiченим станом тест - культур водоростей, що дозволило вiднести проби води з такими характеристиками до слаботоксичного класу за шкалою токсичностi.

Експериментальна оцінка якості донних відкладів

До районів, які мають значні антропогенні навантаження, у першу чергу можна віднести акваторії портів, місця проведення днопоглиблювальних і бурових робіт, морські звалища грунтів. Роль донних відкладів в процесах, пов`язаних з формуванням токсикологічної ситуації в цих районах, до теперішнього часу вивчена ще недостатньо. Найбільший вплив на гідробіонтів можуть спричиняти водорозчинні сполуки донних відкладів.

Одеський порт. Дослідження токсичності водних екстрактів донних відкладів Одеського порту за матеріалами весняної зйомки 1993 р. були проведені на лабораторних культурах морських планктонних водоростей Ph. tricornutum, наупліусах A. salina, інфузоріях E. patella lemani.

Показано, що водні екстракти донних відкладів Одеського порту мали високу токсичність для трьох тест-об`єктів. У пробах, яки були відібрані біля Старого хвилелому та в Нафтогавані, токсичність водних екстрактів донних відкладів зростала з глибиною залягання проби.

Токсична дія проявлялася у пригніченні росту, блокуванні механізмів ділення та загибелі клітин в культурах водоростей та інфузорій, смертності наупліусів артемій при переході з етапу II ортонаупліуса на етап I метанаупліуса. В окремих випадках (наприклад, в акваторії судноремонтного заводу) відзначена стимуляція клітинних поділів в культурах інфузорій.

Високий рівень забруднення донних відкладів порту підтвердила також бентосна зйомка, яка була проведена співробітниками ОФ ІБПМ і констатувала пригніченний стан донних угруповань, а у деяких випадках й повну відсутність макрозообентосу.

Нове Одеське звалище грунтів. Дампінг грунтів при днопоглиблювальних роботах в морських портах, призводить до локальних змін умов існування донних угруповань. Донні відклади набувають нової властивості - токсичністі, яка викликана надходженням і постійною присутністю у них забруднюючих речовин антропогенного походження. З метою оцінки токсичності донних відкладів в районі Нового Одеського звалища грунтів (НОЗГ) була здійснена зйомка у травні 1993 р.

Біотестування донних відкладів НОЗГ, проведене з використанням лабораторної культури Ph. tricornutum, показало, що на станціях відбору проб з координатами звалища донні відклади були віднесені до класу нетоксичних: їх водні екстракти не викликали відхилень у розвитку культур планктонних водоростей. Максимальний приріст інтегральної біомаси водоростей (220,0 и 171,7% порівняно з контролем) був відзначений на двох станціях, які розташовані на розрізі у напрямку до Іллічівського порту, де у донних відкладах знайдені сліди відсипки матеріалів дампінгу.

Експеримент з оцінки токсичності водних екстрактів донних відкладів НОЗГ для культур морських інфузорій виявив цілу низку загальних рис у реакції цього тест-об`єкта і культур морських водоростей. Спостерігалася така реакція тест-об`єктів: добре виражена стимуляція ділення клітин водоростей та інфузорій. На підставі проведених досліджень був зроблений висновок про те, що скидання забруднених грунтів не співпадає з межами відведеної для цієї мети ділянки.

Експертна оцінка токсичності забруднюючих речовин методами біотестування

Боксити і глинозем. Дослідження токсичності бокситів та глинозему, які можуть потрапляти в море під час транспортування та перевантаження в чорноморських портах, має значний інтерес. Добре відомо, що сполуки алюмінію, які входять до складу глинозему мають невелику токсичність, це й обумовлює їх широке використання в процесах очищення питної води, в харчовій та медичній промисловості. При цьому експериментально доведено, що ефекти негативного впливу завислих часток бокситів та глинозему для гідробіонтів виявляються на рівні таких концентрацій, які реально можуть виникати у морі в період перевантаження на локальних ділянках акваторії і на нетривалий час.

Дія завислих часток цих сполук на гідробіонтів має механічний, пошкоджуючий характер. Для водоростей при контакті з завислими частками бокситів і глинозему впродовж 24 годин було характерним злипання клітин і утворення клітинних конгломератів, втрата ними плавучості.

Наявність осаду цих речовин (в диапазоні концентрацій 0,5-2,5 г/л) у середовищі, де культивувалися водорості, не викликала вірогідних відмін від контрольних значень.

Боксити і глинозем, які знаходяться у завислому стані, активно поглиналися ракоподібними. В експерименті спостерігали зниження плавучості тест-об`єктів, зміну характеру рухів внаслідок налипання часток суспензії на антени і мандибули.

Порівняльний токсикологічний аналіз за підсумками 48 годинної експозиції показав, що найбільш чутливими до присутності у воді завислих часток виявилися глінозему (EC5048ч = 3,0 г/л) і бокситів (EC5048ч = 1,5 г/л) були планктонні водорості. Для планктонних ракоподібних LC5048г глинозему і бокситів дорівнювали 8,0 и 6,5 г/л відповідно.

Аквамар. Новий препарат аквамар, активним компонентом якого є поверхнево-активна речовина (ПАР), призначений для усунення нафти зі стічних вод, очищення поверхонь та грунтів, забруднених нафтопродуктами і жирами. Препарат дозволено скидати на станцію біологічної очистки у концентрації 50 мг/л (в перерахунку на концентрацію ПАР - 5 мг/л), де він піддається деструкції до нетоксичних компонентів.

В експериментах оцінювали гостру токсичність аквамару для тест-об`єктів, залежність токсичності від терміну зберігання розчинів, токсичність при сумісній дії аквамару і дизельного пального. Свіжоприготовлений розчин аквамару в концентрації, яка дорівнює ГДК (5 мг/л), є гостротоксичною сполукою, яка викликає 100%-ну загибель наупліусів артемії (LT100% = 24 год) і знижує ростові показники в культурах морських планктонних водоростей до 32%, порівняно з контролем. Більш високі концентрації препарату є абсолютно летальними.

Експериментально доведена наявність синергійного ефекту розчинів аквамару і побутових стічних вод СБО “Південна”, при якому сумарний ефект токсичності для гідробіонтів вищий, ніж дія двох компонентів. При семикратному розбавленні стічних вод цей ефект зникав.

Встановлено зниження токсичності аквамару залежно від терміну зберігання розчинів. Водорості у свіжоприготовлених розчинах аквамару (400 мг/л) вмирали миттєво. Після витримання розчину протягом 6 діб в тест-культурах відзначена поява клітин, які ділилися. Концентрації аквамару 5-100 мг/л впливали на культури таким же чином: витримання розчинів призводило до зниження їх токсичності, але в жодному з варіантів (за виключенням 5 мг/л) у витриманих більше трьох діб розчинах біомаса клітин не досягала контрольних значень.

Гостра токсичність розчину аквамару з концентрацією 400 мг/л для ракоподібних зберігалася протягом 9 діб. Свіжоприготовлений розчин аквамару 50 мг/л викликав 100%-ву загибель наупліусів артемії через 1,5 години, після 6 діб зберігання розчину загибель ракоподібних у ньому складала 50%.

Сумісна дія аквамару (25 мг/л) і дизельного пального (25 мг/л) призвела до того, що суміш, яка була витримана протягом 1,5 годин зберігала токсичні властивості. Після 24 годинного відстоювання токсичність суміші для ракоподібних і водоростей значно зменшувалася.

Висновки

1. У дисертації запропоновані методи біотестування, які призначені для оцінки токсичності морського середовища в умовах солоності, що змінюється.

2. Для оцінки токсичності природних морських вод, стічних вод морського походження, окремих розчинних хімічних сполук, донних відкладів та завислих часток були запропоновані як обов'язкові тест-об'єкти морські планктонні водорості Ph. tricornutum та ранні наупліуси A. salina, як додаткові - культури морських інфузорій E. patella lemani.

3. Розроблено шкалу визначення токсичності морських вод. Багаторічні спостереження за якістю вод Одеської затоки та прилеглих акваторій довели, що морська вода характеризувалася різним ступенем токсичності (від -2 до +3 балів за шкалою токсичності).

4. Запропонований новий підхід до оцінки токсичності прісноводних стоків, що скидаються в море, який полягає у використанні на першому етапі стандартних тестів з C. affinis чи D. magna, а на другому етапі, після розбавлення стоку в морському створі - морських тестів з водоростями Ph.tricornutum чи наупліусами A. salina.

5. Методи біотестування були апробовані при проведенні моніторингу в Одеській затоці та прилеглих районах північно-західної частини Чорного моря, при оцінці токсичності стічних вод, водних екстрактів донних відкладів, завислих часток, окремих розчинних хімічних сполук. За результатами багаторічних спостережень були виявлені “гарячі точки”: гавані Одеського порту, райони скидів зі Станції очистки баластних вод, СБО “Північна” та “Південна”, випуск Аркадійського зливового колектора.

6. Оцінка якості стічних вод морського походження зі станції очистки баластних вод довела, що стічні води, які містять нафту (0,19-0,1 мг/л), викликали відхилення від контролю в показниках росту культур водоростей та інфузорій, загибелі наупліусів артемії. Найбільш чутливою до нафтового забруднення була водорость Ph. tricornutum.

7. У точці морського скиду та зоні розсіювання стічних вод СБО “Південна” відзначена стимуляція ділення клітин у тест-культурах Ph. tricornutum, що свідчить про формування локального вогнища евтрофування Одеської затоки (вересень, 1996 р.). При цьому стічні води СБО “Південна” були гостротоксичними для C. affinis, а їх токсичні властивості зникали після трикратного розведення контрольною водою.

8. Водні екстракти донних відкладів гаваней (Нафтової, Заводської) та відкритих акваторій Одеського порту характеризувалися гострою токсичністю для тест-об`єктів. Токсичність водних екстрактів донних відкладів змінювалась залежно від глибини їх залягання. В Нафтогавані найбільш токсичними були водні екстракти донних відкладів з горизонту 10-20 см, у Старого хвилелому - з горизонту 30-50 см, а в акваторії СРЗ - з поверхневого горизонту 0-10 см.

9. Водні екстракти донних відкладів Нового Одеського звалища грунтів були нетоксичними для Ph. tricornutum. За показниками росту культур водоростей і інфузорій, які значно перевищували контрольні показники, були встановлені місця дампінгу забруднених грунтів за межами НОЗГ.

10. Оцінка токсичності сипучих вантажів - бокситів і глинозему показала, що ефекти негативного впливу завислих часток цих речовин на гідробіонтів носили характер механічного пошкодження і виявлялися на рівні концентрацій, які реально виникають у морі в період перевантаження (0,1-5,0 г/л). При контакті з завислими частками цих речовин для водоростей характерною була втрата плавучості і утворення клітинних конгломератів, для ракоподібних - активне заковтування часток, зміна характеру руху і втрата плавучості.

11. Поверхнево-активна речовина нового покоління аквамар в концентрації, яка дорівнює ГДК (5 мг/л), мала гостротоксичні властивості для гідробіонтів. В присутності стічних вод СБО “Північна” токсична дія аквамару посилювалася. Свіжоприготовлена суміш аквамару і дизельного пального біла високотоксичною, при зберіганні протягом 24 годин її токсичність для водоростей і ракоподібних помітно знижувалася.

Список наукових праць за темою ДИСЕРТАЦІЇ

1. Петросян А.Г. Некоторые методические аспекты биотестирования сточных вод, сбрасываемых в морские акватории // Экология моря. - 1999. - Вып. 49. - С. 97-101.

2. Петросян А.Г., Дятлов С.Е. Инфузории рода Еuplotes как тест-организмы в морском биотестировании // Экология моря. - 2000 а. - Вып.50. - С. 105-108.

3. Петросян А.Г., Дятлов С.Є. Шкала токсичності для оцінки якості морського середовища з використанням наупліальних стадій Аrtemia salina L.// Вісник Одеського державного університету. - 2000 б. - Т.5, вип.1: Біологія. - С.222-227.

4. Дятлов С.Е., Петросян А.Г. Норма реакции лабораторной культуры Phaeodactylum tricornutum Вohlin. на абиотические факторы. I. Чувствительность к стандартному токсиканту бихромату калия // Альгология. - 2000. - Т.10, № 1. - С.32-35.

5. Ходаков И.В., Дятлов С.Е., Петросян А.Г. Использование ранних стадий эмбриональ-ного развития черноморской мидии Mytilus galloprovincialis Lam. для биотестирования природных и сточных вод // Гидробиол. журн. - 1996. - Т. 32, № 5. - С. 67-77.

6. Петросян А.Г., Дятлов С.Е. Токсикологический контроль качества балластных вод в районе Одеського мегаполиса // Сб. научн. тр. НАН Украины, МГИ, ИнБЮМ «Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа». - Севастополь, 2000 в. - С. 377-382.

7. Дятлов С.Е., Петросян А.Г. Биологический мониторинг загрязнения в устьях рек и приустьевых участках моря // Сб. научн. ст. «Экологические проблемы Черного моря». - Одесса: ОЦНТЭИ, 1999. - С.88-92.

8. Дятлов С.Е., Петросян А.Г., Ходаков И.В., Доценко Т.В., Эльстер А.М. Экспериментальная оценка качества прибрежных вод и донных отложений методами биотестирования // Сб.научн.тр.УкрНЦЭМ «Исследование экосистемы Черного моря». - Одесса: Иренполиграф,1994. - Вып. 1. - С.141-148.

9. Петросян А.Г., Скопцова Н.А., Быстрицкая О.А., Рыжко В.Е. Оценка качества морских донных осадков методами биотестирования // Комплексное изучение загрязнения Мирового океана в связи с освоением его минеральных ресурсов. - Л.: МинГео СССР, 1989. - С. 76-83.

10. КНД 211.1.4.047-95. Бiотестування морської води та стiчної, яка вiдводiться в море. Методика / Крайнюкова А.М., Ульянова I.П., Усенко О.В., Дятлов С.Є., Петросян А.Г., Доценко Т.В, Ходаков I.В., Шадрiна Л.А., Соколова С.О., Гроздов А.О., Кузнецов О.М. - К.: Видання офіційне, 1995. - 37 с.

11. Петросян А.Г., Дятлов С.Е., Доценко Т.В., Ходаков И.В. Методические рекомендации по морским биологическим тестам // Ред. Гидробиол. журн. - К., 1996. - 57 с. Деп. в ВИНИТИ 22.07.1996 г. №. 2480-В96.

12. Дятлов С.Е., Петросян А.Г. Современные методы биотестирования сточных, природных и питьевых вод // Материалы междунар. научно-практ. конф. «Вода и здоровье-98». - Одесса: Астропринт, 1998. - С. 324-329.

13. Дятлов С.Е., Петросян А.Г. получение и сохранение лабораторных культур тест-организмов, предназначенных для биотестирования морской воды и донных отложений // Збірник національної конференції «Збереження біорізноманітності в Україні». - Київ: Егем, 1997. - С. 31-32.

14. Петросян А.Г., Дятлов С.Е., Доценко Т.В. Интегральная оценка качества воды и донных осадков прибрежных районов моря // Тр. научно-практ. конф. «Экологические проблемы Одесского региона и их решение». - Одесса, 1995. - С.131-135.

15. Петросян А.Г., Дятлов С.Е. Влияние стоков Одесской станции очистки балластных вод на культуры гидробионтов // Тр. I з'їзду гідроекологічного товариства України. - К., 1994. - С. 253.

16. Петросян А.Г. Оценка токсичности донных осадков Одесского порта методами биотестирования // Тр. конф. молодих учених i спецiалiстiв «Актуальнi питання ботанiки i екологiї». - К., 1993. - С. 94.

17. Петросян А.Г. Опыт использования одноклеточных планктонных водорослей для биотестирования загрязненных морских донных осадков // Тр. всес. конф. «Методология экологического нормирования». - Ч.2. - Харьков, 1990. - С. 141.

Анотація

Петросян А.Г. Біотестування морської води і донних відкладів північно-західної частини Чорного моря. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.17 - гідробіологія. - Iнститут бiологiї пiвденних морiв iм. O.О. Ковалевського НАН України, Севастополь, 2000.

Дисертація присвячена вирішенню методичних проблем та питанням практичного використання методів біотестування для оцінки якості морського середовища. У роботі запропонований комплекс методів оцінки токсичності морської води, донних відкладів та окремих забруднюючих речовин з використанням тест-об'єктів - водоростей, інфузорій та наупліальних стадій ракоподібних. Проведена апробація методів біотестування, вивчені просторові та часові характеристики якості води в Одеській затоці та прилеглих акваторіях моря з метою виявлення великих джерел забруднення. Виявлені «гарячі точки», на яких біологічні ефекти забруднення фіксуються протягом ряду років та й у різні сезони року. Проведені дослідження з визначення токсичності морських донних відкладів у акваторіях з різним ступенем антропогенного навантаження - в Одеському порту, на Новому Одеському звалищі грунтів. Проведена оцінка токсичності миючого засобу нового покоління (аквамару), який використовується для очистки стічних вод, що містять нафту, а також сипучих вантажів (бокситів та глинозема), які перевозяться та перевантажуються у чорноморських портах, для оцінки можливих наслідків надходження їх в морське середовище.

На підставі експериментальних спостережень запропонована шкала визначення токсичності середовищ, що тестуються.

Ключові слова: Біотестування, токсичність, тест-об'єкт, морська вода, донні відклади.

Аннотация

Петросян А.Г. Биотестирование морской воды и донных отложений северо-западной части Черного моря. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук по специальности 03.00.17 - гидробиология. - Институт биологии ююжных морей им. А.О.Ковалевского НАН Украина. - Севастополь, 2000.

Диссертация посвящена решению методических проблем и вопросам практического использования методов биотестирования для оценки качества морской среды. В работе предложен комплекс методов оценки токсичности природной морской воды, донных отложений и отдельных загрязняющих веществ с использованием чувствительных тест-объектов различного трофического и систематического уровня - водорослей, инфузорий и науплиальных стадий ракообразных.

Экспериментально установлена норма реакции тест-объектов к широкому диапазону солености, характерной для СЗЧМ. В диапазоне солености, характерном для распресненной СЗЧМ, культуры водорослей Phaeodactylum tricornutum Bochlin жизнеспособны и сохраняют высокий коэффициент делений с максимумом в диапазоне 14-16. При биотестировании солоноватовых вод (5-8) целесообразна акклимация водорослей на средах соответствую-щей солености. При значениях солености ниже 5 культуры Ph. tricornutum сохраняют жизнеспособность в течение ограниченного времени (около 16 суток), и такую среду можно считать “зоной временной адаптации” для водорослей. Культуры инфузории Euplotes patella lemani Dragesco успешно акклимируются в лабораторных условиях в широком диапазоне солености 5-20.

Установлены показатели токсичности стандартного токсиканта бихромата калия для тест-объектов, что позволяет проводить поверку тест-объектов в межлабораторных калибровках.

Проведена апробация методов биотестирования, изучены пространственные и временные характеристики качества воды в Одесском заливе и прилегающих акваториях моря с целью выявления наиболее крупных источников загрязнения и загрязненных участков акватории. Выявлены «горячие точки», на которых биологические эффекты загрязнения фиксируются в течение ряда лет и в различные сезоны года. К ним относятся районы выпусков и рассеивания сточных вод станции очистки балластных вод, недостаточно очищенных сточных СБО «Южная» и СБО «Северная», Аркадийского аварийного ливневого коллектора, очистные сооружения г. Ильичевска. На территории Одесского порта находятся многочисленные источники загрязнения (Нефтегавань, аварийный коллектор, выпуски ТЭЦ, станция очистки балластных вод и др.).

Выполнены исследования по определению токсичности морских донных отложений в акваториях с различной степенью антропогенных нагрузок - в Одесском порту, его замкнутых гаванях и на внешнем рейде, на Новой Одесской свалке морского грунта. Экспериментально доказано, что токсическое воздействие на гидробионтов оказывают водорастворимые фракции загрязненных донных отложений. В пробах донных отложений, отобранных у Старого волнолома и в Нефтегавани, токсичность их водных экстрактов возрастала с глубиной залегания. Токсическое действие проявлялось в угнетении роста и гибели клеток в культурах водорослей и инфузорий, повышенной смертности науплиусов артемий при переходе с этапа II ортонауплиуса на этап I метанауплиуса. На основании проведенных исследований на Новой Одесской свалке грунта высказано предположение, что сброс загрязненных грунтов не совпадал с границами отведенного для этой цели участка.

Проведена оценка токсичности моющего средства нового поколения, используемого для очистки нефтесодержащих сточных вод (аквамара). Установлено, что свежеприготовленный раствор аквамара в концентрации, равной ПДК (5 мг/л), является остротоксичным веществом, вызывающим гибель науплиусов артемии (LT100% - 24 часа) и снижающим ростовые показатели в культурах водорослей. Более высокие концентрации препарата являются абсолютно летальными для всех тест-объектов. Установлено снижение токсичности аквамара и смеси аквамара с дизельным топливом для водорослей при длительном хранении растворов. Доказано наличие синергического эффекта между растворами аквамара и бытовыми сточными водами СБО “Южной”.

Экспериментально показано, что сыпучие грузы (бокситы и глинозем), перевозимые и перегружаемые в черноморских портах, представляют опасность для гидробионтов в виде взвеси. Сравнительный токсикологический анализ показал, что наиболее чувствительными к присутствию в воде взвешенных частиц глинозема (ЕC5048ч - 3,0 г/л) и бокситов (ЕC5048ч - 1,5 г/л) оказались планктонные водоросли. Действие взвесей этих веществ носит механический, повреждающий характер. Для водорослей при контакте со взвесями бокситов и глинозема в течение 24 часов было характерно слипание клеток. Для ракообразных в контакте со взвесями наблюдали снижение плавучести тест-объектов, изменение характера движений вследствии налипания частиц взвеси на антенны и мандибулы.

На основании экспериментальных наблюдений предложена шкала определения токсичности тестируемых сред.

Ключевые слова: Биотестирование, токсичность, тест-объект, морская вода, донные отложения.

Annotation

Petrosyan A.G. Biotesting of marine water and bottom sedoments of the North-Western part of the Black Sea. - Manuscript.

The dissertation on competition of a scientific degree of the candidate of biological sciences on a speciality 03.00.17 - hydrobiology. - Institute of Biology of the Southern Seas named by A.O., Kovalevskiy, National Academy of Sciences of Ukraine, Sevastopol, 2000.

The dissertation is dedicated to solutions of the methodical problems and problems of practical usage of bioassays for assessment of quality of marine environment. It is proposed a complex of methods for the assessment of sea water quality, bottom sediments and separate polluted substances using such test organisms as algae, infusoria and nauplii of the Crustaceans. Approbation of these methods of bioassays was carried out in the Odessa Bay and adjoined areas of the sea with the purpose to find the largest sources of pollution. In the “hot points” biological effects of pollution are recording during the several years in different seasons.

Some investigations were made to determine the toxicity of marine bottom sediments in the areas with different anthropogenic influence: the Odessa Port, the Odessa New Heap of the Soil.

There was an assessment of the toxicity of the soap of new generation (aquamar) that is using to clear petroleum waste waters and loose loads (bauxite and alumina) in the Black Sea ports to determine the possible results of their getting into the marine environment.

On the base of the experimental observations it is suggested the scale to determine the toxicity of testing environments.

Key words: Вioassays, toxicity, test-object, marine water, bottom sediments.

Размещено на Allbest.ru

...