Экология/6 Экологический мониторинг

К.б.н. Клишко О.К.

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, Россия

Биогеохимический метод в экологическом мониторинге состояния гидробионтов и водных экосистем

Проблема усиления токсического загрязнения поверхностных вод ставит задачи по разработке надежных критериев оценки их качества по состоянию гидробионтов. Из химических элементов наиболее опасными для гидробионтов являются тяжелые металлы (ТМ), обладающие токсическим действием и кумулятивным эффектом [1], а наиболее адекватно реагирующими на изменение содержания ТМ в среде, признаны донные беспозвоночные. В процессе жизнедеятельности они накапливают в своих тканях различный уровень ТМ в зависимости от их содержания в среде. Многие из ТМ являются жизненно необходимыми и обеспечивают нормальное функционирование гидробионтов. При повышенном содержании ТМ в среде организмы накапливают их токсичный уровень, что обусловливает нарушение ионообменных процессов на клеточном уровне и, как следствие, проявления различной патологии на организменном уровне с негативными последствиями для популяций. В результате исследований было выявлено, что значения показателя биоаккумуляции (ПБ) ТМ у донных беспозвоночных и частоты встречаемости проявлений морфо- и анатомопатологии (ЧВП), позволяют объективно оценивать экологическое состояние их популяций [2-5] .

Для экологического мониторинга водных экосистем был использован биогеохимический метод, включающий комплексные исследования по содержанию ТМ в среде и их накоплению в тканях массовых видов донных беспозвоночных (моллюсков, мошек, поденок, веснянок, ручейников, хирономид). Исследованием были охвачены малые реки бассейна Верхнего Амура и р. Лена, трансграничный участок Среднего Амура и ряд озер, испытывающих слабое, умеренное и сильное антропогенное загрязнение. Определение концентраций Fe, Mn, Zn, Sr, Cu, Ni, Cr, Pb, Mo, Co, Cd и Hg в придонных водах выполнено методом атомно-абсорбционной спектрометрии (AAS-3) в ИПРЭК СО РАН (г. Чита), в тканях животных – методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) в ИТиГ ДВО РАН (г. Хабаровск). Экологическое состояние донных беспозвоночных оценивали по значениям показателя биоаккумуляции (ПБ) ТМ в тканях с учетом частоты встречаемости проявлений патологии (ЧВП, %) в выборках проб [5].

Уровень накопления ТМ у разных видов, размерных групп и стадиях метаморфоза гидробионтов значительно отличался как в сходных, так и в различных условиях среды. Выявлено, что абсолютные значения концентраций ТМ у гидробионтов не отражают их токсикологическое состояние. Значение имеет относительное накопление железа (Fe) и прочих ТМ. В условиях фонового и низкого содержания ТМ в среде уровень их накопления у организмов соответствует физиологически необходимому. В условиях с повышенным содержанием ТМ в среде значения ПБ и ЧВП у животных повышаются при снижении соотношения накопления Fe/прочие ТМ. По сопряженным значениям ПБ и ЧВП, оценивали уровень ПБ и соответствующее экологическое состояние популяций, а также степень загрязнения среды их обитания и уровень техногенной нагрузки на водную экосистему (табл. 1).

Таблица 1. Оценка степени загрязнения среды и техногенной нагрузки на водоемы по данным экологического мониторинга.

∑ТМ, мг/л в воде	ПБ		ЧВП, %	Экологическое состояние	Степень загрязнения среды	Техно- генная нагрузка
	Значение	Уровень
>1.7*	>3,0*	Очень высокий	> 50	Критическое	Очень грязная	Крити- ческая
1,10-1,70	2,1-3,0	Высокий	25-50	Угрожающее	Грязная	Угро- жающая
0,76-1,00	1,6-2,0	Значительный	16-25	Опасное	Загрязненная	Опасная
0,56-0,75	0,9-1,5	Умеренный	7-15	Неблаго- получное	Умеренно загрязненная
0,25-0,55	0,4-0,8	Низкий	2-6	Благополучное	Слабо загрязненная	Допус- тимая
0,12-0,24	0,1-0,3	Необходимый	< 2		Чистая

ДО – донные отложения, ЧВ – частота встречаемости проявлений патологии у организмов в выборках проб,

* – прогнозные данные.

Высоко коррелированная связь ПБ с содержанием ТМ в среде, позволила рассчитать их количественную зависимость в широком диапазоне средовых градиентов, выраженную уравнениями регрессии ТМ [4]. Расчет прогнозных данных по этим уравнениям при повышенном загрязнении среды, позволяют определять критическое экологическое состояние популяций животных и степень загрязнения среды их обитания, для обоснования необходимости природоохранных мер по снижению техногенной нагрузки на водоемы.

В отличие от химического метода определения качества вод с учетом предельно допустимых концентраций ТМ (ПДК), биогеохимический метод позволяет оценивать не только степень загрязнения водной среды ТМ, но и негативное воздействие их биоаккумуляции на гидробионтов. Содержание отдельных ТМ в среде может и не превышать значения ПДК, однако их синергичное влияние может оказывать негативное воздействие на экологическое состояние животных. Экологическая значимость донных беспозвоночных заключается в их активном участии в процессе биологического самоочищения и детоксикации вод. Угнетенное состояние популяций гидробионтов может угрожать снижением эффективности этих процессов и экологическим риском деградации водных экосистем.

Литература:

1. Никаноров А.М., Жулидов А.В., Покаржевский А.Д. Биомониторинг тяжелых металлов в пресноводных экосистемах Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 144 с.

2. Клишко О.К., Авдеев Д.В., Голубева Е.М. Особенности биоаккумуляции тяжелых металлов у моллюсков в аспекте оценки состояния окружающей среды // ДАН 2007. Т. 413. № 1. – С. 132-134.

3. Клишко О.К. Новый эффективный метод оценки состояния водных экосистем в условиях техногенного загрязнения //Материалы I экологического конгресса LPIT-2007. Тольятти, 2007. С. 285-291.

4. Клишко О.К. Экотоксикологическое состояние донных беспозвоночных как критерий оценки качества среды их обитания //Материалы III Всероссийской конференции по водной токсикологии «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы». Ч. 3. Борок, 2008. С. 43-47.

5. Клишко О.К., Бердников Н.В. Оценка экологического состояния гидробионтов и качества вод в условиях техногенного воздействия на экосистемы //Естественные и гуманитарные науки – устойчивому развитию общества. Международный сборник научных трудов, посвященный году Германии в России. М.: Альтекс, 2012. С. 65-71.