Тема: Оценка биоаккумуляции тяжелых металлов некоторыми гидробионтами как основа для мониторинга экологического состояния водоема (на примере озер национального парка «Смоленское Поозерье»)

Актуальность работы. Основной проблемой современного мира является загрязнение окружающей среды различными поллютантами природного и искусственного происхождения. Данный процесс неизбежен в наших реалиях, и перед людьми часто стоит выбор между сохранением природной целостности или улучшением жизненных благ. Сейчас мы не можем говорить о выработанной системе сохранения баланса между природой и человеком в силу ограниченности знаний и технологий нашего времени. Все больше появляется мест, подвергающиеся антропогенному воздействию. Такое влияние оставляет отпечаток в природном цикле и длительное время может участвовать в круговороте веществ. Увеличение количества промышленных предприятий, химических производств, полигонов, а также прогрессирующая химизация сельского хозяйства и др. приводят к нарастанию количества тяжелых металлов, попадающих во все географические оболочки Земли за счет различных отходов. Поэтому важной целью современной экологии является выделение «эталонных» территорий, на которых действие загрязнителей остается минимальным. Такая территория необходима при выделении негативных эффектов от действия токсичных элементов для сравнения загрязненных районов.
По рейтингу регионов Центрального федерального округа, Смоленская область характеризуется сравнительного низким уровнем выбросов, образования отходов и незначительным сбросом сточных вод (Прокопьев, Витухин, 2019). Из восемнадцати регионов Смоленская область стоит на четвертом месте в рейтинге состояния окружающей среды, что говорит об относительно «чистой» среде обитания. Таким образом, национальный парк «Смоленское Поозерье», находящийся в пределах Смоленской области, тоже имеет низкую антропогенную нагрузку. Дополнительно к этому, национальный парк был включен в единую мировую сеть биосферных резерватов. Это указывает не только на чистоту и ценность территории, но и на особую необходимость в постоянном экологическом мониторинге. Наш интерес распространяется на выявление локальных загрязнений, которые могут привести и к общему ухудшению экологического состояния региона, а именно загрязнение водоемов тяжелыми металлами.
В качестве интегрального показателя состояния водного объекта, часто принимаются донные осадки. Они являются депонирующей средой, в которой могут накапливаться различные поллютанты, в отличие от воды, где залповое загрязнение очень быстро сходит на нет и может быть не зарегистрировано в результате регулярного мониторинга. Однако, зачастую, в условиях невысоких содержаний потенциальных поллютантов, а также больших по размерам объектов, сложно выделить незначительное загрязнение на локальном участке без полноценного картирования всей тощи донных осадков. Использование данной среды в качестве объекта для мониторинга достаточно трудоемко из-за большого количества полевых и лабораторных работ. Поэтому, в рамках мониторинга, необходим такой интегральный метод, который показывал бы состояние всего объекта, при этом минимизировав количество проб и лабораторных определений. До настоящего времени оценка загрязнения донных осадков загрязнителями затруднена, так как отсутствует нормативная база. Поэтому выводы о загрязненности осуществляются путем выявления токсического воздействия методом биоиндикации. Содержание тяжелых металлов в гидробионтах может служить альтернативным интегральным показателем состояния всего водного объекта. Данная методика может стать более эффективной для быстрого выявления экотоксикантов на объекте в целом. Для оценки возможности применения этого метода, выбора объекта для индикации был выбран район, не подвергнутый загрязнению от антропогенного источника, поэтому работы были проведены на территории национального парка «Смоленское Поозерье».
Биосферный заповедник национальный парк "Смоленское Поозерье" является важным звеном при проведении фонового мониторинга на федеральном уровне, наравне с еще несколькими биосферными резерватами в нашей стране. Проведение мониторинга, а также разработка новых методов и приемов является важнейшей задачей для контроля и оценки качества окружающей среды. Отметим, что в обзоре фонового состояния окружающей среды (Обзор фонового..., 2020) не оценивается состояния крупных представителей водных организмов. Тогда как токсичные концентрации тяжелых металлов в ихтиофауне могут указывать на функциональные нарушения во всей водной экосистеме.
Целью исследования является определение закономерностей биоаккумуляции и распространения тяжелых металлов по трофическим сетям, использование ихтиофауны в качестве объекта для оценки качества водной среды.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Отбор и подготовка проб.
2. Выявление тяжелых металлов в мышечной ткани и печени рыб.
3. Анализ полученных данных. Заключение о характере накопления тяжелых металлов в рыбе.
4. Определение фоновых значений тяжелых металлов в рыбе озера Букино.
5. Определение возможности использования гидробионтов для экологического мониторинга национального парка.
Купить

1. Прогрессирующая антропогенная нагрузка на водные экосистемы приводит к значительному ухудшению среды обитания гидробионтов. Такая тенденция может способствовать снижению продуктивности водных экосистем и вызывать глубокие экологические нарушения или даже катастрофы. Для оценки экологической ситуации огромную роль играет информация о содержании металлов в ихтиофауне. Рыбы являются не только удобным объектом исследования, но и интегральным показателем неблагоприятных показателей среды. Благодаря этому, мы можем установить степень влияние различных токсикантов и давать прогнозы для будущего исследуемого водоема.
2. Изучая научные работы по заданной теме, мы можем, сделать вывод, что тема остается до сих пор актуальной. Исследователи делают акцент на том, что использование рыб и моллюсков для индикации загрязнения вод металлами позволяет дать оценку экотоксикологическим последствиям накопления поллютантов. Также продолжаются работы по изучения воздействия ТМ на организменном, клеточном и молекулярном уровнях организации жизни.
3. Содержания тяжелых металлов в рыбе озера Баклановское имеют низкие показатели, не превышающие строгие гигиеническое нормативные значения. Так, для мышечной ткани рыб максимальное значение у кадмия (Cd) 0,031 мг/кг, меди (Си) - 1,3, свинца (Pb) - 0,37 мг/кг, никеля (Ni)- 0,485 мг/кг (все четыре показателя принадлежат к густере), хрома (Cr)- 0,20 мг/кг (плотва). Наибольшие значения в печени рыб следующие: Cd - 0,050 мг/кг (густера); Си - 1,4 мг/кг (окунь); Pb - 0,57 мг/кг (плотва); Zn - 69,6 мг/кг (плотва); Cr - 0,26 мг/кг (окунь); Ni - 0,692 мг/кг (густера). Исключением является цинк (Zn) (среднее значение 65,3; когда допустимый уровень равен 40,0 мг/кг). Такое значение может быть объяснено тем, что водный объект расположен в рекреационной зоне и имеет наибольшую антропогенную нагрузку из всех трех рассматриваемых озер.
4. Значения содержания тяжелых металлов в рыбе озера Дго не имеют превышений по нормативным показателям и фоновым значениям донных осадков. Данный водоем является чистым объектом. В мышечной ткани леща среднее значение тяжелых металлов у Cd - 0,033 мг/кг; Cu - 0,9 мг/кг; Pb - 0,35 мг/кг; Zn - 39,9 мг/кг; Cr - 0,09 мг/кг; Ni - 0,383 мг/кг. Среднее содержание ТМ в печени леща: Cd - 0,050 мг/кг; Cu - 0,7 мг/кг; Pb - 0,38 мг/кг; Zn - 37,7 мг/кг; Cr - 0,37 мг/кг; Ni - 0,361 мг/кг. Тяжелые металлы в мышечной ткани плотва: Cd - 0,027 мг/кг; Cu - 0,71 мг/кг; Pb - 0,33 мг/кг; Zn - 29,6 мг/кг; Cr - 0,18 мг/кг; Ni - 0,582 мг/кг.
5. Рассматривая значения тяжелых металлов в озере Букино, мы делаем акцент на природной чистоте территории. Данный водный объект, и территория вокруг него, являются нетронутыми и не имеют прямого негативного воздействия от человеческой деятельности. Значения тяжелых металлов в рыбе из озера Букино можно считать фоновыми. Максимальное значение тяжелых металлов в мышечной ткани рыб: Cd - 0,026 мг/кг (окунь); Cu - 1,05 мг/кг (окунь); Pb - 0,36 мг/кг (окунь); Zn - 33,5 мг/кг (плотва); Cr - 0,19 мг/кг (окунь); Ni - 0,436 мг/кг (плотва).
6. Отметим, что значения из всех трех озер не сильно отличались друг от друга. Это указывает на чистоту территории национального парка, а превышение значения по цинку в мышечной ткани и печени у густеры из озера Баклановское обосновывается использованием водного объекта для массового отдыха людей.
7. Превышения по цинку у густеры возможны из-за чувствительности гидробионта к токсичным тяжелым металлам. Также высокие значения по цинку у густеры и остальных рыб из разных озер могут быть связаны с их накопительной особенностью. Вероятно, дефицит данного тяжелого металла включает в организме механизмы, кумулирующие необходимый элемент. Микроэлемент важен для нормального функционирования организма и встречается почти в каждой клетке рыбы.
8. Низкие содержания кадмия, свинца и меди служат индикаторами чистой среды обитания и пищевого субстрата.
9. Полученные значения в печени и мышечной ткани рыб указывают на смешанный путь поступления тяжелых металлов в рыбу: биомагнификацию и биоконцентрирование.
10. Количество тяжелых металлов в тканях гидробионтов достаточно, чтобы использовать данные водные организмы для целей мониторинга (даже в условиях ООПТ).
Купить