XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

При контроле качества водных экосистем достаточно большое внимание уделяют поиску биоиндикаторов загрязнения водоемов. Наиболее частыми индикаторами состояния водного объекта являются водные животные, в том числе рыбы, поскольку они более восприимчивы к биологическому воздействию экотоксикантов. Так как рыбы могут быть конечным звеном трофической пирамиды водоемов, то они аккумулируют в своем организме информацию о наличии токсических веществ, и поэтому именно рыбы могут являться четкими биоиндикаторными организмами для оценки уровня загрязнения водоемов и качества природных вод [1, 2]. Загрязнение водных объектов в Республике, в первую очередь затрагивает интересы рыбного хозяйства, поскольку рыба является основным пищевым продуктом питания населения Республики.

В данной работе изучены тяжелые металлы в воде нижнего течения реки Лена и их накопления в мышечных тканях промысловых сиговых рыб. Тяжелые металлы – одни из наиболее распространенных загрязняющих веществ водоемов. Рассматриваемые загрязнители: железо, медь и цинк, могут являться крупной угрозой не только для гидробионтов, но и для здоровья человека. Тяжелые металлы не разрушаются в любых условиях, а лишь меняют форму нахождения, постепенно накапливаясь в различных компонентах экосистемы, в том числе и в рыбах [3].

К тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. Согласно решению Целевой группы по выбросам Европейской экономической комиссии ООН, в их число включены Pb, Cd, Hg, Ni, Co, Cr, Cu, Zn, а также As, Sb и Se [4].

Концентрации этих элементов в наружных оболочках Земли и в живом веществе составляют менее 0,1% и с точки зрения геохимии они относятся к группе рассеянных элементов [5, 6].

Булунский улус расположен на севере Якутии, в низовьях рек Лена, Оленёк и Омолой. Относится к арктической группе улусов республики. В состав улуса входят Новосибирские острова. На севере и северо-востоке омывается водами моря Лаптевых, Новосибирские острова - Восточно-Сибирским морем.

Лена - река в Восточной Сибири, впадает в море Лаптевых Северного Ледовитого океана. Длина вместе с дельтой – 4400 км [7].

Ежегодно Лена приносит к дельте около 15 млн. т. твердых частиц. Среднегодовой расход воды составляет 16300 куб. м/с. Ленская вода повышает общую температуру моря Лаптевых. Это способствует существованию Великой Сибирской полыньи вблизи Новосибирских островов. Взаимодействие теплых и холодных вод приводит к образованию своеобразной совокупности биологических элементов необходимых для формирования нагульных и нерестовых статсиговых рыб.

Многие тяжёлые металлы, такие как железо, медь, цинк, молибден, участвуют в биологических процессах и в определенных количествах являются необходимыми для функционирования растений, животных и человека микроэлементами. С другой стороны, тяжёлые металлы и их соединения могут оказывать вредное воздействие на организм человека, способны накапливаться в тканях, вызывая ряд заболеваний. Не имеющие полезной роли в биологических процессах металлы, такие как свинец и ртуть, определяются как токсичные металлы. Некоторые элементы, такие как ванадий или кадмий, обычно имеющие токсичное влияние на живые организмы, могут быть полезны для некоторых видов [8].

Тяжелые металлы часто используются в различных промышленных производствах, но несмотря на очистительные сооружения, соединения тяжёлых металлов остаются в большом количестве в промышленных сточных водах. Они также поступают в окружающую среду с бытовыми стоками, с дымом и пылью промышленных предприятий. Большое количество тяжелых металлов образуют стойкие органические соединения, хорошая растворимость этих соединений способствует миграции металлов в природных водах [9].

В природных водах в зависимости от величины ионного потенциала и от условий среды элементы могут присутствовать в растворенной (простые ионы, неорганические и органические комплексные соединения, коллоидные частицы) и во взвешенной форме. Следует отметить, что такие металлы, как Ni, Cu, Mn, Sr, Fe, Al, Co, Cr, Cd и Pb, присутствуют в водоемах в основном в ионной форме [10].

К растворенным относятся формы, содержащиеся в фильтрате, прошедшем через мембранный фильтр с диаметром пор 0,45 мкм [11]. Из растворенных форм наибольшей активностью обладают свободные (незакомплексованные) ионы металлов и их неорганические соединения [12]. Во взвешенную форму входят элементы:

- включенные в минеральную взвесь, а именно в решетку глинистых и обломочных минералов (силикатная или литогенная форма);

- связанные с органическими частицами взвеси (органическая форма), включая микроэлементы, входящие в состав живого вещества (биогенная форма);

- взвеси, сорбированные на органических, терригенных частицах или на мицеллах гидроокиси Fe (гидрогенная форма) [13].

Соотношение растворенной и взвешенной форм элементов зависит от их геохимических свойств, факторов среды, от физико-географической обстановки (клиат, рельеф, состав пород водосбора). Чем выше мутность реки, тем выше доля взвешенной формы элемента [6].

Доступными для водных организмов являются растворенные формы элементов, а также взвешенные подвижные формы - гидрогенная и органическая. При этом наибольшее токсичное влияние проявляют свободные ионы, некоторые гидроксокомплексы и металлоорганические соединения [13]. По количеству металлов в подвижной форме можно судить о качестве среды, содержание же элементов в силикатной форме отражает геохимическую специализацию пород водосборного бассейна [43] и обозначает долю форм элементов, практически не усваиваемой водными организмами.

Накопленные в теле гидробионтов металлы с одной стороны необходимы для нормального протекания процессов жизнедеятельности, они участвуют в водном, белковом, углеводном и липидном обменах. Недостаток или избыток может оказать отрицательное воздействие на физиологическое состояние живого организма [26].

В организм рыб металлы поступают через систему дыхания (жабры) и пищеварения, в меньшей степени через кожные покровы. Прямой путь поступления металлов с водой и взвесью через желудочно-кишечный тракт [35].

Основными молекулярными и клеточными мишенями для ионов тяжелых металлов служат: гемсодержащие белки и ферменты; ферменты, участвующие в процессах конъюгации; системы пероксидного и свободнорадикального окисления липидов и белков, а также системы антиоксидантной и антипероксидной защиты; ферменты транспорта электронов и синтеза АТФ [10].

Тяжелые металлы обладают сродством к активным группам белков, образуя с ними стойкие комплексные соединения. Также их содержание коррелирует содержание липидов.

У рыб же мышечная ткань, например, характеризуется значительной неоднородностью в отношении содержания белка и липидов, с чем может быть связана изменчивость микроэлементного состава разных участков мышечной ткани. Также это может быть связано с соотношением в пробах белых и красных мышц [20].

Отмечено, что у рыб, обитающих в условиях повышенных концентраций металлов, отсутствуют симптомы отравления, так как у них развивается привыкание (адаптация) к повышенным концентрациям и включаются компенсаторно-защитные механизмы. При этом у рыб могут развиваться определенные морфологические изменения в органах и тканях. На начальной стадии преобладают расстройства кровообращения и дистрофические изменения в нервных клетках головного мозга, печени, почках, жабрах, сердце, желудочно - кишечном тракте и мышцах туловища [44].

Для реализации мер по охране гидроресурсов необходимо: установить очистные сооружения с выбором оптимальных методов сбрасываемых шахтных вод с учетом местных условий для возможного использования очищенных вод; изоляция горных выработок от водоносных слоёв для уменьшения или предотвращения водопонижения [48].

Строительство биологических очистных сооружений в населенных пунктах республики является насущной потребностью, поскольку поверхностные водные объекты – приемники сточных вод одновременно являются источниками централизованного и нецентрализованного водоснабжения населения республики [61].

Качество воды р. Лена в черте с. Кюсюр осталось на уровне 2016 г. и характеризовалось 3-м классом разряда «б» («очень загрязненная»). Значение УКИЗВ составляло 3,73 (в 2016 г. - 3,82), значение среднегодового коэффициента комплексности загрязненности воды - 40,8 (в 2016 г. – 39,8 %). Количество загрязняющих веществ 8 из 14, учитываемых в комплексной оценке. Как и в прошлом году, в каждой из отобранных проб были обнаружены соединения железа общего и марганец, их среднегодовые и максимальные показатели также оставались на уровне предыдущего периода наблюдений: по соединениям железа - 1,7 и 2,5 ПДК, по марганцу - 2,5 и 3 ПДК соответственно [60].

Дельта реки Лены и прилежащая часть моря Лаптевых имеет огромное значение для благоприятного жизненного цикла многих полупроходных рыб. На зимовку и откорм здесь собираются большая часть сиговых рыб, такие как омуль, муксун, ряпушка и т.д. Поэтому попадание различных загрязнителей в воду, текущих по течению к дельте, ведет их к нересту рыб, что не может сказываться положительно.

Список литературы:

1. Лукьяненко В.И. Общая ихтиотоксикология / В.И. Лукьяненко. - М.: Пищевая промышленность, 1983.- 320 с.

2. Лукьяненко В.И. Принципы и методы ихтиотоксикологических исследований / В.И. Лукьяненко // Методы ихтиотоксикологических исследований. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.- С. 87-89.

3. Сытник, Ю.М. Формы нахождения Cu и Mn в воде и их содержание в органах и тканях рыб Дуная/ Ю.М. Сытник, Н.И. Осадчая, Н.Ю. Евтушенко// Вторая Всесоюзная конф. по рыбохоз. Токсикологии: Тез. докл.-СПб., 1990.Т.2.- С

4. Исидоров В.А. Введение в курс химической токсикологии / В.А. Исидоров.- Спб.: СпбГУ, 1997.- 88 с.

5. Вернадский, В.И. Заметки о распространении химических элементов в земной коре / В.И. Вернадский // Избр. соч. Т.1: Изд. АН СССР, 1954.- 401 с.

6. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние / В.В. Добровольский. - М.: Наука, 1983.- 233 с.

7. Лена // Большая советская энциклопедия: [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://bse.sci-lib.com/article069456.html (Дата обращения: 08.03.2019).

8. Приложение к словарю отходов Тяжелые металлы [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://konsulmir.com/prilozhenie-k-slovaryu-otxodov-tyazhyolye-metally-tyazhyolye-metally/ Дата обращения: 13.04.2019

9. Загрязнение тяжелыми металлами [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://lektsii.org/15-77906.html Дата обращения: 13.04.2019

10. Морозов Н.П. Микроэлементы в промысловой ихтиофауне мирового океана / Н.П. Морозов, С.А. Петухов. - М.: Агропромиздат, 1986.- 160 с.

11. Прокофьев А.К. Определение химических форм следовых металлов в морских водах / А.К. Прокопьев //Тр. ГОИН: Вып. 162. Методы определения токсичных загрязняющих веществ в морской воде и донных осадках. М.: Гидрометеоиздат, 1981. С. 74-86.

12. Линник П.Н. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах/ П.Н. Линник, Б.И. Набиванец. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986.- 269 с.

13. Гордеев В.В. Микроэлементы // Химия океана. Химия вод океана / В.В.Гордеев, А.И. Лисицын. - М.: Наука, 1979.- С. 337-375.

6. Демина Л.Л. Формы миграции тяжелых металлов в океане (на ранних стадиях океанского осадкообразования) / Л.Л. Демина. – М: Наука, 1982. – 120 с.

13. Линник П.Н. Тяжелые металлы в поверхностных водах Украины: содержание и формы миграции / П.Н. Линник // Гидробиол. журнал. 1999. Т. 35. № 1. С. 22-42.

43. Шулькин, В.М. Железо, марганец, цинк и медь в процессах осадкообразования в приустьевых зонах Японского моря. Автореферат диссертации на соиск. уч. степени к. г. н. М.: ИОАН АН СССР, 1985. 25 с.

26. Ноздрюхина Л.Р. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека Л.Р. Ноздрюхина - М.: Медицина, 1977.- 184 с.

35. Попов П.А. Оценка экологического состояния водоемов методами ихтиоиндикации / П.А. Попов. – Новосибирск,2002. – 270 с.

10. Исидоров В.А. Введение в химическую экотоксикологию /В.А. Исидоров. - СПб.: Химиздат, 1999.- 143 с.

20. Морозов Н.П. Химические элементы в гидробионтах и пищевых цепях/ Биогеохимия океана. - М.: Наука, 1983.- С. 127-165.

44. Щербаков, Ю.А. Морфологические изменения, развивающиеся в органах рыб при привыкании к токсическим веществам / Реакции гидробионтов на загрязнение // Ю.А. Щербаков. - М.: Наука, 1983.- с. 113-116.

48. Горнодобывающая промышленность [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://studref.com/305297/meditsina/gornodobyvayuschaya_promyshlennost Дата обращения: 16.04.2019

60. Министерство экологии, природопользования и лесного хозяйства РС(Я) «Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Республики Саха (Якутия) в 2017 году» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://minpriroda.sakha.gov.ru/uploads/ckfinder/userfiles/files/%D0%A1%D0%9E%D0%94%D0%95%D0%A0%D0%96%D0%90%D0%9D%D0%98%D0%95%20%D0%93%D0%94%202017%252C1%252C2%252C3%252C4%252C5%252C6%20%D1%87%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8.pdf Дата обращения 01.06.2019 г.

61. Министерство экологии, природопользования и лесного хозяйства РС(Я) «Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Республики Саха (Якутия) в 2011 году» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://minpriroda.sakha.gov.ru/doklad-ob-ekologicheskoj-situatsii-v-respublike-saha-jakutija-za-2011-g Дата обращения 01.06.2019 г.

Код для цитирования: Скопировать