Оценка токсичности воды и донных отложений водоемов и почв территории тюменской области с использованием инфузории paramecium caudatum

На правах рукописи

Гордеева Фаина Викторовна ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ВОДЫ И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДОЕМОВ И ПОЧВ ТЕРРИТОРИИ ТЮМЕНСКОЙ ОБЛАСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФУЗОРИИ PARAMECIUM CAUDATUM 03.02.08 – экология (биология)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Борок, 2010 2

Работа выполнена в Тюменской государственной сельскохозяйственной ака демии (ТГСХА)

Научный консультант:

кандидат биологических наук, профессор Людмила Владимировна Михайло ва

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, Григорий Михайлович Чуйко;

доктор биологических наук, профессор Олег Федорович Филенко

Ведущая организация: Московский государственный университет техноло гий и управления (МГУТУ)

Защита диссертации состоится «22» апреля 2010 г. в «1400» часов на заседании диссертационного совета ДМ 002.036.01 в Институте биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина по адресу: 152742 п. Борок, Некоузского района, Ярославской области, тел/факс (48547)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биологии внутренних вод им. И.Д.Папанина РАН

Автореферат разослан «21» марта 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Л.Г. Корнева

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Загрязнение окружающей среды – одна из глобальных экологических проблем современного мира. Особенно опасные последствия для водных и наземных экосистем сопряжены с совместным действием комплекса загрязняющих веществ и аномальных природных эко логических параметров среды (рН, соленость и др.). Такая ситуация харак терна для Тюменской области, значительная часть территории которой испы тывает техногенную нагрузку: урбанизация (юг области) и добыча нефти и газа (северные территории). Современная экологическая обстановка, сло жившаяся здесь, обусловлена как естественными, природными, так и техно генными факторами. Водные объекты на территории города Тюмени, пред ставленные реками, озерами и прудами, испытывают постоянный антропо генный пресс, поскольку находятся в районах плотной городской застройки и на территории промышленных узлов (Гусейнов, 2001). Северные территории с низкой плотностью населения испытывает сильную техногенную нагрузку в связи с развитием крупнейшего в мире нефтегазового комплекса (НГК).

Площадь, занимаемая нефтяными месторождениями в Ханты-Мансийском автономном округе, составляет 15,7%, площадь нарушенных земель, как ми нимум в 2-3 раза больше. Нефте-солевое загрязнение территории ХМАО Югры сопоставимо с механической трансформацией земель (Соромотин, 2007). Основными причинами загрязнения почв, грунтов и природных вод являются аварии, в том числе порывы нефтепроводов (от 2000 до 4700 в год), а также утечки из коммуникаций, шламовых амбаров, отстойников и мест за хоронения отходов, техногенные потоки загрязнителей от которых попадают в поверхностные воды и водоносные горизонты (Пиковский, 1993;

Солнцева, 1998).

До настоящего времени основными методами, с помощью которых оценивается экологическое состояние почв и водоемов продолжают оста ваться физико-химические. Однако, наряду с аналитическими методами, все шире применяются методы биологического тестирования, позволяющие оце нить всю совокупность свойств исследуемой среды по ответным реакциям живых организмов. В качестве тест-объектов используются организмы, кото рые распространены в природе, участвуют в процессах самоочищения вод и обладают коротким жизненным циклом, что позволяет проследить результа ты воздействия повреждающих факторов на потомство. Таким требованиям отвечают простейшие (Айвазова, 1988;

Веселов, 1969). Этот выбор оправдан тем, что, во-первых, инфузории являются типичными представителями фау ны водоемов, почв и биологических очистных сооружений (активный ил), во вторых, они являются индикаторными видами при оценке загрязнения при родных сред и, в-третьих, инфузории отличаются довольно высокой чувстви тельностью к токсикантам (Селивановская и др., 1998). Биотестирование с использованием инфузорий Раramecium caudatum может служить эффектив ным методом эколого-аналитического контроля природных и сточных вод в комбинации с методами аналитической химии (Белова и др., 1998). Возмож ность непосредственного наблюдения под микроскопом морфологических и функциональных реакций организмов (скорость фагоцитоза, хемотаксис, симптомокомплекс отравления), а также изменений популяционных характе ристик (смертность, скорость размножения, численность) ставит их в особое положение по сравнению с другими тест-объектами.

Тем не менее, несмотря на наблюдаемые достижения в развитии эколо го-аналитического контроля, многие теоретические и практические вопросы остаются не достаточно изученными. Так, слабо изучена взаимосвязь между химико-аналитическими данными загрязненности объектов природной среды и результатами биотестирования, не обоснован выбор оптимальных тест систем для оценки экологического состояния водных объектов, почв и про изводственных отходов с точки зрения экспрессности, а одновременно и полноты информации, не достаточно изучены пределы адаптируемости тест организмов к различным видам загрязнения, в том числе нефтяному.

В связи с этим исследование комплексного загрязнения водоемов и почв и совершенствование эколого-токсикологического контроля с примене нием биотестирования является актуальной проблемой.

Цель исследований Исследование реакций лабораторной культуры инфузории Paramecium caudatum на химический состав и комплексное загрязнение природных сред (вода, донные отложения, почвы) и отходов производства (осадки сточных вод, нефть, хлориды, шламы после нефтедобычи), а также возможности ее адаптации к нефтяному загрязнению.

Задачи исследований 1. Оценить состояние некоторых природных и искусственных водных объектов (реки, озера, пруды, отстойники) на территории города Тюмени с помощью химических и биологических (биотестирование) методов.

2. Исследовать токсичность фильтратов органогенных (торф) и мине ральных (суглинок) почв с дозированным внесением нефти, а также загряз ненных почв с территории нефтедобычи ХМАО-Югры по показателям жиз недеятельности Paramecium caudatum и Ceriodaphnia affinis на организмен ном и популяционном уровнях.

3. Определить пределы резистентности Paramecium caudatum к рН, со лености (NaCl) и водорастворимой фракции нефти (ВРФН) при раздельном и совместном действии.

4. Исследовать возможность адаптации Paramecium caudatum к нефтя ному загрязнению и роль пара-аминобензойной кислоты (ПАБК) в этом про цессе.

Научная новизна и теоретическое значение 1. Впервые установлен диапазон резистентности Paramecium caudatum к действию рН, солености и нефти при раздельном и совместном действии, а также к комплексу химических веществ в воде, донных отложениях и почвах в условиях варьирующего значения величины рН.

2. Впервые выявлена возможность адаптации Paramecium caudatum к широкому диапазону нефтяного загрязнения органогенных и минеральных почв и установлены модификации эффекта нефтяного загрязнения на про стейших в присутствии репарагена ПАБК.

3. Впервые показано, что по чувствительности к токсическому дейст вию исследованных загрязняющих веществ Paramecium caudatum близка к Ceriodaphnia affinis, не смотря на то, что популяции простейших довольно устойчивы к загрязнению, что позволяет им активно участвовать в процессах самоочищения вод и почв, в частности от компонентов нефти.

Практическое значение работы Получены данные по состоянию 3 озер и 10 прудов г. Тюмени и даны рекомендации Управлению по экологии Администрации города для научного планирования мероприятий по охране, восстановлению и рациональному ис пользованию водоемов, находящихся в рекреационной зоне, а также рекон струкции пруда-ливнеотстойника ТЭЦ-2 с целью очистки от загрязняющих веществ и предотвращения загрязнения реки Туры. Результаты исследования токсичности нефтезагрязненных почв использованы при разработке ПДК нефти для органогенных и минеральных почв, наиболее характерных для территории Ханты-Мансийского автономного округа.

Основные положения, выносимые на защиту 1. Токсичность воды и донных отложений более адекватный критерий для оценки сходства экологического состояния водных объектов.

2. Важным источником загрязнения почв и подземных вод на террито рии ХМАО-Югры являются шламовые амбары, поставляющие в сопредель ные ландшафты нефтяные углеводороды, хлориды, сульфаты, тяжелые ме таллы и неидентифицируемые органические вещества, токсичность которых выявляется методом биотестирования даже при концентрациях ниже ПДК.

3. Тест-объект P. caudatum обладает высокой чувствительностью, но одновременно и высокой устойчивостью по отношению к загрязнению воды, донных отложений и почв. Популяция P. caudatum способна адаптироваться к нефтяному загрязнению природных сред. Использование репарагена ПАБК снижает степень повреждающего действия нефти.

Апробация работы Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

Конференции «Чистая вода» (Тюмень, 2007);

Региональной научно практической конференции молодых ученых и студентов «Аграрная полити ка на современном этапе» (Тюмень, 2007);

Международной академической конференции «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (Тюмень, 2008);

Всероссийской конференции по водной токсикологии, посвященной памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы»;

конференции по гидроэколо гии «Критерии оценки качества вод и методы нормирования антропогенных нагрузок» (Борок, 2008);

Международной научно-практической конферен ции, посвященной 50-летию образования Тюменской государственной сель скохозяйственной академии «Пути повышения эффективности сельскохозяй ственного производства в Сибирском регионе» (Тюмень, 2009);

Первой кон ференции молодых ученых NACEE «Вопросы аквакультуры» (Тюмень, 2009);

Региональной конференции молодых ученых «Современные тенден ции развития АПК в Северном Зауралье» (Тюмень, 2009).

Публикации По теме диссертации опубликовано 15 работ и 2 статьи приняты к печа ти, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы Материал изложен на 183 страницах машинописного текста, содержит 26 таблиц, 52 рисунка, 6 приложений.

Работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), материала и методов исследования (глава 2), результатов и их обсуждения (глава 3), вы водов, списка литературы и 6 приложений.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Глава 1. Обзор литературы На основе литературных данных сформулированы направления ис пользования Раramecium caudatum в качестве тест-объекта. Обобщены дан ные о роли простейших в природных экосистемах и системах очистки сточ ных вод. Проанализированы сведения о токсическом влиянии нефти и других загрязняющих веществ и возможности адаптации к ним простейших.

Глава 2. Материал и методики Настоящая работа основана на результатах, полученных автором в 2005-2009 гг. при оценке токсичности 1272 проб воды, донных отложений и водных вытяжек почв по ответным реакциям простейших.

Исследовали:

1. Некоторые водоемы г. Тюмени, используемые населением для рек реации и любительского рыболовства: в 2006 г. – пруды Южный, Лесной, Утиный, Кристальные родники, Чистый (площадь - 0,83-101,0 га) и озеро Кривое (17,6 га);

в 2007 г. - пруды Южный, Утиный, Кристальные родники, Лесной (площадь – 0,83-3,7 га) и озера Андреевское и Круглое (площадь – 1840 и 60,0 га соответственно);

в 2008 г. – пруды Лесной, Утиный, Кристаль ные родники, Чистый, Березовый, Войновский, Ключевской, Северный, Са довый (площадь – 0,83-101,0 га). Пробы воды и донных отложений (ДО) от бирали посезонно. Химический состав воды и ДО определялся по общепри нятым методикам (ПНД Ф 16.1:2.2.22-98;

ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98;

РД 52.24.407-2006;

РД 52.24.403-2007 и др.) в аттестованной лаборатории ФГУП «Госрыбцентр». Для комплексной оценки состояния водоемов использовали индекс загрязненности воды (ИЗВ) и суммарный показатель загрязненности ДО (СПЗДО) по приоритетным загрязняющим веществам (ЗВ), с учетом более жестких рыбохозяйственных ПДК (Экология, 1999). Суммарную токсичность определяли с помощью метода биотестирования. Качественную оценку со стояния исследованных водоемов давали в соответствии с классификацией (Михайлова, 2006), которая позволяет определить класс качества и класс ток сичности воды и ДО и сравнить между собой исследованные водоемы.

2. Пруд-ливнеотстойник (ПЛО) ТЭЦ-2 и река Тура в зоне сброса сто ков. Пробы отбирали на 4-х станциях ПЛО и 3-х в р. Тура (выше, в месте и ниже сброса) посезонно. Исследовали химический состав, содержание за грязняющих веществ (ЗВ) и токсичность.

3. Пробы почв и грунтовых вод, отобранных на территории Самотлор ского нефтяного месторождения в Ханты-Мансийском автономном округе (ХМАО) в районах захоронения отходов бурения. Исследовалась миграция ЗВ (нефть, хлориды, сульфаты, тяжелые металлы, органические вещества) из шламовых амбаров (ША) в почву и грунтовые воды по показателям химиче ского состава, рН, токсичности почв и грунтовых вод. Токсичность оценива ли по показателям жизнедеятельности P. caudatum и Ceriodaphnia affinis.

4. Суммарную токсичность водорастворимой фракции нефти (ВРФН), хлоридов и рН в разных сочетаниях экспериментально.

5. Фильтраты и водные экстракты почв (верховой торф и суглинок) с дозированным внесением нефти.

6. Возможность адаптации Раramecium caudatum к нефтяному загряз нению и роль ПАБК в этом процессе.

В качестве тест-объекта использовали культуру пресноводной инфузо рии (Раramecium caudatum Ehrenberg) в фазе экспоненциального роста. В число исследуемых тест-функций вошли: выживаемость, численность, ин тенсивность деления, фагоцитарная активность, хемотаксис.

Токсичность исследуемых сред оценивали по изменению показателей опытных парамеций по сравнению с контролем в 3-5 повторностях в ходе 1- дневных опытов (Голубкова, 1900;

Р 52.24-94;

ПНД Ф Т 14.1:2:3:4.2-98). Био тестирование проводили при комнатной температуре в нестерильных усло виях в защищенном от прямого солнечного света месте.

Возможность адаптации культуры Раramecium caudatum к нефтяному загрязнению изучали в длительных (16 сут) экспериментах с дозированным внесением нефти, а также нефти и ПАБК, в торфяные и суглинистые почвы.

Каждые 4 сут по 10 экз парамеций перемещали в свежие опытные и кон трольные среды (К1 – вода + питательная среда;

К2 – водный экстракт чистой почвы + питательная среда;

К3 – вода + питательная среда + ПАБК;

К4 – вод ный экстракт чистой почвы + питательная среда + ПАБК). Контролировали:

выживаемость, численность, темп деления, хемотаксис и фагоцитоз инфузо рий.

Хемотаксис инфузорий определяли по методике, разработанной ВНИЦ «Экология», которая вошла во Временное методическое руководство ( г.). На предметное стекло наносили 2 капли по 0,1 мл испытуемой суспензии и контроля (К1). Помещали 10 инфузорий в опытную каплю, капли соединяли тонкой перемычкой. В течение 2-х часов наблюдали перемещение парамеций в поле зрения бинокуляра. Изменения отмечали каждые 15 минут (0, 15, 30, 45, 60) в трех повторностях.

Фагоцитарную активность определяли в течение 15 мин в 1 сут, а также каждые 4 сут при смене растворов по методике, предложенной Э.Г. Голубко вой (1990).

Критерием острой и хронической токсичности считалось статистически достоверное различие или снижение численности простейших на 50% и 25% по сравнению с контролем в течение 24-х и 96-часовой экспозиции соответ ственно, а также стимуляция роста культуры более чем на 30% (Р 52.24-94).

Для статистических расчетов использованы: критерий Стьюдента, приемы оценки криволинейной связи через корреляционное отношение (ух) (Лакин, 1980), кластерный анализ с помощью программы Statistica (Борови ков, 2001).

Объем проведенных исследований приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Объекты исследования, регистрируемые показатели и ко личество исследованных проб Объект исследования Показатели Количество проб 1. Городские водоемы (вода, ДО, 2006-2008 гг.), 10 прудов, 3 озера 2. ПЛО ТЭЦ-2 и р. Тура (ДО, исходные вытяжки Численность, коэффици и разведения в 2-20 раз) енты прироста численно 3. Почвы в районе ША сти, индекс численности, 4. Фильтраты почв с дозированным внесением интенсивность деления нефти (рН нативная и выровненная) 5. Опыты по изучению действия ВРФН, рН и хлорида натрия и их совместного влияния 6. Водные экстракты нефтезагрязненных почв Численность, коэффици- (торф (1:10);

суглинок (1:10);

суглинок (1:4)) енты прироста численно сти, индекс численности, 7. Влияние ПАБК на эффект нефтяного воздей- интенсивность деления, ствия (суглинок (1:10), суглинок (1:10) + ПАБК) фагоцитоз, хемотаксис ИТОГО Глава 3. Результаты исследований и их обсуждение.

3.1. Динамика роста культуры Paramecium caudatum в разных сре дах.

Исследована динамика роста культуры P. caudatum в разных средах:

отстоянной кипяченой воде с питательной средой;

водной эмульсии нефти;

водопроводной воде с питательной средой;

питательной среде;

водопровод ной воде. Показано, что в нефтяной эмульсии, несмотря на угнетение темпа роста культуры по сравнению с контролем (К), прирост ее численности вы ше, чем в отстоянной водопроводной воде, что, вероятно, связано с питанием инфузорий нефтеокисляющими бактериями. Фактор питания на ранних эта пах взаимодействия с загрязняющим веществом преобладает над токсично стью.

3.2. Оценка качества природных вод и донных отложений по хими ческим показателям и ответным реакциям культуры Paramecium cauda tum.

Сравнительный анализ химического состава воды исследованных во доемов показал, что большинство из них относится к пресноводным гидро карбонатного класса, кальциевой группы, І типа, средней минерализации (Алекин, 1970). Из общего ряда выпадают пруд Войновский с очень низкой минерализацией (44-52 мг/дм3) и пруд Чистый с минерализацией, прибли жающейся к границе солоноватых вод (922-976 мг/дм3), обусловленной по вышенным содержанием хлоридов, сульфатов, одно- и двухвалентных ка тионов, за счет сброса загрязненных вод ТЭЦ-1.

Все водоемы содержат повышенное содержание биогенов (азота, фос фора, железа), сапробных органических веществ (по показателям окисляемо сти и БПК5), нефтепродуктов (НП), тяжелых металлов (ТМ) – меди, цинка, свинца, ртути. Химический состав, содержание и сочетание токсических ве ществ в воде и ДО изменяется по сезонам и годам.

В разные годы и сезоны изменяется и токсичность воды и ДО исследо ванных водоемов, оцениваемая по ответным реакциям P. caudatum.

На примере результатов оценки качества воды по химическим и токси кологическим критериям в 2007 г. (табл. 2) видим, что эти оценки (ИЗВ6 и индекс токсичности) не всегда совпадают, особенно по результатам кратко временного (1 сут) тестирования. Так, по результатам 1-сут тестирования из менение численности P. caudatum отличается от К весной – на 3-36%, летом – на 49-81%, осенью – на 2-24%. При 4-сут тестировании эта разница возрас тает: весной – 53-91%, летом – 80-97%, осенью – 27-83% и в большей степе ни соответствует химическим показателям, о чем свидетельствуют корреля ционные отношения между содержанием загрязняющих веществ и токсично стью воды и ДО (табл. 3-5). Токсичность определяли по изменению числен ности (N) P. caudatum по отношению к К.

Таблица 2 – Оценка качества воды по химическим и токсикологиче ским критериям (2007 г.) по классификации Л.В. Михайловой (2006) Водоем Се- Показатели качества воды зон ИЗВ6 класс и характери- отклонения класс и характеристика ток года стика качества воды N, % от К сичности 1 сут 4 сут 1 сут 4 сут Пруд Лес- В IV, загрязненная 6, очень малая 3, средняя 3,40 -3 - ной Л 24,01 VII, чрезвыч. грязная 2, высокая 2, высокая -66 - О V, грязная 6, очень малая 4, умеренная 5,77 +8 - Пруд Кри- В 1,90 III, умер. загрязнен. 4, умеренная 2, высокая -22 - стальные Л 76,52 VII, чрезвыч. грязная 4, умеренная 1, оч. высокая -49 - родники О 2,50 III, умер. загрязнен. 6, очень малая 2, высокая -2 - Пруд Ути- В II, чистая 4, умеренная 2, высокая 0,80 -36 - ный Л 42,18 VII, чрезвыч. грязная 4, умеренная 1, оч. высокая -50 - О 1,54 III, умер. загрязнен. 4, умеренная 4, умеренная -26 - Озеро Анд- В V, грязная 4, умеренная 2, высокая 5,30 -22 - реевское Л 23,65 VII, чрезвыч. грязная 3, средняя 1, оч. высокая -56 - О V, грязная 6, очень малая 4, умеренная 5,09 -7 - Пруд Юж- В 1,15 III, умер. загрязнен. 4, умеренная, 1, оч. высокая -30 - ный Л 22,44 VII, чрезвыч. грязная 3, средняя 1, оч. высокая -62 - О IV, загрязненная 4, умеренная 1, оч. высокая 2,75 -24 - Озеро В VI, очень грязная 6, очень малая 1, оч. высокая 6,10 -8 - Круглое Л 36,70 VII, чрезвыч. грязная 1, оч. высокая 1, оч. высокая -81 - О V, грязная 6, очень малая 2, высокая 5,30 -10 - Примечание: ИЗВ6 – нефтепродукты, Zn, Cu, Pb, Hg, Fe;

В – весна, Л – лето, О - осень.

В острую токсичность воды для парамеций в 2007 г. внесли вклад все химические ингредиенты, в меньшей степени сульфаты, кальций, органиче ские вещества (ОВ) и нефтепродукты. В 2008 г. снижалась доля участия сульфатов, нитратов, аммония, гидрокарбонатов и одновалентных катионов и нефтепродуктов. Хроническая токсичность в меньшей степени была связана с рН и сульфатами в 2007 г., с аммонием, Mg, Na+K, HCO3 и ОВ (по БПК5) в 2008 г. (табл. 3, 4).

Таблица 3 – Корреляционные отношения (ух) между содержанием ЗВ и токсичностью воды городских водоемов Сут- рН SO4 NH4 NO2 NO3 Р2О5 Na+K HCO3 БПК Cl Ca Mg ки 2007 год 1 0,80* 0,81* 0,69* 0,85* 0,77* 0,89* 0,87* 0,65* 0,87* 0,80* 0,80* 0,60* 4 0,56* 0,79* 0,68* 0,78* 0,86* 0,93* 0,77* 0,82* 0,81* 0,79* 0,76* 0,73* 2008 год 1 0,77* 0,83* 0,69* 0,54* 0,86* 0,61* 0,77* 0,72* 0,77* 0,67* 0,63* 0,70* 4 0,82* 0,88* 0,75* 0,62* 0,88* 0,79* 0,81* 0,86* 0,50* 0,51* 0,51* 0,64* Примечание: здесь и далее - * - статистически достоверные значения;

жирным шрифтом выделены значения корреляционных отношений, соответствующих сильной связи между изученными показате лями;

жирным подчеркнутым – очень сильной, близкой к функциональной связи.

Таблица 4 – Корреляционные отношения (ух) между содержанием ЗВ и токсичностью воды городских водоемов 2008 год Сутки НП Zn Cu Pb Hg Fe 1 0,73* 0,81* 0,87* 0,77* 0,58* 0,54* 4 0,86* 0,75* 0,75* 0,74* 0,66* 0,75* Таким образом, основной вклад в токсический эффект воды исследо ванных водоемов для P. caudatum вносят ТМ (кроме железа), хлориды и био гены совместно.

Острая токсичность ДО исследованных водоемов в 2006 г. для параме ций в наибольшей степени зависела от суммы ОВ, затем следуют ТМ, НП и аммоний (ух0,7). Хронический токсический эффект обусловлен величиной рН, содержанием ОВ, ионов Pb и Zn. В 2007 г. в острую токсичность ДО для парамеций максимальный вклад внесли сульфаты, Zn, Cu, аммоний и хлори ды, в хроническую - ионы Cu, аммония и Zn. В 2008 г. компонентами ДО, оказывающими острое токсическое действие на простейших, были ионы ам мония, сульфатов, Zn, нитритов, а также ОВ и рН. Хронический токсический эффект связан с действием аммония, ТМ, хлоридов (табл. 5).

Таблица 5 – Корреляционные отношения (ух) между содержанием ЗВ и токсичностью ДО городских водоемов Сутки рН ОВ НП Cl SO4 NH4 NO2 Zn Cu Pb Hg 2006 год 1 0,48 0,69* 0,65* 0,81* 0,57 0,93* 0,79* 0,77* 0,86* 0,74* 0,81* 4 0,83* 0,53 0,64* 0,47 0,64* 0,76* 0,75* 0,52 0,82* 0,62* 0,59* 2007 год 1 0,46* 0,72* 0,84* 0,81* 0,69* 0,45* 0,82* 0,82* 0,68* 0,67* 0,67* 4 0,68* 0,69* 0,69* 0,83* 0,68* 0,69* 0,71* 0,83* 0,66* 0,62* 0,66* 2008 год 1 0,82* 0,62* 0,75* 0,81* 0,70* 0,70* 0,71* 0,57* 0,62* 0,64* 0,72* 4 0,57* 0,79* 0,68* 0,87* 0,66* 0,72* 0,70* 0,73* 0,74* 0,81* 0,60* Кластеризация исследованных водных объектов по показателям за грязненности и токсичности может позволить государственным органам раз рабатывать природоохранные мероприятия для групп сходных водоемов.

Кластерный анализ водоемов по химическому составу и токсичности воды на примере 2007 года представлен на рисунках 1-2.

Дендрограмма для 6 набл.

А Б Взвешенное попарное среднее Дендрограмма для 6 набл.

1-r Пирсон Взвешенное попарное среднее 1,4 1-r Пирсон 1, 1, 1, 1, 1, Расстояние объед Расстояние объед 1, 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0,2 0, Андреевск Южный Утиный Крист. родник Кругл Лесной Южный Андреевск Утиный Кругл Крист. родник Лесной Рис. 1. Дендрограмма водоемов по химическому составу (А) и токсич ности (Б) воды (2007 г.).

Дендрограмма для 6 набл.

Взвешенное попарное среднее А Б Дендрограмма для 6 набл.

1-r Пирсон Взвешенное попарное среднее 1, 1-r Пирсон 1, 1, 1, 1, Расстояние объед 1, Расстояние объед 1, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, Утиный Крист. родник Южный Южный Андреевск Кругл Андреевск Кругл Лесной Утиный Крист. родник Лесной Рис. 2. Дендрограмма водоемов по химическому составу (А) и токсич ности (Б) донных отложений (2007 год).

Кластеризация водных объектов по показателям токсичности воды и донных отложений более тесная, чем по их химическому составу. Аналогич ные результаты с расширенным набором водных объектов наблюдались и в 2008 г.

Таким образом, по результатам корреляционного и кластерного анали за можно заключить, что все ЗВ оказывают токсическое действие на параме ций. Токсичность обусловлена как синергическим, так и антагонистическим действием ЗВ, поэтому кластеризация водоемов по химическому составу ДО не всегда совпадает с таковой по критерию биотестирования. Следовательно, для оценки экологического состояния водоемов недостаточно только хими ческих данных, необходимо комплексное исследование.

3.3. Исследование токсичности донных отложений пруда ливнеотстойника ТЭЦ-2.

Донные отложения ПЛО и р. Тура в районе сброса стоков ТЭЦ-2 силь но загрязнены сапробными и специфическими органическими веществами – фенолом, НП, СПАВ, а также ТМ, особенно цинком, медью, марганцем, хро мом, ртутью и мышьяком. По химическим показателям (ОВ, биогены) иссле дованные водные объекты оцениваются как --мезосапробные весной и осенью и полисапробные – летом. ДО ПЛО содержат значительное содержа ние сульфатов, что не характерно для поверхностных водоемов данной зоны.

Донные отложения ПЛО ТЭЦ-2 загрязнены в большей степени, чем в р. Тура, тяжелыми металлами (цинком, марганцем, никелем, медью), мышьяком и могут быть источником дополнительного загрязнения реки, о чем свидетель ствует повышение загрязнения и токсичности ДО на ст. 6 и 7 (район сброса стоков). Донные отложения ливнеотстойника и р. Тура обладают острой и хронической токсичностью по отношению к P. caudatum (рис. 3, табл. 6): они снижают численность инфузорий как за счет гибели наименее устойчивых особей, так и замедления темпа деления культуры.

%кК А Б В К 120 100 80 40 20 сут 1 2 3 сут 0 1 2 3 сут 1 2 3 Ст. 1 Ст. Ст. 3 Ст. Ст. 1 Ст. 2 Ст. Ст. 1 Ст. 2 Ст. 3 Ст. 5 Ст. Ст. 4 Ст. Ст. 4 Ст. 5 Ст. Рис. 3. Изменение численности P. caudatum в опыте с водными вытяж ками ДО исходной концентрации ПЛО ТЭЦ-2 и р. Туры (А – весна;

Б – лето, В - осень). Примечание: здесь и далее - прозрачные маркеры – не достоверные различия с контролем, затушеванные – статистически достоверные.

Таблица 6 – Изменение численности простейших (процент к К) в опы тах с разведениями водных вытяжек ДО ПЛО ТЭЦ-2 (ст. 1-4) и р. Тура (ст. 5 7) 1 сут 2 сут 3 сут 4 сут Сезон Стан Разведения, раз ции 2 5 10 2 5 10 2 5 10 2 5 В 1 124 - 102 - 108 - 107 50 15 17 О 98 - 103 - 99 - 101 79 81 90 В 2 93 - 90 - 95 - 96 47 39 35 О 95 - - 99 - - 101 - - 100 - В 3 100 - - 107 - - 124 - - 105 - О 98 - 98 - - 100 84 77 95 106 В 4 124 - - 110 - - 85 - - 106 - О 104 - - 102 - - 102 - - 101 - В 5 92 - - 81 - - 90 - - 91 - Л 98 21 74 33 2 58 6 73 7 93 О 144 109 - 125 101 - 157 100 - 134 100 В 6 89 - 81 - - 36 44 27 76 33 Л 71 67 70 26 60 38 51 49 54 50 44 О 96 99 99 174 209 349 252 216 223 186 В 7 98 94 94 0 55 0 47 0 42 0 Л 71 2 0 56 51 0 66 51 0 50 О 96 420 156 104 286 177 101 220 168 650 Примечание: В – весна, Л- лето, О – осень;

жирным выделены статистически достоверные отличия от К.

Весной острой токсичностью по отношению к простейшим обладали исходные и разведенные в 2 раза экстракты ДО со станций 1-2 ПЛО ТЭЦ- (P0,05-0,001). Водные экстракты ДО р. Тура были еще токсичнее, чем в ПЛО ТЭЦ-2. Неразбавленные экстракты 6 и 7 проб (район сброса и на 500 м ниже сброса) вызывали 100%-ную гибель инфузорий.

Водные экстракты донных отложений из ПЛО ТЭЦ-2, отобранные ле том, были менее токсичны, чем весенние пробы. Ввиду отсутствия выражен ного угнетающего эффекта, биотестирование разведенных исходных раство ров не производили. В исходных вытяжках из ДО реки Тура (пробы 6 и 7) так же, как и весной, все парамеции погибали и только при 20-кратном разведе нии экстрактов этих проб разница с К нивелировалась.

Исходные водные вытяжки проб, отобранных в ПЛО ТЭЦ-2 в осенний период, были менее токсичны, чем весенние, но более токсичные, чем лет ние. Водные вытяжки ДО исходной концентрации, отобранные на ст. 5, 6, 7 в р. Тура, снижали численность P. caudatum относительно К в 1 сут опыта примерно в равной степени, что связано с гибелью низкорезистентных кле ток. При разведении экстрактов ДО в 2 (ст. 5, 6, 7) и 5 (ст. 6, 7) раз наблюда лась существенная стимуляция численности простейших по сравнению с К.

По-видимому, это связано с разложением органических веществ при повы шенных температурах, регенерацией биогенов и цветением воды в ПЛО ТЭЦ-2.

Таким образом, наиболее токсичными являются ДО р. Тура в месте сброса сточных вод ТЭЦ-2 (ст. 6) и на 500 м ниже сброса (ст. 7), особенно отобранных в весенний и летний периоды. В связи с постоянным движением воды в ПЛО происходит взмучивание и переход в воду накопившихся в ДО загрязняющих веществ и вынос их в р. Туру, которая является главной вод ной артерией юга Тюменской области - источником питьевого, сельскохозяй ственного и промышленного водопотребления, а также рыбохозяйственным водоемом. Даны рекомендации по реконструкции ПЛО.

3.4. Исследование миграции загрязняющих веществ из шламовых амбаров (ША).

Объекты, на которых отбирались пробы почв и грунтовых вод, распо лагаются в Нижневартовском районе ХМАО-Югры на территории Самотлор ского месторождения. Территория, расположенная на водоразделе рек Вах и Ватинский Еган, которые являются притоками реки Оби, в значительной сте пени заболочена, тип грунтов от торфянистых – торфянисто-подзолисто глеевых до подзолисто-глеевых. Реакция среды кислая – рН – от 4,05 до 6,7.

Для целей биотестирования водные экстракты нейтрализовали до рН 6,5-7,5, чтобы исключить дополнительное влияние на гидробионтов. Пробы почв и грунтовых вод отбирались выше ША на 20 м (фон - Ф) и ниже ША - на 1, м по линиям стока.

В таблице 7 приведены результаты химического анализа отобранных проб. Видно, что из 34 проб независимо от того фоновые это пробы или ото браны ниже ША, одна половина содержит повышенное содержание нефте продуктов (от 325 до 2789 мг/кг), другая – низкое от 34 до 299 мг/кг. В целом в 29 пробах из 34 содержание нефтепродуктов превышает ОДУп (100- мг/кг), а в некоторых пробах и региональный норматив (100-1000 мг/кг) для рекультивированных почв (Осипова, Сеидов, 1982;

Правила охраны почв…, 1993;

Постановление № 466-П …, 2004). Кроме нефтепродуктов некоторые пробы загрязнены хлоридами (16 проб) и сульфатами (6 проб). В отдельных пробах присутствует повышенное содержание Mn, Pb и Zn, Hg и неиденти фицированных ОВ.

Таблица 7 – Содержание некоторых загрязняющих веществ (мг/кг) и токсичность (% к К) проб почв вокруг ША № Нефтепродукты Хлориды Сульфаты Paramecium Ceriodaphnia пробы (ОДУп - 100- (ПДКп – (ПДКп – affinis* caudatum 180 мг/кг) 160 мг/кг) численность выживаемость плодовитость 266, мг/кг) 1 сут 4 сут 10 сут 1ф 155 108 81 80,0 103, 1284 2 88 84, 1230 515 210 88 60, 5Ф 157 31 26 87 92 86,7 78, 6 46 71 8 90 93 86,7 104, 9ф 640 108 87 86,7 84, 2463 10 115 92 93, 1909 1214 765 53, 13ф 97 69 0, 1386 69 284 0, 14 42 2110 72 175 33,3 20, 17Ф 38 63 93, 2789 69 39 58, 18 0, 1162 169 305 60 132 0, 21ф 38 32 84 86, 747 48 49, 22 1028 90 35 246 33,3 41, 25ф 173 8 30 113 93, 150 21, 26 58 15 111 93, 129 146 136, 29ф 132 11 18 98 87 100 40, 73# 30 61 102 0, 1880 3206 0, 33ф 149 266 22 100 48 66,7 33, 34 78 123 0, 558 2634 46 0, 37ф 101 71 8 66 55 33, 38 103 24 10 73, 64 45 50, 41ф 102 94 93, 627 356 62 125, 42 87 22 9 73, 64 44 55, 45ф 86 2862 682 283 60,0 12, 46 299 3 10 122 93,3 121, 49ф 128 15 16 110 109 93,3 144, 50 34 8 8 106 123 80,0 100, 53ф 84 1737 376 267 140 184, 54 126 5 9 97 80,0 79, 57ф 172 20 13 102 93,3 72, 58 61 2069 761 172 66,7 62, 61ф 183 71 21 89 141 46,7 27, 62 2230 100 93, 325 98 64 17, 65ф 115 19 17 88 108 80,0 73, 66 175 5 6 118 131 53,3 32, Примечание: выделены статистически достоверные отличия от К и превышения ПДКп, ОДУп;

ф – фоновая проба, 20 м выше ША, следующая за ней проба – 1 м ниже ША;

* - данные предоставлены исполнителем раздела темы к.б.н. Рыбиной Г.Е.

В грунтовых водах содержание нефтепродуктов колеблется от 0,02 до 0,08 мг/л и только в 1 пробе № 21ф, где содержание нефтепродуктов в почве не самое высокое (747 мг/кг), содержание нефтепродуктов в грунтовой воде – 0,19 мг/л. Это подтверждает наши данные (Кудрявцев и др., 2009), что тор фяные почвы связывают компоненты нефти до 1000-2000 мг/кг (при их опре делении методом ИК-спектрофотометрии).

Вместе с тем, метод биотестирования фиксирует токсичность водных экстрактов (снижение плодовитости Ceriodaphnia affinis на 50 % и более, а также численности парамеций) даже тех проб, где дополнительные токсиче ские факторы ниже ПДК, а содержание нефтепродуктов колеблется от 101 до 325 мг/кг (№№ 29ф, 33ф, 37ф, 38, 42, 66). Пробы, где содержание нефтепро дуктов превышает 600 мг/кг (13ф, 14, 17ф, 21ф) и также дополнительные токсические факторы ниже ПДК, наблюдается 50-100 % гибель и снижение плодовитости рачков и численности P. caudatum. В пробах, где содержание нефтепродуктов сочетается с высоким содержанием хлоридов, наблюдается полное отсутствие воспроизводства рачков. Только пробы, где содержание НП не превышает 300,0 мг/кг (разработанная нами ПДК для торфяных почв) и содержащие следовые количества дополнительных токсикантов (№ 5ф, 6, 26, 46, 49ф, 50, 54, 57ф, 65ф), не оказывают токсического действия на ис пользованные тест-объекты.

Тестирование грунтовых вод с нативной и нормализованной рН, свиде тельствует о том, что в пробе, где содержание нефтепродуктов выше гигие нической и рыбохозяйственной ПДК (№ 21ф), токсичность проявляется и на рачках и на простейших. Но и в тех случаях, когда в воде ИК-методом опре деляется 0,02-0,04 мг/л (№ 30, 42, 62), отмечается гибель рачков и нарушение функциональной активности простейших. В этих пробах наблюдается высо кое содержание хлоридов (выше 1000 мг/л).

Таким образом, почвы (особенно торфяные) могут связывать компо ненты нефти до 2000 мг/кг, не отдавая их в грунтовые воды. Однако живые организмы оказываются более чувствительными и реагируют на то содержа ние нефти в грунтовых водах, которое не выявляется аналитическим мето дом. Кроме того, тест-организмы реагируют на комплексное воздействие суммы загрязняющих веществ, даже если они содержатся в концентрациях ниже ПДК.

Поэтому методы аналитического анализа оценки загрязненности почв и воды при экоаналитическом контроле следует сопровождать биологическим анализом (методом биотестирования). При этом следует нормализовать рН и определять кроме НП, хлориды, сульфаты и ТМ, особенно в районах нефте добычи и захоронения отходов.

3.5. Экспериментальные исследования миграционной активности нефтяных углеводородов из нефтезагрязненных почв под контролем биотестирования.

Дистиллированная вода, пропускаемая через слой нефтезагрязненных торфов была закислена - рН 5,3-5,5. Вероятно, она вымывала из них не толь ко компоненты нефти, но и гуминовые и фульвокислоты и другие органиче ские вещества, содержащиеся в матрице торфа (Кудрявцев и др., 2009). Для исключения действия на простейших добавочного фактора, половину фильт рата нейтрализовали, доводя рН до приемлемого для гидробионтов диапазо на – 6,5-7,5. Тестировали как нативные, так и выровненные по рН фильтраты.

Полученные опытные данные оценивали как по отношению к К 1 (вода), так и к К2 (фильтрат незагрязненного торфа).

Из полученных данных (рис. 4) видно, что токсическим действием для простейших обладают фильтраты как нефтезагрязненной, так и контрольной проб (К2), причем численность инфузорий в 3-й порции фильтрата выше в нейтрализованных, чем в нативных пробах почти в 2 раза. В 4, 5, 6 порциях фильтратов разность с К1 существенно ниже. Это свидетельствует о том, что первые порции воды вымывают максимальное количество водорастворимых кислот, которые совместно с нефтяными углеводородами существенно влия ют на численность простейших. В 4 и 5 порциях, где нефтяные углеводороды аналитически не определялись (не отличались от контрольной пробы), ток сичность фильтратов проявлялась в угнетении скорости деления клеток, со провождающейся снижением численности парамеций на 21-61%, что четко просматривается по отношению к К1 особенно в фильтратах из максимально загрязненных почв (3,0 и 10,0 г/кг).

% к К1 А Б К 2 3 4 5 Порции фильтратов 3 4 5 Порции фильтратов Экстракт пробы торфа 0,3 г/кг 1,0 г/кг 3,0 г/кг 10,0 г/кг Рис. 4. Численность P. caudatum на 4 сутки в нативных (А) и нейтрали зованных (Б) фильтрах из торфа, процент к контролю (К1).

Таким образом, эффект токсического действия на P. caudatum обуслов лен не только вымываемой из торфа нефтью, но и переходом в фильтрат кис лых продуктов торфа, а возможно и других сорбированных торфом компо нентов.

3.6. Хроническое действие водных экстрактов нефтезагрязненных почв (торфа и суглинка) на Paramecium caudatum.

Специальные исследования по изучению резистентности популяции Р.

caudatum к нефтяному загрязнению и возможности ее адаптации к нефти проводили на двух типах почв, характерных для территории ХМАО-Югры, верховом торфе и суглинке.

В длительном опыте (16 сут), когда парамеций пересаживали в свежие растворы аналогичной концентрации, а в контроле – в питательную среду (К1), каждые 4 сут, наблюдалась следующая динамика численности популя ции простейших (табл. 8).

Таблица 8 - Сравнительная токсичность водных экстрактов нефтезаг рязненных почв (отличия от К1, %) для Paramecium caudatum Показатель Сутки Торф (1:10) Суглинок (1:10) опыта 0,3 1,0 3,0 10,0 0,3 1,0 3,0 10, г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг (О1) (О2) (О3) (О4) (ОI) (ОII) (ОIII) (ОIV) Численность 1 -2 +16 -12 +14 -6 -35 +3 - 2 +37 +2 +1 +26 -10 -39 +21 - 3 -19 -20 -39 - -48 -40 -40 + 4 -22 -37 -60 -7 - -61 -35 - 8 +317 +226 +340 -18 -21 -5 + + 12 -4 -3 -46 -20 -29 -37 - - 16 +58 +103 +115 +128 -33 -66 -58 - Фагоцитоз 1 -12 -13 +8 -19 -6 -1 -41 - 4 +19 +21 +19 +60 -13 +5 +11 + 8 +8 -17 -1 -6 -16 +9 +6 + 12 -5 -26 -20 -41 -30 -37 - - 16 -16 -10 +2 +2 -30 -30 -38 - Примечание: выделены статистически достоверные (Р0,05) различия с К1.

Сравнивая токсичность водных экстрактов торфа и суглинка, видим, что торфяные экстракты по отношению к К1 в определенные сроки экспери мента оказывают стимулирующее действие во всем диапазоне исследуемых концентраций: по показателю численности парамеций на 2, 8 и 16 сут, по по казателю фагоцитоза – на 4 сут. В остальные сроки наблюдается либо угне тение (3, 4, 12 сут – численность;

1, 8, 12, 16 сут – фагоцитоз), либо отсутст вие статистически достоверных отличий от К. В отношении численности P.

caudatum отмечались четко выраженные фазные изменения: угнетение (3, 4, 12 сут) – стимуляция (8, 16 сут), что свидетельствует о гибели низкорези стентных особей и усиленном размножении высокорезистентных, то есть об адаптационных возможностях культуры P. caudatum. Количество фагосом опытных инфузорий в остром опыте (1 сут) с нефтезагрязненным торфом ниже уровня контроля, к 4 сут выше – на 19-60%. В дальнейшем функция пищеварения подавляется, но к 16 сут в варианте с концентрациями нефти в почве 3,0 и 10,0 г/кг количество вакуолей достигает уровня контроля.

Экстракты нефтезагрязненного суглинка во всем диапазоне концентра ций угнетают культуру P. caudatum за исключением ОІІІ на 2 и 3 сут и ОІV – на 8 сут. Максимальная степень снижения численности парамеций отмечает ся для ОІІ (1,0 г/кг) во все сроки регистрации, с максимумом к 16 сут. Макси мальное угнетение пищевой активности отмечается к концу опыта (12, сут). В водных вытяжках нефтезагрязненного суглинка у парамеций наблю дается изменение количества пищеварительных вакуолей. Наиболее выра женное снижение числа вакуолей у простейших по сравнению с уровнем К1 и К2 прослеживается при максимальном содержании нефти 3,0-10,0 г/кг на 1, 12 и 16 сут.

При анализе динамики численности P. caudatum по отношению к фону (К2) в глинистых субстратах отмечается более четкая картина влияния неф тяного загрязнения. Здесь также наблюдается фазность действия НУВ на простейших и прослеживается возможность адаптации P. caudatum к относи тельно низким концентрациям нефти в почве (0,3 и 1,0 г/кг) (рис. 5).

А Б % к К2 К 0 1 2 3 4 8 12 сут сут 0 1 2 3 4 8 12 10 г/кг 0,3 1 Рис. 5. Численность Paramecium caudatum в водных экстрактах нефте загрязненного суглинка (А) и торфа (Б) относительно К2.

Результаты, полученные при изучении хемотаксиса у парамеций в вод ных вытяжках нефтезагрязненного торфа, показали, что опытные инфузории в 1 сут наблюдения в большинстве случаев (0,3-3,0 г/кг) проявляют положи тельный хемотаксис (рис. 6). Вероятно, это связано с отбором более рези стентных особей к данному уровню нефтяного загрязнения в течение корот кого времени. Наблюдается также смена отрицательного хемотаксиса на по ложительный при изучении водных вытяжек нефтезагрязненного суглинка.

При максимальном содержании нефти в почве (3,0 и 10,0 г/кг) в водных экс трактах суглинка отмечен положительный хемотаксис (рис. 7).

16 сут 1 сут 4 сут 8 сут 100 12 сут % г/кг К2 К2 К2 К2 К 0,3 1 3 10 0,3 1 3 10 0,3 1 3 10 0,3 1 3 10 0,3 1 3 контрольная капля опытная капля Рис. 6. Хемотаксис P. caudatum в водной вытяжке (1:10) нефтезагряз ненного торфа.

1 сут 4 сут 8 сут 12 сут 16 сут % 0 г/кг К2 К2 К2 К2 К 0,3 1 3 10 0,3 1 3 10 0,3 1 3 10 0,3 1 3 10 0,3 1 3 контрольная капля опытная капля Рис. 7. Хемотаксис P. caudatum в водной вытяжке (1:10) нефтезагряз ненного суглинка.

Таким образом, такое поведение P. caudatum может свидетельствовать об адаптации к данному уровню нефтяного загрязнения, что позволяет про стейшим перемещаться в среду с повышенным содержанием корма (нефтео кисляющие бактерии).

3.7. Влияние ПАБК на эффект нефтяного воздействия на Parame cium caudatum.

Для выявления адаптационного потенциала популяции простейших к водным экстрактам нефтезагрязненного суглинка была проведена серия экс периментов с использованием репарагена ПАБК (0,001 мг/л).

Установлено, что экстракт нефтезагрязненного суглинка снижал чис ленность и пищеварительную активность парамеций во всем диапазоне кон центраций от 0,1 до 100,0 г/кг. Максимальное угнетение культуры наблюда лось на 8 и 16 сут в наибольшей концентрации (табл. 9).

Таблица 9 - Сравнительная токсичность водных экстрактов нефтезаг рязненных почв (% к К1) для Paramecium caudatum Показатель Сутки Суглинок (1:10) + нефть Суглинок (1:10) + ПАБК + опыта нефть 0,1 1,0 5,0 10,0 100,0 0,1 1,0 5,0 10,0 100, г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг г/кг Численность 1 -20 -39 -34 -17 -3 +10 +17 +24 -10 + 2 -43 -48 -55 -58 -44 -21 -41 -25 -55 - 3 -66 -49 -55 -58 -27 -11 -32 -19 -65 - 4 -77 -56 -30 -50 -15 +21 -32 -10 -39 - 8 -82 -79 -75 -77 -73 +77 +93 +48 +54 + 12 -22 -2 -42 -29 -52 -12 -32 -32 -12 - 16 -55 -67 -58 -36 -77 +67 +37 +52 +42 + Фагоцитоз 1 -28 -34 -36 -19 -28 -22 -18 -6 -25 - 4 -27 -22 -30 -24 -14 -13 -26 -32 -24 - 8 -19 -33 -28 -20 -16 -23 -38 -41 -44 - 12 -7 -14 -20 -8 -9 -23 -34 -20 -8 - 16 -22 -64 -7 -29 -16 -16 -12 -6 -26 - При добавлении ПАБК (0,001 мг/л) угнетение (снижение численности), наблюдаемое на 2 и 3 сут опыта, сменилось стимуляцией в минимальной концентрации с 4 сут, в остальных – с 8 сут. За снижением численности па рамеций на 12 сут последовало новое увеличение к концу эксперимента ( сут). То есть, начиная с 8 сут, популяция P. caudatum вышла на новый уро вень обмена, заработал механизм отбора. В отношении фагоцитоза сущест венного влияния ПАБК не обнаружено ( см. табл. 9).

Хемотаксис. Контрольные особи равномерно распределялись в обеих каплях. В первые 15 минут экспозиции (в 1 сут) парамеции из растворов неф тезагрязненного суглинка перемещались в чистую среду (рис. 8), причем наиболее сильно это было выражено в максимальных концентрациях нефти в почве 10,0-100,0 г/кг. К 4 сут эта тенденция сохранялась особенно в концен трации 100,0 г/кг. С 8 сут опытные инфузории стали перемещаться в загряз ненную каплю, то есть менять отрицательный хемотаксис на положительный во всех опытных вариантах.

% 1 сут 4 сут 8 сут 12 сут 16 сут г/кг 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 чистая капля опытная капля Рис. 8. Хемотаксис P. caudatum в водной вытяжке (1:10) нефтезагряз ненного суглинка.

При изучении ответной реакции P. caudatum на действие водных вы тяжек из нефтезагрязненного суглинка с ПАБК наблюдали положительный хемотаксис (рис. 9), начиная с 1-х сут. И это также наиболее характерно было для особей парамеций из экстракта наиболее загрязненной почвы (100,0 г/кг).

Это свидетельствует о более быстрой адаптации P. caudatum к нефтяному за грязнению в присутствии репарагена ПАБК и повышению устойчивости к более высоким концентрациям.

% 100 1 сут 4 сут 8 сут 12 сут 16 сут г/кг 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 100 0,1 1 5 10 чистая капля опытная капля Рис. 9. Хемотаксис P. caudatum в водной вытяжке (1:10) нефтезагряз ненного суглинка и ПАБК.

Таким образом, репараген ПАБК активирует защитные механизмы простейших. Эффект нарастает по мере отбора наиболее резистентных кле ток и к 8 сут наблюдается наиболее существенные перестройки в популяции, что позволяет ей адаптироваться даже к таким концентрациям нефти в почве (10,0-100,0 г/кг), которые являются летальными в отсутствие ПАБК для P.

caudatum и других организмов (Ратушняк и др., 2000;

Ковальчук и др., 2001;

Алексеенко, 2004) и.

ВЫВОДЫ 1. Исследованные водоемы города Тюмени по влиянию на состояние лабораторной культуры Paramecium caudatum в разные сезоны года оценены как токсичные на уровне от «умеренной» до «очень высокой» (4-1 класс ток сичности), по суммарному химическому показателю (ИЗВ6) – как «умеренно загрязненные» - «чрезвычайно грязные» (III-VII класс качества). Ни в одном из 13 исследованных водных объектов, а также ПЛО ТЭЦ-2 и р. Тура, не обеспечено соблюдение рыбохозяйственных и санитарно-гигиенических кри териев качества воды и ДО.

2. Установлена высокая статистически значимая корреляционная связь (0,7) между токсичностью воды и донных отложений и содержанием в них тяжелых металлов, хлоридов, биогенов и рН. Кластеризация исследованных водоемов по химическому составу воды и донных отложений не всегда сов падает с таковой по критерию биотестирования, поскольку степень токсич ности обусловлена как синергическим, так и антагонистическим действием загрязняющих веществ.

3. Важным источником загрязнения почв, поверхностных и подземных вод на территории ХМАО-Югры являются шламовые амбары, поставляющие в почвы сопредельных ландшафтов нефтяные углеводороды, хлориды, суль фаты, некоторые тяжелые металлы и неидентифицированные органические вещества, токсичность которых выявляется методами биотестирования даже при концентрациях ниже ПДК.

4. Исследование фильтрации нефти через 20 см слой почв показало, что торф и суглинок связывают и удерживают значительное количество веществ нефти (примерно, 1 г/кг), но механизмы связывания различны: в первом слу чае это объемная сорбция пористой гуминовой матрицей, во втором – удер живание молекул углеводородов коллоидно-пленочной системой.

Биотестирование позволяет зафиксировать токсическое действие даже тех фильтратов, в которых содержание нефтепродуктов стандартным мето дом ИК-фотометрии не обнаруживается (то есть не превышает фоновый уро вень чистой пробы).

5. Совместное действие в течение 4-х часов рН+NaCl, NaCl+ВРФН и рН+NaCl+ВРФН усиливает токсичность (100%-ная гибель парамеций), рН+ВРФН – ослабляет (гибель парамеций 23,5%).

6. Хроническое действие (16 сут) на P. caudatum водных экстрактов модельно-загрязненных почв сопровождается фазными изменениями чис ленности, фагоцитоза и хемотаксиса простейших с нормализацией или сти муляцией к концу эксперимента, что свидетельствует об адаптивных воз можностях популяции Paramecium caudatum к нефтесодержащим почвам (до 3 г/кг) за счет отбора наиболее резистентных форм. Парааминобензойная ки слота снижает эффект нефтяного воздействия на P. caudatum и повышает их устойчивость к экстремально высокому содержанию нефти (100 г/кг).

Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Акатьева Т.Г., Гордеева Ф.В. Исследование токсичности донных от ложений пруда-ливнеотстойника ТЭЦ-2 и р. Тура в районе сброса сточных вод // Тезисы докладов Международной конференции «Биоиндикация в мо ниторинге пресноводных экосистем». (РАН, Институт озероведения РАН, ГБО РАН, 23-27 октября 2006 г.) – С.-П., 2006. - С. 3.

2. Гордеева Ф.В., Михайлова Л.В., Акатьева Т.Г. Исследование токсич ности донных отложений (ДО) пруда-ливнеотстойника (ПЛО) ТЭЦ-2 и реки Тура в районе сброса стоков ТЭЦ // Материалы конференции молодых уче ных «Наука и образование аграрному производству», декабрь 2006 г. – Тю мень: ТГСХА, 2006. - С.19-21.

3. Гордеева Ф.В., Михайлова Л.В. Исследование токсичности донных отложений (ДО) некоторых обособленных водных объектов города Тюмени методом биотестирования с помощью Paramecium caudatum // Сборник мате риалов Региональной научно-практической конференции молодых ученых и студентов «Аграрная политика на современном этапе», 26 апреля 2007 года.

– Тюмень: ТГСХА. - С.16-21.

4. Михайлова Л.В., Рыбина Г.Е., Масленко Е.А., Гордеева Ф.В. Эколо го-токсикологическое исследование некоторых обособленных водных объек тов на территории города Тюмени // Тезисы докладов конференции «Чистая вода» - Тюмень, 2007. – С. 20-24.

5. Михайлова Л.В., Кузьмина Т.А., Рыбина Г.Е., Масленко Е.А., Гор деева Ф.В. Токсикологические проблемы в районах нефтедобычи Западной Сибири // Материалы международной академической конференции «Состоя ние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала Западной Сибири» (г. Тюмень, 20-22 ноября 2007 года). – Тюмень: ФГУП «ЗапСиб НИИГГ», 2008. – С. 416-423.

6. Каурова Ж.В., Гордеева Ф.В., Михайлова Л.В. Влияние воды и донных отложений (ДО) обособленных водных объектов города Тюмени на функциональные показатели инфузорий Paramecium caudatum // Сборник ма териалов Всероссийской научно-практической конференции молодых уче ных и студентов (11-13 марта 2008 года) «Повышение эффективности сель скохозяйственного производства в Северном Зауралье». – Тюмень: ТГСХА, 2008. - С. 137-140.

7. Михайлова Л.В., Гордеева Ф.В. Химическая и токсикологическая оценка состояния почв вокруг шламовых амбаров (ША) // Материалы III Всероссийской конференции по водной токсикологии, посвященной памяти Б.А. Флерова «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы»;

конференции по гидроэкологии «Критерии оценки качества вод и методы нормирования антропогенных нагрузок». 11-16 ноября 2008 г. Ч.3. – Борок, 2008. – С. 93-97.

8. Михайлова Л.В., Рыбина Г.Е., Масленко Е.А., Гордеева Ф.В. Эколо го-токсикологическое состояние обособленных водных объектов на террито рии города Тюмени за 2007 г // Тезисы докладов конференции «Чистая вода» - Тюмень, 2008. – С. 25-27.

9. Кудрявцев А.А., Михайлова Л.В., Рыбина Г.Е., Гордеева Ф.В., Зна менщиков А.Н., Клюсова И.А. Исследование миграционной активности и трансформации нефти в почвах верховых болот ХМАО под контролем био тестирования // Материалы международной академической конференции «Состояние, тенденции и проблемы развития нефтегазового потенциала За падной Сибири» (г. Тюмень, 17-19 сентября 2008 года). – Тюмень: ФГУП «ЗапСибНИИГГ», 2009. – С. 553-557.

10. Гордеева Ф.В., Михайлова Л.В. Оценка токсичности донных отло жений (ДО) некоторых водных объектов города Тюмени методом биотести рования // Сборник материалов Региональной конференции молодых ученых «Современные тенденции Развития АПК в Северном Зауралье». – Тюмень:

ТГСХА, 2009. – С. 223-225.

11. Гордеева Ф.В., Михайлова Л.В. Исследование токсичности воды и донных отложений некоторых прудов города Тюмени // Вестник Тюменской Государственной Сельскохозяйственной Академии. – Тюмень: издательско полиграфический комплекс ТГСХА, 2009. - №1(8) 2009. - С. 38-44.

12. Гордеева Ф.В., Михайлова Л.В., Петухова Г.А. Функциональные показатели Paramecium caudatum в водных экстрактах нефтезагрязненного торфа // Вестник Тюменского государственного университета. - Тюмень:

ТГУ, 2009. - №3. – С. 232-237.

13. Гордеева Ф.В., Рыбина Г.Е. Качество воды и донных отложений во доемов города Тюмени, определяемое по тест-реакциям Paramecium cauda tum и Ceriodaphnia affinis // Первая конференция молодых ученых NACEE (28-29 апреля 2009 г., г. Тюмень, Россия) ВОПРОСЫ АКВАКУЛЬТУРЫ. Те зисы докладов. Тюмень, Госрыбцентр, 2009. – С. 13-14.

Gordeeva F.V., Rybina G.E. Quality of water and bottom sediments of water bodies of the city of Tyumen, defined on the basis of test reactions of Paramecium caudatum and Ceriodaphnia affinis // The First NACCE Conference of Young Re searchers (28-29 April 2009, Tyumen, Russia) ISSUES OF AQUACULTURE. – C. 67-68.

14. Михайлова Л.В., Рыбина Г.Е., Масленко Е.А., Гордеева Ф.В. Срав нительная оценка токсичности и загрязненности донных отложений некото рых водных объектов города Тюмени методами корреляционного и много мерного (кластерного) анализа // Аграрный вестник Урала, 2009. - №11 (65).

– С. 97-99.

15. Масленко Е.А., Рыбина Г.Е., Гордеева Ф.В. Тестирование торфяных почв с площади водосбора рек ХМАО с помощью разных тест-объектов // Тезисы докладов Х Съезда Гидробиологического общества при РАН (г. Вла дивосток, 28 сентября – 2 октября 2009 г.) / Отв.ред. Алимов А.Ф., Адрианов А.В. – Владивосток: Дальнаука, 2009. - С. 258-259.

Автор выражает глубокую благодарность д.б.н. Галине Александровне Петуховой за теоретическую и практическую подготовку при определении адаптационного потен циала простейших, а также всем сотрудникам кафедры водных биоресурсов и гидроэко логии за помощь и поддержку, а также с.н.с. ФГУП «Госрыбцентр» - А.И. Коваленко и к.ф.-м.н. А.А. Кудрявцеву за выполнение химического анализа.

Особую признательность и благодарность выражаю моему научному руководите лю к.б.н. Людмиле Владимировне Михайловой за постоянную помощь при выполнении, об суждении и написании диссертации.

Подписано в печать 16.03.2010. Тираж 100 экз.

Печать трафаретная. Заказ 057.

Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г. Тюмень, ул. Республики,