Вплив СПАР і нафтопродуктів на модельні мікрокосми - Наукове обгрунтування гігієнічних основ екологічної безпеки при морегосподарській діяльності

Наукове обгрунтування допустимого рівня антропогенного впливу на природні комплекси, що регламентують не тільки екологічну чистоту, але і економічну рентабельність природоохоронних заходів, ставить на перший план завдання їх нормування для морського середовища. Мова йде не просто про встановлення більш жорстких гранично допустимих концентрацій, а про підходи еколого-гігієнічного характеру, які забезпечують оцінку біоценотичних об'єктів живої природи. У цьому зв'язку застосування модельних мікросистем (мікрокосмів), в даний час, визнається обгрунтованим методом санітарно-токсикологічної оцінки якості водного середовища за станом природних екосистем.

Дослідження стосувалися визначення ступеня поєднаного впливу СПАР і нафтопродуктів на мікрокосми експериментальної водойми.

В експерименті використана лабораторна мікроекосистема, що містила морську воду, відібрану в акваторії Одеської затоки з представниками деяких видів фауни і флори прибережної зони Чорного моря: риби - Gobius sp.; молюски - Mytilus galloprovincialis, Theodoxus euxinus, Hidrobia acuta; черви - Nereis diversicolor, Polyhaeta sp., Nematoda, Gastrotrycha, Turbellaria; ракоподібні - Marinogammarus olivii, Calanoidae, Harpacticidae, Ostracodae; кишковопорожнинні - гідроїдний поліп, морська гідра; найпростіші; одноклітинні водорості.

У якості забруднюючих (морську воду) речовин досліджували:

    А) синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР). Експерименти проводили на шести мікрокосмах - 3-х дослідних та 3-х контрольних з поступовим збільшенням концентрації СПАР від 0,0125 до 1,6 мг/дмі. Б) нафтопродукти вивчали у різних концентраціях від 0,08 до 0,05 мг/дмі. В) двотретинноосновна сіль гіпохлориту кальцію (ДТСГК) в концентрації від 1,0 до 25,0 мг/дмі активного хлору. Реагент вводили як в суміші зі стічними водами, так і в чистій воді при відповідному контролі та дотриманні умов розведення (не менше 1 до 1000) за рахунок внесення в певний об'єм води (1 дм3).

Оцінку впливу активних хімічних сполук здійснювали у динаміці протягом двотижневого періоду за мікробіологічними (мікробне число та колі-індекс) та хімічними показниками (СПАР, нафтопродукти, БСК5).

Обробку даних проводили методами дисперсійного і регресивного аналізу. У процесі спостережень встановлені наступні закономірності внаслідок впливу забруднюючих компонентів на мікроекосистему експериментальної "водойми". Після внесення в першу добу СПАР у концентрації 0,0125 мг/дмі (1/8 ГДК) при вихідному комплексі організмів екосистем (табл. 5.3) - не виявлено відмінностей дослідних мікрокосмів від контрольних. Наприкінці двотижневої експозиції відзначено помітне підвищення рН води, що зберігається у подальшому ході експерименту (табл. 5.4). Внесення до водойми СПАР, спричинило інтенсивну деструкцію мікрокосм - залишкові їх кількості не перевищували фонових, тобто були нижче 0,01 мг/дм3. При доведенні сумарної кількості внесених до мікрокосму СПАР до 0,025 мг/дмі (1/4 ГДК) в дослідних системах за тих же умов, що і в контрольних, помітно знижувався потік води через ерліфти, що пов'язано зі зміною її поверхневого натягу. Через кілька діб, відмінності зникали внаслідок деструкції СПАР. Наприкінці двотижневої експозиції в грунті дослідних мікрокосмів виявлені деградовані форми у вигляді дрібних кулястих інфузорій, відсутніх у контрольних мікрокосмах.

Таблиця 5.4

Комплекс гідробіонтів лабораторної морської екосистеми "Екотрон" перед початком експерименту

Таксони

Кювети

Планктон

Грунт

Червоні водорості

+

-

+

Зелені нитчасті водорості

+

-

-

Осциляторії

+

-

-

Спируліна

+

-

+

Інфузорії (3 види)

+

-

+

Вортицеола

+

-

-

Шаровка

+

+

-

Гарпактициди

+

+

-

Каланоїда

-

+

+

Нереїс

-

-

+

Поліхета

-

+

+

Нематода

-

-

+

Немертина

-

-

+

Актинія

-

-

+

Чорноморська мідія

-

-

+

Кліщ

-

+

-

Личинки каланоїд

-

+

-

При сумарній кількості СПАР 0,05 мг/дмі (1/2 ГДК) виявлені раніше відмінності, поглиблювались. У першу добу дії СПАР у вказаній концентрації актинії дослідних мікрокосмів скоротили зонтики щупалець, а через 2 доби знову їх розкрили; рівень БСК5 у воді всіх дослідних водойм, у середньому, в 2 рази перевищував контрольні показники, однак залишковий вміст СПАР у модельній водоймі, після двотижневої експозиції, не відрізнявся від такого у контролі.

Таблиця 5.5

Зміни хімічних і бактеріологічних параметрів мікрокосм у процесі експерименту зі СПАР

Конц. СПАР

Мг/дмі

Параметри

Дослідні мікрокосми

Контрольні мікрокосми

1

2

3

4

5

6

До внесения

СПАР

СПАР(мг/дм3)

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

БСК5 (мг/дм3)

3,2

3,6

3,6

3,6

3,2

3,6

РН

6,4

6,7

6,0

6,5

7,0

7,2

ЗМЧ (КУО/дм3)

1,0x106

1,5x106

4,0x106

1,6x106

1,2x106

3,0x106

    0,0125 (1/8 ГДК)

СПАР

0,04

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

БСК5

1,0

4,0

3,0

3,5

3,2

3,5

РН

6,2

6,4

7,0

7,4

7,4

7,3

ЗМЧ

1,3х106

1,0x106

2,1х106

6,1х106

1,5х106

1,0х106

    0,025 (1/4 ГДК)

СПАР

0,04

0,01

0,2

0,01

0.01

0,01

БСК5

2,0

5,0

5,0

3,5

3,0

5,0

РН

5,8

6,8

5,6

7,0

7,0

7,0

ЗМЧ

1,2x106

5,0х105

2,0x106

2,1х106

1,1х105

2,0x106

    0,05 (1/2 ГДК)

СПАР

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

БСК5

8,5

16,5

9,5

5,5

4,0

5,5

РН

7,2

7,6

8,0

8,0

8,0

8,0

ЗМЧ

1,0x106

9,1х105

2,5х106

1,1х106

1,0x106

2,5x106

    0,1 (1 ГДК)

СПАР

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

0,01

БСК5

10,5

14,5

7,5

5,5

5,0

5,5

РН

7,8

7,8

7,8

7.8

7,8

7,8

ЗМЧ

1,8х106

1,0х106

2,6х106

1,4х106

2,4x106

3,0x106

    0,2 (2 ГДК)

СПАР

0,02

0,02

0,02

0,01

0,01

0,01

БСК5

10,8

18,0

8,6

6,0

5,5

6,5

РН

7,7

7,4

7,6

7,8

7,8

7,8

ЗМЧ

1,2x106

4,5х105

7,0x105

3,2x106

2,8x106

2,4x106

    0,4 (4 ГДК)

СПАР

0,02

0,015

0,01

0,01

0,01

0,01

БСК5

8,0

12,0

9,0

6,0

5,5

5,5

РН

7,8

7,8

7,8

8,0

8,0

8,0

ЗМЧ

3,4x105

2,1х105

1,2x105

2,0х106

1,6x106

1,7x106

    0,8 (8 ГДК)

СПАР

0,01

0,02

0,01

0,01

0,01

0,01

БСК5

7,0

7,2

7,2

5.0

4,9

5,0

РН

7,8

7,8

7,8

8,0

8,0

8,0

ЗМЧ

1,6х106

1,2x106

9,0x105

4,3х105

8,1х105

3,0х105

В залежності від концентрації СПАР у процесі експерименту виявлено:

    1. 0,1 мг/дмі (1 ГДК). Протягом перших двох діб ракоподібні (сфероми) виявлялися на стінках акваріумів вище урізу води, що є характерною ознакою їх неадекватної реакції, при негативних показниках у контролі. На третю добу ця ознака зникала, як наслідок деструкції СПАР. Одночасно на стінках дослідних акваріумів з'являлася маса дрібних багатощетинкових червів (поліхет), в контрольних мікросомах такі були відсутні. Останнє обумовлено впливом малих доз токсикантів, стимулюючих розмноження гідробіонтів (феномен "шокуючої" дії). 2. 0,2 мг/дмі (2 ГДК). Внесені СПАР руйнувалися неповністю - залишкові їх кількості суттєво перевищували фонові концентрації. Ракоподібні (сфероми і гарпактіціди) проявляли підвищену рухову активність. Вихід сфером води на стінки мікрокосмів зазначалося протягом всієї двотижневої експозиції. 3. 0,4 мг/дмі (4 ГДК). Гідробіонти зберігали зазначені вище ознаки. Крім того, частина актиній в дослідних мікрокосмах перебувала зі скороченим зонтиком щупалець впродовж всієї експозиції. 4. 0,8 мг/дмі (8 ГДК). У першу добу експозиції двостулкові молюски (мідії) закривали стулки, а через 2-3 доби знову їх розкривали і фільтрували воду. Відзначалося посилення рухової активності хробаків (червів) на стінках дослідних мікрокосмів і поліхет в товщі води над грунтом. Значна частина гарпактіцид (30-50%) нерухома, тоді як у контролі вона становила не більше 5%. Основна частина актиній постійно перебувала із закритими зонтиками щупалець. У кюветах досліджуваних мікрокосмів біомаса водоростей виявилася набагато біднішою у порівнянні з контролем. 5. 1,6 мг/дм3 (16 ГДК). Великі мідії (більше 1,5 см) загинули, дрібні - продовжували фільтрувати воду; актинії відрізнялися морфологічно скороченими зонтиками щупалець, причому вода в дослідних акваріумах мала гнильний запах.

Результати експериментальних досліджень свідчать про переваги запропонованої методики з використанням мікрокосмів у порівнянні з традиційними методами біотестування на монокультурах. Так, якщо для мідій за результатами біотестування нешкідливою виявилася концентрація СПАР 0,2 мг/дмі, а офіційно прийнята ГДК-0,1 мг/дмі, то для мікрокосмів гранична недіюча концентрація може становити не більше 0,0125-0,25 мг/дм3.

вплив різних концентрацій спар на чисельність гідробіонтів морської лабораторної екосистеми

Рис. 5.11 Вплив різних концентрацій СПАР на чисельність гідробіонтів морської лабораторної екосистеми "Екотрон"

вплив різних концентрацій спар в умовах хронічного експерименту на морській лабораторній екосистемі

Рис. 5.12 Вплив різних концентрацій СПАР в умовах хронічного експерименту на морській лабораторній екосистемі "Екотрон"

Більш високі концентрації СПАР у мікрокосмах призводять до ряду стійких істотних порушень: підвищення рН і БСК5 води, зміни складу найпростіших, порушенню поведінки кишковопорожнинних організмів. Даними спостереженнями також підтверджена здатність СПАР швидко руйнуватися у морській воді. У концентраціях, близьких до ГДК, практично повне руйнування СПАР відбувалося на протязі 2 тижнів. Про це свідчить і характер реакції ряду гідробіонтів: найбільш помітний вплив на них СПАР надавало в першу добу після внесення, потім, по мірі розпаду СПАР, видимі наслідки інтоксикації зникали, або помітно зменшувалися. Причому встановлено, що повне руйнування СПАР не призводило до відновлення первинних властивостей води. По мірі деструкції СПАР у воді накопичувалися продукти їх розпаду, що призводили до підвищення біологічного споживання кисню. У природних умовах це може призводити до евтрофікації водойми і, відповідно, до негативних наслідків: масового розмноження мікробів-деструкторів, гідробіонтів-деструкторів (найпростіші, одноклітинні водорості), їх відмирання і розкладання зі споживанням великої кількості розчиненого у воді кисню.

Отримані експериментальні дані щодо СПАР свідчать, що по мірі підвищення концентрації, на рівні ГДК в мікрокосмах відбувалося наростання кумулятивної дії, що виявлялось у різних формах: зміні фізико-хімічних властивостей води, поведінкових реакціях водних організмів, кількісного складу життєвих форм гідробіонтів і, нарешті, загибелі окремих видів.

Однією з найважливіших речовин, що забруднюють навколишнє середовище, є нафтопродукти. У роботі досліджували вплив різних їх концентрацій на біоту морської лабораторної екосистеми, що містила 20 видів організмів. При цьому визначали такі показники, як солоність, БСК5, рН, оптичну щільність, чисельність організмів планктону, бентосу й перифітона.

До початку експерименту фон у воді дослідних мікрокосмів становив 0,08 мг/дмі нафтопродуктів, що вже перевищувало встановлені ГДК - 0,05 мг/дм3. У результаті двотижневої експозиції, у планктоні дослідних мікрокосмів різко зросла чисельність дрібних кулястих інфузорій (у 3 рази), тоді як у контролі їх чисельність залишалася на колишньому рівні. У дослідних мікрокосмах, разом з тим, різко скоротився розвиток інфузорій Stilonichia pustulata (в 5,5 разів). Поряд зі змінами, реєстрованими у співтоваристві найпростіших, відзначався різкий сплеск розвитку синьо-зелених водоростей - чисельність їх збільшилася на 325%.

При збільшенні досліджуваної концентрації нафтопродуктів чисельність інфузорій обростання залишалася без змін. Однак, у планктоні різко скоротилася чисельність ракоподібних гарпактіцид. Планктонні інфузорії не реєструвалися. У обростаннях зменшився розвиток дрібних кулястих інфузорій на 50%. Разом з цим, відзначено одиничний розвиток синьо-зелених водоростей Spirulina sp., а також відмічено скорочення розвитку прикріплених інфузорій Vorticella campanula (на 50%).

При доведенні концентрації нафтопродуктів до 0,65 мг/дмі відзначалося різке скорочення ценозу обростання (інфузорій), реєструвалися поодинокі екземпляри Stilonichia pustulata, а також зелених нитчастих водоростей, діатомових одноклітинних водоростей. Одночасно в цих умовах спостерігався бурхливий розвиток зелених (збільшення чисельності у 20 разів) і синьо-зелених водоростей Spirulina sp. (у 25 разів). У планктоні і бентосі відбувалося подальше пригнічення ценозів, виявлялися мертві ракоподібні.

На тлі гідробіологічних змін ценозу зазначалося поступове збільшення значень БСК5 - від 6,4 при вмісті нафтопродуктів у кількості 1 ГДК до 15,2 - при 13 ГДК. Солоність і рН не змінювали своїх значень при збільшенні концентрації нафтопродуктів і становили: 17 ° та 8,0 відповідно.

При наступному підвищенні концентрації нафтопродуктів у мікрокосмах до 1,65 мг/дмі відзначалася практично повна загибель досліджуваних гідробіонтів, за винятком синьо-зелених водоростей обростань. Поряд з цим, через 2 тижні експозиції досліджуваної концентрації значення БПК5 в мікрокосмах зменшилося до 9,1 мг О2/л.

За результатами проведених санітарно-гідробіологічних досліджень, в умовах хронічного експерименту, забруднювачі у вивчених концентраціях негативно впливали на морські співтовариства. Цей вплив розпочинався із концентрацій, що нижче рівня сучасних допустимих гігієнічних норм.

Синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР) у концентраціях Ѕ - ј ГДК надавали виражену токсичну дію, яка проявлялась у зміні чисельності та поведінкових реакціях окремих видів гідробіонтів (актинії, інфузорії).

Нафтопродукти у концентрації 0,1 мг/дмі (> 1 ГДК) викликали морфологічні зміни видового складу та чисельності інфузорій на тлі наростаючих значень біохімічного споживання кисню (БСК5) морської води.

Покладений в основу експерименту принцип вивчення впливу токсикантів на природні біоценози (на прикладі нафтопродуктів) дозволив довести нагальну необхідність у перегляді існуючих нормативів граничнодопустимих концентрацій хімічних забруднювачів для морської води.

Отримані дані свідчать про необхідність поглиблення спектру таких досліджень, в першу чергу, щодо нормування у воді найбільш небезпечних хімічних забруднювачів. Для санітарно-токсикологічної оцінки якості морського середовища, щодо впливу СПАР і нафтопродуктів на штучне водоймище мікрокосмів, їх доцільно використовувати практично.

Похожие статьи




Вплив СПАР і нафтопродуктів на модельні мікрокосми - Наукове обгрунтування гігієнічних основ екологічної безпеки при морегосподарській діяльності

Предыдущая | Следующая