Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая оценка речной воды и промысловых рыб бассейна Нижней Лены

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка речной воды и промысловых рыб бассейна Нижней Лены"

На правах рукописи Маркова Людмила Николаевна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЧНОЙ ВОДЫ И ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБ БАССЕЙНА НИЖНЕЙ ЛЕНЫ

03.02.08-Экология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

2 9 [¿\р 2072

Новосибирск - 2012

005012955

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Якутская государственная сельскохозяйственная академия

Научный руководитель - кандидат биологических наук, доцент

Попова Надежда Васильевна

Официальные оппоненты: Незавитин Анатолий Григорьевич,

доктор биологических наук. профессор, Новосибирский государственный аграрный университет, заведующий кафедрой экологии

Ростовцев Александр Алексеевич, доктор сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, директор Новосибирского филиала ФГУП «Госрыбцентр» - Западно-Сибирского научно-исследовательского института водных биоресурсов и аквакультуры (ЗалСибНИИВБАК)

Ведущая организация - Учреждение Российской академии наук

Институт биологических проблем

криолитозоны СО РАН

Защита диссертации состоится «12 » апреля 2012 г. в 10:00 ч. на заседании диссертационного совета Д 220.048.03 при ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет, 630039, г. Новосибирск, ул. Добролюбова, 160.

Тел. /факс: 8 (383) 264-29-34; e-mail: norge@ngs.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Новосибирский государственный аграрный университет и на сайте www. таи. edu.ru

Автореферат разослан « // » и^г^/Сс^я— 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Маренков В.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Водоемы Крайнего Севера издавна привлекают внимание исследователей в связи с их высокой рыбохозяйственной значимостью, как источники пресной воды и водные транспортные пути. Наиболее активные исследования северных водных экосистем начались сравнительно недавно, тем не менее они все еще остаются недостаточно изученными. Пресноводные экосистемы, в силу их важности для жизнедеятельности человека, представляют особый интерес при оценке качества окружающей среды, и их состояние может быть показателем загрязненности всего исследуемого региона. В связи с этим исследование особенностей пресноводных экосистем в условиях антропогенного воздействия может служить для оценки их устойчивости, основой для рационального использования их ресурсов и охраны.

В последние десятилетия довольно большое количество работ посвящено исследованию загрязнения природных пресных вод химическими веществами, выявлению фонового уровня концентраций отдельных загрязняющих веществ в компонентах экосистемы и оценке их воздействия на гидробионты, исследованию содержания микроэлементов, тяжелых металлов в промысловых гидробионтах. В экологической цепи вода-гидробионты может идти накопление экологически опасных веществ, что в конечном итоге отражается на функциональном состоянии всех звеньев экосистемы и ее продуктивности, а также на здоровье человека, как потребителя конечной продукции водоема - рыбы (Тутельян, 1987; Руднева, 2001).

Рыбы способны аккумулировать тяжелые металлы даже в тех случаях, когда содержание их в воде не превышает предельно допустимые нормы. Под действием токсических веществ в организме рыб могут происходить патологические изменения на молекулярном, организменном и популяционном уровнях. Водные организмы чутко реагируют на изменения среды, в том числе и на концентрацию загрязняющих металлов и биогенных элементов в воде. Поэтому исследование и контроль изменения уровней содержания металлов в организмах актуальны и необходимы.

Исследование концентраций загрязняющих веществ в водоемах Якутии, содержания микроэлементов, в том числе тяжелых металлов в воде и гидробионтах, в частности, в рыбах начато сравнительно недавно, но, несмотря на наличие ряда работ (Саввинов и др., 1993; Габышева, 2001; Нюкканов, 2005; Ходулов, 2007), многие экологические аспекты этой проблемы освещены слабо или не изучались.

Рыбы являются важным компонентом водных экосистем. Кроме того, промысловые рыбы - одним из основных источников белкового сырья и микроэлементов для человека. В связи с загрязнением водной среды, оценка качества рыбного сырья с точки зрения экологической безопасности (содержания в нем токсичных металлов) и пораженное™ инвазиями, общими для человека и животных, особенно актуальна.

Цель н задачи исследования. Целью исследования являлась оценка гидрохимических показателей загрязнения воды Нижней Лены тяжелыми металлами, биогенными веществами и накопления тяжелых металлов в органах и мышечной ткани промысловых рыб. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести в течение ряда лет на единой методической основе систематические (ежемесячные, ежегодные) наблюдения за содержанием тяжелых металлов (Ре, Zn, Си, Сс1, РЬ, Щ ) н биогенных веществ - соединений азота и фосфатов в воде нижнего течения р. Лены.

2. Выявить межгодовые и внутригодовые изменения по месяцам концентраций запэязняющих веществ в воде нижнего течения р. Лены.

3. Определить содержание и выявить особенности распределения металлов (железа, меди, цинка, свинца, кадмия, ртути и мышьяка) в мышечной ткани и органах промысловых сиговых рыб (омуль, нельма, ряпушка), оценить содержание токсичных элементов (РЬ, Сс1, Аб) в мышечной ткани и органах рыб согласно СанПиН 2.3.2.1078-01.

4. Определить зараженность промысловых рыб цистами миксоспоридий и плероцеркоидами паразитических гельминтов (днфиллоботриид), проанализировать эпизоотическую ситуацию по ихтиопаразитозам в Булунском районе Республики Саха (Якутия).

Научная новизна. В работе установлены фоновые уровни содержания загрязняющих металлов (меди, железа, цинка, свинца, кадмия, ртути) и биогенных веществ (соединений азота и фосфатов) в воде Нижней Лены. Дана оценка современного состояния загрязнения воды бассейна Нижней Лены с учетом ретроспективного анализа, что позволило прогнозировать изменение экологической ситуации в районе и принимать обоснованные решения по ее улучшению и охране.

Впервые исследовано содержание и распределение элементов группы тяжелых металлов в мышцах и органах промысловых сиговых рыб из бассейна нижнего течения р. Лены. Установлено, что независимо от видовой принадлежности и типа питания (образа жизни) Ре, Си, 2п, РЬ, Сс], Н» концентрируются в основном в печени и жабрах.

Изучена эпизоотическая ситуация по ихтиопаразитозам в Булунском районе Республики Саха (Якутия) в связи с выявлением качества рыбной продукции. Установлено, что уровень зараженности промысловых рыб плероцеркоидами днфиллоботриид зависит от качества речной воды и антропогенного загрязнения. Частота встречаемости цист миксоспоридий в мышцах сиговых видов рыб практически одинакова, поэтому выбраковка рыб возможна для повышения товарного качества рыбопродукции.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы в качестве банка данных для последующих исследований и решений конкретных задач мониторинга водной среды, а также при разработке хозяйственных и природоохранных мероприятий в районах рыболовства. Результаты могут иметь большое значение при сравнительной

оценке экологической ситуации водоемов бассейна р. Лены и других северных территорий.

Исследование динамики накопления тяжелых металлов в органах и тканях рыб позволить накапливать информацию о фоновом содержании изучаемых элементов и позволить дать интегрированную оценку антропогенной нагрузки на водоемы.

Результаты исследований расширяют представления об антропогенной нагрузке на водные экосистемы севера Якутии, о пищевой ценности, качестве и безопасности рыбы, микроэлементном составе ценных промысловых сиговых рыб из бассейна Нижней Лены.

Материалы исследования внедрены в учебный процесс при изучении дисциплин «Экология», «Биология с основами экологии», «Проблемы ветеринарной экологии в Якутии», «Охрана окружающей среды» и «Экология Якутии» для студентов ФГБОУ ВПО Якутская ГСХА и биолого-географического факультета ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова. Полученные данные используются также в учебном процессе при подготовке и переподготовке кадров в Институте повышения квалификации и переподготовки кадров АПК Министерства сельского хозяйства Республики Саха (Якутия). Положения, выносимые на защиту:

1. Концентрации 2п, РЬ, Щ, СсЗ в воде Нижней Лены незначительны и не превышают ПДКвр. Концентрации Си в воде превышают ПДКвр (от 4 до 10 ПДК), Бе - 7 ПДК и 8 ПДК.

2. Превышение концентрации ионов аммония в воде в 7-12 раз в сравнении с ПДК объясняется загрязненностью водоема азотсодержащими веществами.

3. Концентрации биогенных веществ зависят от сезона года. Наибольшая концентрация общего фосфора и фосфатов выявлена весной. При этом содержание фосфатов в воде превышает ПДКвр в 6-9 раз.

4. Распределение загрязняющих металлов в мышцах и органах рыб характеризуется неоднородностью, что зависит от функциональных особенностей тканей и органов. Ре, Си, 7п, С(1 и ^ максимально концентрируются в печени и жабрах рыб, РЬ — в мышцах.

5. Выявлена неблагополучная эпизоотическая ситуация по дифиллоботриозу сиговых промысловых рыб, причинами которой являются антропогенное загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками и ухудшение санитарно-гигиенического состояния водоемов. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

доложены на ежегодных научных конференциях преподавателей, научных сотрудников и аспирантов ФГБОУ ВПО Якутская государственная сельскохозяйственная академия, научно-производственной конференции «Роль аграрной науки в развитии сельскохозяйственного производства Якутии» (Якутск, 2007), III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий и устойчивого развития» (Вологда, 2010),

Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и инновационные тенденции развития аграрной науки» (Якутск, 2010), научно-практической конференции «Вклад молодежи в развитие аграрной науки» (Якутск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе в журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ - одна.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 136 страницах и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы, включающего 180 наименований источников, в том числе 27 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 40 рисунками и включает 13 таблиц.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проведены в Булунской и Якутской районных ветеринарно-испытательных лабораториях и на базе НИИ ветеринарной экологии ФГБОУ ВПО Якутская государственная сельскохозяйственная академия. Материал был собран в 2001-2010 гг. в низовьях и дельте реки Лена как возможных местах аккумуляции загрязняющих веществ с водосборного бассейна и местах нагула промысловых рыб.

Предметом и объектами исследований являлись пробы поверхностных вод и основные промысловые рыбы водоемов бассейна Нижней Лены. Отбор проб поверхностных вод проводили согласно ГОСТ 24481.

Исследовали содержание в воде таких загрязняющих металлов, как Zn, Си, Fe. Содержание меди определяли по ГОСТ 4388-72, ГОСТ Р 51309-99, цинка по ГОСТ 18293-72, ГОСТ Р 51309-99, железа по ГОСТ 4011-72.

Содержание тяжелых металлов (Pb, Cd, Hg, As) в воде, в органах и тканях промысловых рыб семейства сиговых (омуля, ряпушки нельмы) определяли методом атомно-абсорбционной спектрофотометрин (АСС) на анализаторе «Спектр-5». При этом из улова для анализа отбирали 5-10 экземпляров одноразмерных рыб. Для проб брали кусочки тканей жабр, мышц навеской 10-20 г и целиком печень. Рыб препарировали ножом из нержавеющей стали. Образцы помещали в полиэтиленовые пакеты и сразу замораживали для транспортировки и хранения. Для анализа образцы размораживали, взвешивали и сушили до постоянной массы при 105°С. Органическую матрицу удаляли методом мокрого озоления концентрированной азотной кислотой.

В пробах воды исследовали содержание биогенных веществ -соединений азота (нитриты, нитраты, азот аммонийный), общего фосфора и фосфатов. Нитриты определяли по ГОСТ 4192-82, нитраты по ГОСТ 1882673, азот аммонийный по ГОСТ 4192-82. Содержание в воде общего фосфора определяли по ПНД Ф 14.1.:2.106-97; фосфатов по ГОСТ 18309-98.

В местах отлова рыб проводили ветеринарно-санитарную экспертизу по органолептическим показателям согласно ГОСТ 7631-85 «Рыба, морские млекопитающие, морские беспозвоночные и продукты их переработки.

Правила приемки, органолептические методы оценки качества, методы отбора проб для лабораторных исследований».

Для исследования зараженности рыб плероцеркоидами дифиллоботриид и цистами миксоспоридий проведено паразитологическое вскрытие разных видов рыб - ледовитоморского омуля и ряпушки из разных участков нижнего течения р. Лена, по методике И.Е. Быховской-Павловской (1985). Эпизоотологическая ситуация по ихтиопаразитозам оценена по анализу статистической отчетности управления ветеринарии Булунского района с 2001 г.

Статистическая обработка результатов проведена по Г.Ф. Лакину (1990) с использованием общепринятых компьютерных программ -Microsoft Word, Microsoft Offis Exsel.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

1. Оценка уровня загрязнения воды и динамика концентрации тяжелых металлов в воде ннжней Лены

Оценка уровня загрязнения воды, концентрации тяжелых металлов и особенностей межгодовой и сезонной изменчивости концентраций загрязняющих веществ проводилась по результатам определения концентрации Си, Fe, Zn в воде, на основании ежемесячного и сезонного отбора проб воды. Из приоритетных загрязняющих металлов наибольшее внимание уделяется четырем, называемым «большой четверкой», - это РЬ, Hg, Cd и As, концентрации которых в воде незначительны и определялись по сезонам во время весенне-летнего и осенне-зимнего рыболовства. При этом исследования проводились в течение ряда лет, на единой методической основе с использованием рыбохозяйственных ПДК как наиболее жестких.

На основании этих данных рассчитывали среднегодовые концентрации загрязняющих веществ и сопоставляли с концентрацией взвешенных веществ в воде. Рассчитаны также среднепериодные концентрации: за 1998-2001; 2002-2004; 2005-2007; 2008-2010 гг. (табл. 1).

Из представленных данных видно, что среднепериодные концентрации взвешенных веществ увеличиваются от 1998 -го к 2010-му, в то время, как среднепериодные концентрации Zn стабильны и увеличиваются к 2008-2010 гг. Среднегодовые концентрации взвешенных частиц в воде Нижней Лены за период наблюдений изменяются в пределах от 28,38 в 2000 г. до 92,53 мг/л в 2010 г., что почти в три раза превышает среднегодовые концентрации.

Установлена слабоположительная корреляция концентрации цинка с концентрацией взвешенных веществ. Концентрации Fe уменьшались с 2005 по 2010 гг. и превышали ПДКвр. Максимальные значения концентрации железа наблюдались в 1998-1999 гг. и значительно превышали нормативные показатели - 7 и 8 ПДК, соответственно.

Таблица 1 - Среднегодовые концентрации металлов и взвешенных __веществ в воде, мг/л_

Год Взвешенные вещества Fe Си Zn

ПДК«, ПДКВП= 0,05 ПДКВП= 0,001 ПДКвп= 0,05

1998 32,25±3,24 0,810±0,070 0,003±0,0002 0,003±0,001

1999 29,57±1,28 0,700±0,050 0,003±0,0003 0,005±0,002

2000 28,38±0,84 0,540±0,070 0,003±0,001 0,016+0,004

2001 30,95±2,43 0,403±0,073 0,005±0,001 0,006±0,001

В среднем 30,28±1,95 0,613±0,065 0,004±0,001 0,007±0,002

2002 34.12+1,65 0,603±0,130 0,022±0,011 0,007±0,001

2003 33,50±2,17 0,609±0,135 0,006±0,001 0,007±0,001

2004 29,80±1,80 0,649±0,045 0,003±0.001 0,007±0,001

В среднем 32,47±1,87 0,62±0,103 0,010±0,004 0,007±0,001

2005 33,80±1,91 0,518±0,058 0,004±0,001 0,007±0,001

2006 33,28+1,52 0,534±0,054 0,005±0,001 0,008±0,00]

2007 32,85±2,59 0,353±0,037 0,014±0,008 0,007±0,001

В среднем 33,31 ±2,01 0,468±0,049 0,008±0,003 0,007±0,001

2008 37,06±2,01 0,343±0,019 0,006±0,001 0,008±0,001

2009 34,89±2,39 0,387±0,114 0,006±0,002 0,006±0,002

2010 92,53±16,75 0,696±0,210 0,010±0,003 0,012±0,004

В среднем 54,83±7,05 0,475±0,114 0,007±0,002 0,008±0,002

Концентрации Си в воде также превышали ПДКвр (от 4 до 10 ПДК) и практически удерживались на высоком уровне.

По многолетним данным Якутского УГМС наиболее высокий уровень загрязненности воды р. Лена наблюдался в среднем течении. Так, у г. Якутска максимальные концентрации соединений железа составляли 3,7 ПДК, меди - 23 ПДК, цинка - 9,8 ПДК. Повышенное содержание меди и железа в воде р. Лены объясняется, во-первых, природным фактором: Якутия считается богатой медоносной провинцией России (Фролов В.П., Уаров В.Ф., 2005), во вторых, антропогенным (промышленный сток).

Содержание в воде тяжелых металлов исследовали в 2005-2007 гг. во время сезона рыболовства. Концентрации Pb, Hg, Cd в воде незначительны и обнаружены в пределах ПДК. Во всех исследованных пробах воды As не обнаружен.

Анализ средних межгодовых (1998 - 2010 гг.) и внутригодовых (по месяцам) изменений концентраций взвешенных веществ и тяжелых металлов показал, что высокие концентрации всех исследованных металлов наблюдаются в весенний период (в мае - июне) во время подъема воды в реке за счет таяния снега и весеннего половодья. По данным литературы, река Лена выносит в район своей дельты довольно большое количество грунтовых частиц, в среднем 18 тыс. т в год, причем более 80% - в период весеннего половодья (Аржакова и др.,2007).

Аналогичные данные получены и по загрязняющим металлам. Так, максимальное содержание в воде железа также наблюдается в мае - 0,70 мг/л и июне -0,59, меди-в мае 0,008 мг/л и в июне-0,012.

В июле, когда водосборные площади уже достаточно промыты талыми водами, происходит снижение концентраций металлов, которое продолжается до августа. Осенью, в сентябре - октябре, отмечается некоторое увеличение концентраций практически всех исследованных металлов, которое, вероятнее всего, связано с двумя причинами: разложением отмирающих в этот период организмов и поступлением металлов с поверхностным стоком в результате увеличения в осенний период количества выпадающих осадков в регионе бассейна р. Лены. В период зимней межени концентрации взвешенных веществ и исследованных металлов значительно ниже весенне-летних показателей и практически одинаковы в течение зимнего сезона.

Межгодовая сезонная динамика содержания цинка в воде исследуемого района несколько отличается и в течение года колеблется в пределах от 0,005 до 0,01 мг/л. Так, максимально высокие концентрации отмечаются в апреле, июне и июле, соответственно, 0,01, 0,01 и 0,01мг/л. Минимальные концентрации - в феврале (0,006 мг/л), в мае (0,006 мг/л) и в августе (0,005 мг/л).

Многолетняя внутрнгодовая изменчивость концентраций цинка вероятнее всего зависит от природных факторов, поскольку территория Якутии богата породами содержащими свинцово-цинковые руды (Фролов, Уаров, 2005).

Установлена положительная корреляция концентрации железа и цинка с концентрацией взвешенных веществ, что, вероятно, связано с миграцией этих металлов в воде во взвешенной форме. Повышенные концентрации в воде железа и меди, возможно, связаны с природными факторами и попаданием промышленных сточных вод в бассейн реки Лены.

2. Динамика содержания и оценка уровня загрязнения воды Нижней Лены биогенными веществами

Для оценки уровня загрязнения воды р. Лены биогенными веществами были определены концентрации соединений азота (нитраты, нитриты, азот аммонийный и общий) и фосфора (фосфаты и общий фосфор).

Результаты исследования содержания соединений азота в воде Нижней Лены в 2000-2010 гг. представлены в таблице 2. Из этих данных видно, что среднегодовые концентрации аммонийного азота в период с 2000 по 2003 гг. относительно стабильны - соответственно от 4,27 до 4,98 мг/л. Эти показатели концентрации аммонийного азота в воде превышают ПДК в питьевой воде в 2 раза и 8,5 -10 раз ПДКар.

В 2004 г. наблюдалось резкое увеличение - до 9,81 мг/л, и затем постепенный спад концентрации аммония до 2,69 мг/л в 2010 г.

Концентрация аммонийного азота в воде Нижней Лены за исследованный период превышала нормативные показатели, и степень загрязнения водоема относили к классу «грязные» и «очень грязные».

Установлена положительная корреляция между концентрацией аммонийного азота и нитритов (г =0,66).

Таблица 2 - Среднегодовые концентрации соединений азота в воде,

мг/л

Азот Азот Азот Азот общий

Год аммонийный нитритов нитратов

ПДКвр= 0,5 ПДКвр= 0,08 ПДКвр= 40,0 ПДКвр= 0,32,0

2000 4,92±0,57 0,11±0,03 0,55±0,09 5,71±0,51

2001 4,27±0,48 0,04±0,01 0,23±0,02 4,69±0,72

2002 4,97±0,55 0,04±0,01 0,21±0,01 5,43±0,65

2003 4,98±0,56 0,05±0,01 0,21±0,01 5,67±0,71

2004 9,81±0,36 0,09±0,02 0,28±0,03 10,23±0,34

2005 5,64±0,62 0,04±0,01 0,24±0,03 6,07±0,66

2006 4,75±0,05 0,05±0,01 0,18±0,04 5,12±0,57

2007 3,96±0,42 0,02±0,001 0,13±0,02 4,10±0,43

2008 3,14±0,28 0,07±0,01 0,16±0,01 3,31±0,31

2009 2,77±0,59 0,05±0,01 0,23±0,06 3,42±0,59

2010 2,69±0,30 0,02±0,01 0,97±0,34 3,14±0,16

В среднем 4,72±0,43 0,05±0,01 0,31±0,06 5,17±0,51

Концентрации нитритов и нитратов в воде Нижней Лены практически не превышали ПДКвр. Концентрация нитратов также была минимальной и не превышала нормативные показатели.

Концентрации соединений азота (нитритов и нитратов) в воде Нижней Лены подвержены заметным сезонным колебаниям. При этом содержание нитритов и нитратов было незначительное, и в пределах нормативных показателей. В то время как концентрация ионов аммония в воде превышала нормативные показатели в 7-12 раз (ПДКвр) практически в течение периода исследований. Сезонные колебания концентрации ионов аммония характеризуются понижением весной и летом и повышением зимой. Повышенное содержание ионов аммония указывает на ухудшение санитарного состояния водоема, загрязненность его азотсодержащими веществами, поступающими с коммунально - бытовыми сточными водами и стоками предприятий различных отраслей промышленности.

Среднегодовые концентрации общего фосфора изменялись в широких пределах, от 0,62 мг/л в 2008 г. до 1,97 мг/л (в 2001 и 2005 гг.). Наибольшие концентрации общего фосфора зафиксированы с 2000 по 2006 гг. С 2007 г. наблюдался резкий спад концентрации фосфора.

Между тем из наших данных видно, что динамика содержания в воде фосфатов имеет аналогичную тенденцию. Повышенные концентрации фосфатов в воде наблюдались с 2000 по 2006 г., с максимальным показателем в 2006 г. Концентрация в воде фосфатов резко снижалась с 2007 г. почти в два раза. Так, если в 2006 г. содержание в воде фосфатов было 1,80 мг/л, то в 2007 г. - 0,84.

Избыточное содержание фосфатов отражает присутствие в водном объекте примесей удобрений, компонентов хозяйственно-бытовых сточных вод, разлагающейся биомассы (Можаев, 1976; Гусева и др., 2007).

Содержание соединений фосфора подвержено сезонным колебаниям, поскольку оно зависит от соотношения интенсивности процессов фотосинтеза и биохимического окисления органических веществ.

Характерной чертой летних месяцев является понижение содержания в воде общего фосфора и фосфатов из-за интенсивного потребления фосфора на образование автохтонного органического вещества. Тогда как, по нашим данным, заметного понижения концентрации общего фосфора и фосфатов не наблюдается. Максимальные концентрации общего фосфора и фосфатов выявлены весной во время весеннего половодья, что, вероятно, связано с вымыванием фосфатов из донных отложений, а также с поверхности почвы. Так общего фосфора в воде в мае было 1,91 мг/л, фосфатов - 1,76. В летние месяцы (июнь-август) идет понижение концентрации до уровня 1,33 и 1,45 мг/л.

В зимний период вновь наблюдается повышение концентраций общего фосфора и фосфатов. Различия в содержании фосфатов в зимние месяцы невелики.

Таким образом, вода Нижней Лены характеризуется значительным содержанием фосфатов в концентрациях, превышающих ПДКвр в 6-9 раз. Выявлена положительная корреляция между концентрацией взвешенных веществ и содержанием фосфатов в воде (г = 0,47). Просматривается следующая закономерность: наибольшие величины концентраций фосфатов характерны для весеннего периода, что связано с половодьем.

3. Динамика содержания и распределение тяжелых металлов в мышечной ткани и органах промысловых рыб Нижней Лены

Для выявления экологической безопасности и качества рыбной продукции нами было проанализировано содержание ряда тяжелых металлов в мышцах основных промысловых рыб - омуля, нельмы и ряпушки из низовья р. Лены. Сведения о накоплении тяжелых металлов в организме рыб необходимы для биологической индикации качества вод и мониторинга водных экосистем. Кроме того, при оценке полноценности рыбной пищевой продукции большое значение придается наличию в ней макро- и микроэлементов, которые в организме играют важнейшую биологическую и физиологическую роль.

Результаты исследования содержания тяжелых металлов (Ре, Си, Ъп, РЬ, Сс1, Hg) в мышечной ткани основных промысловых сиговых рыб представлены в таблице 3. Содержание в мышечной ткани тяжелых металлов у разных видов промысловых сиговых рыб невысокое, концентрации их различны и варьируют в пределах нормативных санитарных требований (ПДК для продовольственного сырья и пищевых продуктов).

Таблица 3 - Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани рыб _(Нижняя Лена лето-осень 2006 - 2007 гг.), мг/кг_

тм Ом уль Нельма Ряпушка

2006 2007 2006 2007 2006 2007

Ъ\\ 2,07±0,06 ЗД9±0,19 3,40±0,15 2,74±0,14 4,11±0,11 3,89±0,12

Си 0,51±0,01 1,34±0,24 14,14±0,34 13,52±0,52 1,19±0,06 1,38±0,06

Бе 3,70±0,22 4,13±0,39 4,57±0,22 3,92±0,37 1,69±0,15 0,99±0,14

РЬ 0,23±0,02 0,16±0,01 0,28±0,02 0.26±0,02 0,35±0,04 0,34±0,04

са 0,01±0,001 0,004±0,001 0,05±0,01 0.01±0,002 0,01±0,001 0,01±0,001

н8 0,01±0,001 0,003±0,001 0,002±0,0002 0,01±0,001 0,01±0,001 0,01±0,001

Содержание металлов в мышечной ткани нельмы уменьшается в ряду: Си > Хп > Бе > РЬ > Сс1 > Н§; в мышечной ткани омуля - Ре > Ъл > Си > РЬ > Сс1 > Щ; в мышечной ткани ряпушки - Ъл > Си > Ре > РЬ > Сё > Н§. По количеству доминируют медь, цинк и железо. Меди в мышцах нельмы почти в 4-5 раз больше средних показателей концентрации цинка.

В мышцах омуля концентрация меди была небольшая. Концентрация цинка превышала концентрации меди и железа в мышцах ряпушки.

Заметных отличий в содержании тяжелых металлов в мышечной ткани исследованных рыб по годам исследования не обнаружено.

Высокое содержание цинка, меди и железа определяется тем, что они широко распространены в окружающей природной среде. Так, средние концентрации меди в воде рек и озер составляют 7 мкг/л, в океанах - 0,9. Важная роль в процессе миграции меди в гидросфере принадлежит гидробионтам; некоторые виды планктона концентрируют медь в 90 тысяч раз выше. Содержание меди в почвах составляет в среднем 15-20 мкг/кг ( Стожаров, 2007).

В наших исследованиях в мышцах промысловых сиговых рыб концентрации кадмия и ртути были незначительны, в пределах нормативных показателей. Но в отличие от омуля и ряпушки в мышцах нельмы концентрация кадмия была выше в 5 и более раз.

Таким образом, содержание тяжелых металлов в мышечной ткани промысловых сиговых рыб невысокое и обнаружено в концентрациях, не превышающих нормативные показатели. По абсолютному количественному содержанию доминируют цинк, медь и железо, что свидетельствует о широкой распространенности этих металлов в окружающей среде и воде. Кроме того, они играют важную биологическую и физиологическую роль в жизнедеятельности водных организмов, в связи с чем они являются важными

компонентами и аккумулируются в их организме. Наименьшее накопление кадмия и ртути в организме рыб можно объяснить тем, что содержание данных элементов в чистом виде, и в земной коре и в воде невелико.

Анализ распределения тяжелых металлов (железа, меди, пинка, свинца, кадмия, ртути и мышьяка) в мышечной ткани и органах основных промысловых видов рыб проводили по материалам из разных рыболовных участков нижнего течения р. Лены.

Содержание железа, меди, цинка, свинца, кадмия и ртути в мышечной ткани и органах омуля показано на рисунке 1 и таблице 4.

Таблица 4 - Содержание металлов в мышечной ткани и органах омуля, мг/кг

тм Мышцы Печень Жабры

2006 г., лето 2009 г., зима 2006 г., лето 2009 г., зима 2009 г., зима

Ре 3,70±0,22 2,75±0,80 44,89±1,01 56,06±5,17 36,18±6,65

Си 0.51±0,01 2,27±0,37 5,11±0,15 17,89±5,11 1,03±0,19

Ъп 2,07+0,06 2.82±0,58 11,11±0,20 10,04±1,20 7,83±1,27

РЬ 0,23±0,02 0,41±0,08 0.21±0.02 0Д4±0,051 0,003+0,003

Сс1 0,01±0,001 0,003±0,001 0,06+0,01 0,02±0,005 0,02±0,005

Нд 0,01 ±0,001 0,01 ±0,002 0,01±0,002 0,04±0,01 0,04±0,01

АБ - - - 0.33±0,05 0,18±0,05

Примечание. «-» металл не обнаружен.

Из таблицы видно, что содержание металлов в мышечной ткани и органах омуля уменьшается в рядах: в мышцах - Бе > Ъл. > Си > Мп > РЬ > Щ > Сс1, в печени - Ре > Си > Ъъ > Мп > Аз > РЬ > С<Л > Н£, в жабрах - Ре > гп > Си > Мп > Аб > ^ > Сс! > РЬ.

Во всех исследованных органах и мышечной ткани в наибольшем количестве содержится железо, на втором месте находятся цинк и медь, и в минимальном количестве обнаружены свинец, кадмий и ртуть.

60 |

50 V

о: I 40 !" ж Ре

а X 30 «Си

X о 20 -Г X й 2п

10 ('" ■ - вИШвр......... 0 Ь!ышцы ||11§........

Печень Жабры

Рис. 1. Содержание железа, меди и цинка в органах и тканях омуля, мг/кг

Содержание цинка в органах и тканях омуля снижается в ряду: печень > жабры > мышцы. При этом выявлена достоверная разность между концентрацией цинка в мышцах и жабрах (Р<0,05) между печенью и мышцами (Р<0,01).

Наибольшие концентрации меди обнаружены в печени омуля, тогда как в мышцах и жабрах в несколько раз меньше. Наблюдается достоверная разница между содержанием меди в мышцах и жабрах (Р<0,05).

Наибольшая концентрация свинца обнаружена в мышцах омуля, а наименьшая в жабрах (Р<0,01).

По результатам наших исследований, содержание кадмия в мышцах и органах омуля было невысоким. Наибольшая концентрация кадмия обнаружена в печени омуля. Разность между концентрацией кадмия в печени и мышцах достоверна (Р<0,05) и в мышцах, и в жабрах (Р<0,05).

Содержание ртути в мышцах и органах омуля уменьшается в ряду: печень > жабры > мышцы.

Концентрации кадмия и ртути в мышцах и органах омуля ниже чем предельно допустимые значения, установленные контролирующими рыбохозяйственными и санитарно-гигиеническими органами, что свидетельствует о благоприятной экологической ситуации данной водной экосистемы для гидробионтов. Так, содержание кадмия в мышцах омуля в 20 раз ниже, чем ПДК, в печени - 3-10, ртути - в 30 раз, в жабрах - в 7 раз.

Таким образом, концентрация исследуемых тяжелых металлов в мышцах и органах омуля снижается в ряду: железо > медь > цинк > свинец > ртуть > кадмий (в мышцах); железо > цинк > медь > свинец > ртуть > кадмий (в печени) и железо > цинк > медь > ртуть > кадмий > свинец (в жабрах). Во всех органах по количеству доминирует железо, затем цинк и медь. В минимальном количестве обнаружены свинец, кадмий и ртуть. Все исследованные металлы в наибольшей степени аккумулируются в печени.

Согласно данным наших исследований (табл. 5), содержание металлов в мышцах и органах ряпушки можно расположить в ряды: Ре - печень > жабры > мышцы, Си - печень > мышцы > жабры, 7п - печень > мышцы > жабры, РЬ - печень > мышцы >жабры, Сс1 - печень > жабры > мышцы, Ая -жабры > печень > желудок > икра > мышцы. Содержание ртути невысокое в мышцах и органах ряпушки.

Железа в печени ряпушки (Р<0,001) в десять раз больше, чем в мышцах (Р<0,001). Наибольшее содержание железа обнаружено и в жабрах, что связано, как указывалось выше, с многогранной биохимической ролью железа в организме рыб и аккумуляцией его в печени и жабрах, где кровь активно циркулирует и накапливается.

Концентрации меди максимальны в печени ряпушки и намного выше, чем в мышцах и жабрах. Обнаружена высоко достоверная разница между содержанием меди в печени и мышцах (Р<0,001) и между печенью и жабрами (Р<0,001). Как было указано выше, медь концентрируется в печени,

поскольку поступление ее в организм рыб связано с питанием, а не с водой. Накопление меди в печени рыб связано, как было отмечено выше, с важной ролью печени в метаболизме меди в организме.

Таблица 5 - Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани и _органах ряпушки (осень-зима 2006 г.) мг/кг_

тм Мышцы Печень Жабры

Fe 1,69±0,15 17,35±2,31 11,01±0,46

Си 1,19±0,06 33,25±0,19 0,33±0,12

Zn 4,11±0,11 12,87±0,20 2,30±0,23

Pb 0,35±0,04 0,37±0,04 0,02±0,002

Cd 0,01±0,00l 0,08±0,003 0,04±0,02

Hg 0,01±0,001 0,01±0,001 0,01 ±0,001

As - - 0,02±0,003

Примечание «-» металл не обнаружен.

Содержание тяжелых металлов в мышцах и органах ряпушки исследовали в течение рыболовного сезона в 2006-2007 гг. и в 2010 г. результаты исследований приведены в таблице 6.

В наибольшем количестве свинец обнаружен в печени ряпушки, но не превышал норму. В жабрах содержание свинца небольшое.

В 2010 г. определяли содержание свинца в желудке и икре ряпушки. Концентрация свинца в желудке составляла 0,011±0,009 мг/кг. В икре свинец не обнаружен (рис. 2). Допустимый уровень содержания свинца в рыбе свежей, охлажденной и мороженой пресноводной не более 1,0 мг/кг ( Стрекозов и др., 1998).

Таблица 6 - Средние концентрации тяжелых металлов в органах и _ тканях ряпушки (осень-зима 2010 г.), мг/кг. _

Орган и ткань РЬ Cd Hg As

Мышцы - 0,079±0,02 0,001±0,0002 0,019±0,005

Жабры 0,017±0,012 0,113±0,087 0,011±0,0076 0,036±0,012

Печень 0,02±0,003 0,161±0,011 0,0013±0,0001 0,033±0,003

Желудок 0,011±0,009 0,091 ±0,009 0,0012±0,0011 0,028±0,006

Икра - 0,058±0,013 0,0011±0,0001 0,03±0,01

Примечание. «-» металл не обнаружен.

Из всех исследованных тяжелых металлов невысокие концентрации ртути обнаружены в мышцах и органах ряпушки. Так, содержание ртути в мышцах колеблется от 0,001 до 0,01 мг/кг, в печени - от 0,0013 мг/кг; в жабрах - 0,01 до 0,011 мг/кг. Незначительное накопление обнаружено в желудке и икре ряпушки.

0.02 г"

к

ПЗ О-

ЯРЬ

Рис.2. Содержание свинца и ртути в мышцах, органах и икре ряпушки (осень-зима 2010 г.), мг/кг,

В пределах допустимых нормативных уровней (при ДДК=0,2 мг/кг) кадмий выявлен во всех исследованных органах и мышцах ряпушки. Наибольшее содержание его отмечено в печени.

Наибольшее содержание мышьяка обнаружено в жабрах ряпушки, печени и желудке. Накопление мышьяка в икре ряпушки составляет 0,03 мг/кг, в мышцах - 0,019 мг/кг. Накопление мышьяка в мышцах и органах ряпушки, хотя и в незначительных количествах, возможно, связано с антропогенным загрязнением воды р. Лены и последующей миграцией по экологической цепи в организм гидробионтов.

Распределение тяжелых металлов в мышцах и органах нельмы показано на рисунке 3 и таблице 7. Из представленных данных видно, что содержание металлов в мышцах и органах уменьшается в рядах: в мышцах -Си > Ре > 2п > РЬ > Сс1 > Н§, в жабрах - Ре > Ъ\л > Си > РЬ > Аз > ^ > Сс1, в печени - Ре > Си > Ъ\\ > Аз > РЬ > Сс1 >

Таблица 7 — Средние концентрации тяжелых металлов в мышцах _и органах нельмы (лето-осень), мг/кг__

тм Мышцы Печень Жабры

2007 2009 2007 2009 2009

Ре 4,57±0,22 4,56±0,35 61,65±4,90 70,93±2,15 22,15±5,26

Си 14,14±0,34 13,85±0,33 51,46±1,58 48,76±1,86 2,74±0,81

гп 3,40±0.15 3,21 ±0,32 11,18±0,24 7,90±0,33 13,41 з=0,66

РЬ 0,28±0,02 0,34±0,04 0,42±0,02 0,02±0,003_ 0,12±0,05

Сс1 0,05±0,01 0,02±0,001 0,12±0,02 0,02±0,004 0,01±0,01

НЕ 0,002±0,0002 0,01±0,002 0,01±0,001 0,03±0,01 0,02±0,01

АБ - - - 0,20±0,07 0,04±0,04

Примечание. «-» металл не обнаружен.

Наибольшие концентрации железа и меди обнаружены в печени нельмы, уровень их изменялся от 61,7 до 70,93±2,2 мг/кг. Обнаружена высокодостоверная разность между концентрацией железа в печени и мышцах (Р<0,001), в печени и жабрах, в мышцах и жабрах.

Выявлена также высоко достоверная разница (Р<0,001) между содержанием меди в печени и мышцах, в печени и жабрах, в мышцах и жабрах.

Допустимый уровень содержания меди в рыбе свежей, охлажденной и мороженой пресноводной хищной не более 10,0 мг/кг (Стрекозов и др., 1998). Как видно из данных наших исследований, содержание меди в печени нельмы превышает требуемые нормативные показатели в 4-5 раз, в мышцах превышает незначительно. По остальным металлам превышение требуемых норм не наблюдается. Содержание железа не нормируется.

о —------------——-------------------

Мышцы Печень Жабры

Рис. 3. Содержание железа, меди и цинка в мышцах и органах нельмы, мг/кг

В жабрах нельмы содержание цинка было наибольшим (рис.3). При этом выявлена высокодостоверная разность между содержанием цинка в печени и мышцах (Р<0,001), в печени и жабрах и в мышцах и жабрах.

Накопление цинка в жабрах нельмы указывает на возможное поглощение этого металла организмом рыбы из воды, поскольку наблюдается повышенная концентрация цинка в воде р. Лены.

По данным исследований 2009 г., содержание свинца было наибольшее в мышцах, наименьшее - в печени (рис. 3). Установлена высокодостоверная разность между концентрацией свинца в печени и мышцах (Р< 0,001), в мышцах и жабрах.

В мышцах и органах концентрации ртути и кадмия невысокие - в пределах нормативных показателей (табл. 7). В то же время выявлена достоверная разница между концентрацией ртути в печени и мышцах нельмы.

Мышьяк обнаружен в жабрах и печени в незначительных концентрациях. В мышцах мышьяк не обнаружен, что, возможно,

объясняется наименьшим его содержанием в водной экосистеме, а также биологическими особенностями мышечной ткани.

Таким образом, в мышцах и органах нельмы все исследованные тяжелые металлы обнаружены в концентрациях, не превышающих требуемые нормативные показатели. Как и у других видов рыб (омуля, ряпушки), все исследуемые тяжелые металлы накапливаются в печени, кроме свинца, который в наибольшей степени концентрируется в мышцах.

В печени и жабрах исследованных видов сиговых рыб железа, меди и цинка значительно больше, чем в мышцах. Поскольку печень рыб является основным органом депонирования и играет важную роль в метаболизме. Так, концентрация железа в печени была большей, чем в мышечной ткани, в 20 раз у омуля, в 10 раз у ряпушки ив 15 раз у нельмы. Концентрация меди в печени превышала содержание меди в мышцах в 3,5 раза у нельмы, в 8 раз у омуля и в 27 раз у ряпушки.

Отмечается повышенное содержание цинка в жабрах рыб. Так, в жабрах нельмы его больше, чем в мышцах, в 4 раза, у омуля в 2,5 раза. Повышенные концентрации цинка в жабрах рыб, вероятно, обусловлены биохимическими процессами биоконцентрирования элемента из окружающей водной среды.

Очевидно, накопление железа, меди и цинка в жизненно важных органах рыб объясняется тем, что эти металлы одновременно являются микроэлементами и элементами антропогенного воздействия.

В соответствии с требованиями СанПиНа, содержание тяжелых металлов контролируется в целях сертификации и определения безопасности продукции. Содержание железа не нормируется, содержание меди допускается в пределах 10, цинка - 40 мг/кг. Фактическое содержание исследованных металлов (меди и цинка) в мышцах и жабрах омуля из Нижней Лены не превышает критического значения. Установлено, что концентрации меди превышают допустимые уровни нормативов в печени ряпушки в 3 раза, в печени омуля в 1,7 раза, в печени нельмы в 4,8 раза, незначительное превышение меди отмечено в мышцах нельмы.

Концентрации ртути в мышцах и органах рыб невысокие, наибольшее содержание выявлено в печени и жабрах нельмы и омуля, что, вероятно, связано с поглощением этих металлов с пищей и усвоением элементов из воды. Мышьяк обнаружен в незначительном количестве только в печени и жабрах нельмы и ряпушки.

Таким образом, распределение тяжелых металлов в мышцах и органах исследованных видов промысловых рыб из бассейна Нижней Лены неоднородно. Концентрации тяжелых металлов: свинца, кадмия, ртути и мышьяка - в организме рыб невысокие и не превышают нормативные требования СанПиН.

4. Саннтарно-гигненическая оценка промысловых рыб из водоемов бассейна Ннжнен Лены и экологическая безопасность рыбы

В современных условиях реальную опасность представляет ухудшение экологической обстановки в трофической цепи «окружающая среда —> растение —> животное (рыба) —► человек». В результате происходит загрязнение пищевых продуктов контаминантамн не только техногенного, но и биологического происхождения, не безопасными для человека.

Для предупреждения инфекционных и инвазионных болезней, распространяющихся среди людей и животных через рыб, возникает необходимость исследования промысловых рыб на наличие паразитов и проведения ветеринарно-санитарной экспертизы. Кроме того, рыба является ценным пищевым продуктом и источником пищевого белка и жира. В связи с вышеизложенным, в этой главе рассмотрены биологическая ценность и качество рыбной продукции и рыбной пищи, данные по паразитофауне основных промысловых сиговых рыб и эпизоотологнческая ситуация по ихтиопаразитозам в Булунском районе Республики Саха (Якутия).

Основные промысловые рыбы из водоемов бассейна р. Лены поражены различными видами паразитов, а зараженная рыба опасна как источник возможного заражения человека. Кроме того, паразиты вызывают истощение и вообще ухудшают санитарно-гигиенические показатели, питательные, вкусовые и другие товарно-пищевые свойства рыбы. Независимо от степени зараженности вся эта рыба считается условно годной и допускается к использованию в пищу только после обработки согласно действующим инструкциям: засолка, замораживание, копчение, консервирование и др.

Промысловые рыбы из водоемов низовья р. Лены наиболее поражены эндопаразитами, представителями простейших класса Миксоспоридии и различными гельминтами, в основном цестодами отряда Лентецы. В связи с этим были проведены паразитологические исследования промысловых сиговых рыб и изучена эпизоотическая ситуация по ихтиопаразитозам в Булунском районе Якутии.

Зараженность омуля плероцеркоидами дифиллоботриид (табл. 8) по разным рыболовным участкам варьировала от 5 до 25 %, в среднем 10-15. Анализ эпизоотических данных по дифиллоботриозу омуля показывает, что территория Булунского района неблагополучна по данной эпизоотии. Эпизоотологическне данные по ряпушке свидетельствуют о незначительном заражении плероцеркоидами дифиллоботриид.

Зараженность миксоспоридиями омуля составляля в среднем от 4 до S%, при этом замечено, что поражаются в основном взрослые особи рыб (4-8 лет). Аналогичные данные имеются в исследованиях H.H. Поморцева (2002).

Таблица 8 - Динамика зараженности омуля плероцеркоидами дифиллоботриид в низовьях р. Лены Булунском районе Якутии

Год

Рыболовный участок

Сиктях

Кюсюр

Хатыстах

Тит-Арыы

Быков Мыс

кол-во проб

%

заражения

кол-во проб

%

заражения

кол-во проб

%

заражения

кол-во проб

%

заражения

кол-во проб

2000 2001 2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

321 311 1631 1152 216 241 164 897 183 470 645

10

12

15 10

15

1003 854 1035 562 763 1207 1165 624 1314 302 214

15 25 15 15 18 15 25 12 10 10

267 250 167 191 112 169 232 138 196 87 206

10 10 15 15 12 18 15

15

136 235 185 607 281 160 210 252 156 167 181

10 15 10 10 12 10 15 10

412 542 743 882 297 654 612 767 321 197 964

Таким образом, эпизоотическая ситуация по дифиллоботриозу сиговых промысловых рыб неблагополучная. Основными факторами неблагополучия являются антропогенное загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками и ухудшение санитарно-гигиенического состояния водоемов.

ВЫВОДЫ

1. Анализ многолетней динамики (1998-2010 гг.) содержания в воде загрязняющих веществ показывает, что концентрации Си в воде превышают ПДКвр (от 4 до 10 ПДК), Бе - 7 и 8 ПДК. Повышенное содержание меди и железа в воде р. Лены, очевидно, объясняется следующими факторами: во-первых, природным, поскольку Якутия считается богатой меденосной провинцией России и, во-вторых, антропогенным (промышленный сток). Концентрации Ъл., РЬ, С(1 в воде незначительны и не превышают ПДКвр.

2. Динамика содержания загрязняющих веществ в воде Нижней Лены характеризуется сезонной изменчивостью. Наибольшие концентрации взвешенных веществ и загрязняющих металлов наблюдаются во время весенне-летнего половодья. Установлена положительная корреляция концентрации железа и цинка с концентрацией взвешенных веществ, что, вероятно, связано с миграцией этих металлов в воде во взвешенной форме.

3. Концентрации нитритов и нитратов в воде незначительны, - в пределах ПДКВр. В то время как концентрации ионов аммония в воде превышают нормативные показатели в 7-12 раз (ПДКвр) практически в течение

периода исследований, что свидетельствует об ухудшении санитарного состояния водоема и загрязненности его азотсодержащими веществами, поступающими с коммунально - бытовыми сточными водами и стоками предприятий различных отраслей промышленности,

4. Концентрации биогенных веществ подвержены заметным сезонным колебаниям. Максимальные концентрации общего фосфора и фосфатов выявлены весной во время весеннего половодья, что, вероятно, связано с вымыванием фосфатов из донных отложений, а также с поверхности почвы. При этом содержание фосфатов в воде превышает ПДКвр в 6-9 раз. Выявлена положительная корреляция между концентрацией взвешенных веществ и содержанием фосфатов в воде (г = 0,47).

5. Выявлено, что концентрации тяжелых металлов: РЬ, Сс1, Н§ и Аз - в мышцах и органах исследованных промысловых рыб невысокие и не превышают нормативные требования СанПиН. По абсолютному количественному содержанию доминируют Хп, Си и Ре, что свидетельствует о широкой распространенности этих металлов в окружающей среде и воде. Накопление железа, меди и цинка в жизненно важных органах рыб объясняется тем, что эти металлы одновременно являются микроэлементами и элементами антропогенного воздействия.

6. Распределение тяжелых металлов в мышцах и органах исследованных видов промысловых рыб из бассейна Нижней Лены неоднородно. Наибольшая концентрация элементов характерна для печени, что определяется обменно-депонирующей функцией этого органа. Концентрации меди превышают допустимые уровни нормативов в печени ряпушки в 3 раза, омуля - в 1,7, нельмы - в 4,8 раза и незначительное превышение меди отмечено в мышцах нельмы. Наибольшее содержание выявлено в печени и жабрах нельмы и омуля, что, вероятно, связано с поглощением этих металлов с пищей и усвоением элементов из воды.

7. Зараженность миксоспоридиями омуля составляет в среднем от 4 до 8%, при этом замечено, что поражаются в основном взрослые особи (4-8 лет). Зараженность омуля плероцеркоидами дифиллоботриид по разным рыболовным участкам варьирует от 5 до 25 %, в среднем 1015%. Эпизоотическая ситуация по дифиллоботриозу сиговых промысловых рыб неблагополучная. Основными факторами неблагополучия являются антропогенное загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками и ухудшение санитарно-гигиенического состояния водоемов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Полученные данные имеют практическое значение и используются в ежегодных мониторинговых исследованиях водоемов ветеринарно-

испытательными лабораториями и отражены в материалах годовых отчетов Департамента ветеринарии Республики Саха (Якутия).

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Попова Н.В. Комплексная оценка загрязнения воды Нижней Лены и качество рыбной продукции/ Н.В. Попова, Л.Н. Маркова // Аграрный вестник Урала. - 2008 - №1 (43). - С. 65- 66.

2. Маркова Л.Н., Интегральная оценка качества воды по гидрохимическим показателям/ Л.Н. Маркова, Н.В. Попова// Наука в аграрном вузе: инновации, проблемы и перспективы: сб. материалов конф. - Якутск: Изд-во ЯГУ, 2007. - С. 159.

3. Попова Н.В. Комплексная оценка качества воды Нижней Лены и содержание тяжелых металлов в мышечной ткани промысловых рыб /Н.В. Попова, Л.Н. Маркова // Роль аграрной науки в развитии сельскохозяйственного производства Якутии: сб. материалов науч.-произв. конф. - Новосибирск: Агрос, 2007. -С.225-228.

4. Попова Н.В. Загрязнение воды Нижней Лены и экологическая безопасность рыбной продукции/ Н.В. Попова, Л.Н. Маркова// Проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий и устойчивого развития: Тр. Всерос. науч.-практ. конф. -Вологда: ВоГТУ, 2010. - С. 105-108.

5. Попова Н.В. Биогенные компоненты воды и экологическая безопасность рыбной продукции/ Н.В. Попова, Л.Н. Маркова // Сб. тр. междунар. науч.-практ. конф. -Якутск: Сфера, 2010. - С.139-142.

6. Маркова Л.Н. Эпизоотическая ситуация по ихтиопаразитозам в Булунском районе Республики Саха (Якутия) // Материалы науч.-практ. конф., посвящ. 55-летию аграрного образования в Республике Саха (Якутия). - Якутск: Сфера, 2011. - С.86-88.

Подписано в печать 06 марта 2012 г. Формат 60x84 Ч^. Объем 1,0 уч.-изд. л., 1,0 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 457

Отпечатано в издательстве Новосибирского государственного аграрного университета 630039, Новосибирск, ул. Добролюбова, 160, каб.106. Тел./факс (383) 267-09-10. E-mail: 2134539@mail.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Маркова, Людмила Николаевна, Якутск

61 12-3/1236

ФГБОУ ВПО «Якутская государственная сельскохозяйственная академия»

На правах рукописи

Маркова Людмила Николаевна

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЧНОЙ ВОДЫ И ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБ БАССЕЙНА НИЖНЕЙ ЛЕНЫ

03.02.08-Экология

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент Н.В. Попова

Якутск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

ГЛАВА 1. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДОЕМОВ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) 9

1Л. Загрязнение воды тяжелыми металлами и особенности их биологического и токсического действия на организмы 9

1.2. Загрязнение водоемов биогенными веществам 18

1.3. Характеристика экологического состояния водоемов Якутии в

связи с антропогенным воздействием 22

1.4. Современное состояние рыбных ресурсов Якутии, промысел

рыбы на Нижней Лене и качество рыбной продукции 29

ГЛАВА 2. РАЙОН РАБОТ. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 37

2.1. Природные особенности района работ 37

2.2. Материалы и объекты исследования 43

2.3.Методы исследования 53 ГЛАВА 3. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ МЕЖГОДОВОЙ И СЕЗОННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ В ВОДЕ НИЖНЕЙ ЛЕНЫ 55

3.1. Оценка уровня загрязнения воды и динамика концентрации

тяжелых металлов в воде Нижней Лены 55

3.1.1. Динамика содержания тяжелых металлов в воде Нижней Лены 55

3.1.2. Межгодовая сезонная и среднемесячная изменчивость концентраций тяжелых металлов в воде Нижней Лены 65

3.2. Динамика содержания и оценка уровня загрязнения воды Нижней Лены биогенными веществами 70

3.2.1. Межгодовая и сезонная динамика содержания соединений

азота в воде Нижней Лены 70

3.2.2. Межгодовая и сезонная динамика содержания общего

фосфора и фосфатов в воде Нижней Лены

78

ГЛАВА 4. ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБАХ НИЖНЕЙ

ЛЕНЫ 83

4.1. Содержание тяжелых металлов в мышечной ткани основных промысловых сиговых видов рыб (омуль, ряпушка, нельма)

реки Лены 83

4.2. Распределение тяжелых металлов в жабрах, мышечной

ткани и печени сиговых видов рыб 89

4.2.1. Ледовитоморской омуль 90

4.2.2. Сибирская ряпушка 95

4.2.3. Нельма 101 ГЛАВА 5. САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПРОМЫСЛОВЫХ РЫБ ИЗ ВОДОЕМОВ БАССЕЙНА НИЖНЕЙ

ЛЕНЫ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РЫБНОЙ

ПРОДУКЦИИ 109

5.1. Паразитофауна промысловых сиговых рыб Нижней Лены 110

5.2. Эпизоотологическая ситуация по ихтиопаразитозам в

Булунском районе Республики Саха (Якутия) 113

ВЫВОДЫ 119

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 121

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Водоемы Крайнего Севера издавна привлекают внимание исследователей в связи с их высокой рыбохозяйственной значимостью, как источники пресной воды и водные транспортные пути. Наиболее активные исследования северных водных экосистем начались сравнительно недавно, но они все еще остаются недостаточно изученными. Пресноводные экосистемы, в силу их важности для жизнедеятельности человека, представляют особый интерес при оценке качества окружающей среды, и их состояние может быть показателем загрязненности всего исследуемого региона. В связи с этим исследование особенностей пресноводных экосистем в условиях антропогенного воздействия может служить для оценки их устойчивости, основой для рационального использования их ресурсов и охраны.

В последние десятилетия довольно большое количество работ посвящено исследованию загрязнения природных пресных вод химическими веществами, выявлению фонового уровня концентраций отдельных загрязняющих веществ в компонентах экосистемы и оценке их воздействия на гидробионты, исследованию содержания микроэлементов, тяжелых металлов в промысловых гидро-бионтах. В экологической цепи вода - гидробионты может идти накопление экологически опасных веществ, что в конечном итоге отражается на функциональном состоянии всех звеньев экосистемы и ее продуктивности, а также на здоровье человека как потребителя конечной продукции водоема - рыбы (Ту-тельян, 1987; Руднева, 2001).

Рыбы способны аккумулировать тяжелые металлы даже в тех случаях, когда содержание их в воде не превышает установленных предельно допустимых норм. Под действием токсических веществ в организме рыб могут происходить патологические изменения на молекулярном, организменном и популя-ционном уровнях. Водные организмы реагируют на изменения среды, в том числе и на концентрацию загрязняющих металлов и биогенных элементов в

воде. Поэтому исследование и контроль изменения уровней содержания металлов в организмах актуальны и необходимы.

Исследование концентраций загрязняющих веществ в водоемах Якутии, содержания микроэлементов, в том числе тяжелых металлов в воде и гидро-бионтах, в частности в рыбах, начато сравнительно недавно, и, несмотря на наличие ряда работ (Саввинов и др., 1993; Габышева, 2001; Нюкканов, 2005; Хо-дулов, 2007), многие экологические аспекты этой проблемы освещены слабо или не изучались.

Рыбы являются важным компонентом водных экосистем, кроме того, промысловые рыбы - один им из основных источников белкового сырья и микроэлементов для человека. В связи с загрязнением водной среды, оценка качества рыбного сырья с точки зрения экологической безопасности: содержания в нем токсичных металлов и пораженности инвазиями, общими для человека и животных - особенно актуальна.

Цель и задачи исследования. Целью исследования являлась оценка гидрохимических показателей загрязнения воды Нижней Лены тяжелыми металлами, биогенными веществами и накопления тяжелых металлов в органах и мышечной ткани промысловых рыб. Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

1. Провести в течение ряда лет на единой методической основе систематические (ежемесячные, ежегодные) наблюдения за содержанием тяжелых металлов (Бе, Ъп, Си, Сс1, РЬ, Щ ) и биогенных веществ - соединений азота и фосфатов в воде нижнего течения р. Лены.

2. Выявить межгодовые и внутригодовые изменения по месяцам концентраций загрязняющих веществ в воде нижнего течения р. Лены.

3. Определить содержание и выявить особенности распределения металлов (железа, меди, цинка, свинца, кадмия, ртути и мышьяка) в мышечной ткани и органах промысловых сиговых рыб (омуль, нельма, ряпушка), оценить содержание токсичных элементов (РЬ, Сё, Н§, Аз) в мышечной ткани и органах рыб согласно СанПиН 2.3.2.1078-01.

4. Определить зараженность промысловых рыб цистами миксоспоридий и плероцеркоидами паразитических гельминтов (дифиллоботриид), проанализировать эпизоотическую ситуацию по ихтиопаразитозам в Булунском районе Республики Саха (Якутия).

Научная новизна. В работе установлены фоновые уровни содержания загрязняющих металлов (меди, железа, цинка, свинца, кадмия, ртути) и биогенных веществ (соединений азота и фосфатов) в воде Нижней Лены. Дана оценка современного состояния загрязнения воды бассейна Нижней Лены с учетом ретроспективного анализа, что позволило прогнозировать изменение экологической ситуации в районе и принимать обоснованные решения по ее улучшению и охране.

Впервые исследовано содержание и распределение элементов группы тяжелых металлов в мышцах и органах промысловых сиговых рыб из бассейна нижнего течения р. Лены. Установлено, что независимо от видовой принадлежности и типа питания (образа жизни) Бе, Си, Ъп, РЬ, Сё, Е^ концентрируются в основном в печени и жабрах.

Изучена эпизоотическая ситуация по ихтиопаразитозам в Булунском районе Республики Саха (Якутия) в связи с выявлением качества рыбной продукции. Установлено, что уровень зараженности промысловых рыб плероцеркоидами дифиллоботриид зависит от качества речной воды и антропогенного загрязнения. Частота встречаемости цист миксоспоридий в мышцах сиговых видов рыб практически одинакова, поэтому выбраковка рыб возможна для повышения товарного качества рыбопродукции.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы в качестве банка данных для последующих исследований и решений конкретных задач мониторинга водной среды, а также при разработке хозяйственных и природоохранных мероприятий в районах рыболовства. Результаты могут иметь большое значение при сравнительной оценке экологической ситуации водоемов бассейна р. Лены и других северных территорий.

Исследование динамики накопления тяжелых металлов в органах и тканях рыб позволить накапливать информацию о фоновом содержании изучаемых элементов и позволить дать интегрированную оценку антропогенной нагрузки на водоемы.

Результаты исследований расширяют представления об антропогенной нагрузке на водные экосистемы севера Якутии, о пищевой ценности, качестве и безопасности рыбы, микроэлементном составе ценных промысловых сиговых рыб из бассейна Нижней Лены.

Материалы исследования внедрены в учебный процесс при изучении дисциплин «Экология», «Биология с основами экологии», «Проблемы ветеринарной экологии в Якутии», «Охрана окружающей среды» и «Экология Якутии» для студентов ФГБОУ ВПО Якутская ГСХА и биолого-географического факультета ФГАОУ ВПО Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова. Полученные данные используются также в учебном процессе при подготовке и переподготовке кадров в Институте повышения квалификации и переподготовки кадров АПК Министерства сельского хозяйства Республики Саха (Якутия).

Положения, выносимые на защиту:

1. Концентрации Ъп, РЬ, Н§, Сс1 в воде Нижней Лены незначительны и не превышают ПДКвр. Концентрации Си в воде превышают ПДКвр (от 4 до 10 ПДК), Ре - 7 ПДК и 8 ПДК.

2. Превышение концентрации ионов аммония в воде в 7-12 раз в сравнении с ПДК объясняется загрязненностью водоема азотсодержащими веществами.

3. Концентрации биогенных веществ зависят от сезона года. Наибольшая концентрация общего фосфора и фосфатов выявлена весной. При этом содержание фосфатов в воде превышает ПДКвр в 6-9 раз.

4. Распределение загрязняющих металлов в мышцах и органах рыб характеризуется неоднородностью, что зависит от функциональных особенностей тканей и органов. Бе, Си, Ъл, Сё и Н§ максимально концентрируются в печени и жабрах рыб, РЬ - в мышцах.

5. Выявлена неблагополучная эпизоотическая ситуация по дифиллоботрио-зу сиговых промысловых рыб, причинами которой являются антропогенное загрязнение воды коммунально-бытовыми стоками и ухудшение санитарно-гигиенического состояния водоемов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на ежегодных научных конференциях преподавателей, научных сотрудников и аспирантов ФГБОУ ВПО Якутская государственная сельскохозяйственная академия, научно-производственной конференции «Роль аграрной науки в развитии сельскохозяйственного производства Якутии» (Якутск, 2007), III Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы социально-экологической реабилитации территорий и устойчивого развития» (Вологда, 2010), Международной научно-практической конференции «Современные проблемы и инновационные тенденции развития аграрной науки» (Якутск, 2010), научно-практической конференции «Вклад молодежи в развитие аграрной науки» (Якутск, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе в изданиях, входящих в Перечень ВАК РФ - одна.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 136 страницах и состоит из введения, пяти глав, выводов и списка использованной литературы, включающего 186 наименований источников, в том числе 27 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 40 рисунками и включает 13 таблиц.

ГЛАВА 1. АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДОЕМОВ И ЕГО ПОСЛЕДСТВИЯ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Загрязнение воды тяжелыми металлами и особенности их биологического и токсического действия на организмы

Тяжелые металлы являются одной из приоритетных групп загрязняющих веществ, имеющих как локальное и региональное, так и глобальное распространение. Их поступление в водную среду связано с природными и антропогенными факторами.

Проблема загрязнения тяжелыми металлами водных экосистем привлекла особое внимание общества в 60-х годах XX в., в связи с отравлением людей соединениями ртути и кадмия. Люди потребляли в пищу продукты, выращен ные или выловленные в среде, загрязненной этими металлами. В 1953 г. в Япо нии у 121 жителя побережья в бухте Минамата было зафиксировано заболевание, сопровождавшееся ломотой в суставах, нарушением слуха и зрения. Это наиболее известное массовое отравление людей ртутью в форме хлорида (СН3Н^С1), сбрасываемого химическими предприятиями прямо в воды залива (Ьап§80П, 1990; Бондарев, 1976; Давыдова , 1991).

Аналогичные токсические эффекты наблюдаются и в случае воздействия кадмия на организм человека. Первые случаи заболевания итай-итай были зарегистрированы в Японии в 1947 г., а к 1965 г. от нее погибло 100 человек, и еще большое число людей стали инвалидами. Возникла она у жителей, длительное время потреблявших рис с содержанием кадмия 1 мг/кг, выращиваемый на полях, в оросительные каналы которых попадали загрязненные кадмием стоки промышленного предприятия. В условиях дефицита кальция при этом происходило его замещение на кадмий в белке кальмодулине, нарушение обмена кальция и фосфора в почках и последующее вымывание их из костей (Кадмий: экологические аспекты..., 1994; Исидоров, 1999).

В работах, посвященных проблемам загрязнения окружающей среды и экологического мониторинга, к тяжелым металлам относят более 40 элементов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Сг, Мп, Бе, Со, №, Си, Хп, Мо, Сё, 8п, РЬ, В1 и др. Согласно решению Целевой группы по выбросам Европейской экономической комиссии ООН, в их число включены РЬ, Сё, №, Со, Сг, Си, Хп, а также Ав, 8Ь и Бе (Исидоров, 1977).

Концентрации этих элементов в наружных оболочках Земли и в живом веществе составляют менее 0,1% и с точки зрения геохимии относятся к группе рассеянных элементов (Вернадский, 1954; Добровольский, 1983, 1998). Опасность рассеивания металлов заключается не в явном отравлении организмов, а в том, что они способны постепенно концентрироваться в пищевых цепях и в силу этого воздействовать на функционирование отдельных звеньев биосферы и влиять на здоровье человека.

Исследованные в рамках данной работы неорганические загрязнители воды - тяжелые металлы - различаются по своим физико-химическим свойствам, биологическому действию, по характеру и степени токсичности, а также особенностями их миграции и распределения в окружающей среде.

Растения, поглощая металлы, увеличивают их концентрацию в своих тканях. У травоядных животных происходит еще большая концентрация металлов в отдельных органах. Человек, употребляя в пищу рыбные, мясные и молочные продукты, получает наибольшие концентрации тяжелых металлов. Кроме того, рассеянные элементы поступают в организм человека не только с продуктами питания и питьевой водой, но и с воздухом, где они присутствуют в виде тонких аэрозолей (Добровольский, 1983).

Согласно основному геохимическому закону, абсолютное количество элементов и их распределение, связанное с миграцией, зависит от строения атомного ядра и наружных электронных оболочек, определяющих химические свойства элементов.

Одним их основных физико-химических показателей свойств элементов является ионный потенциал (отношение валентности к ионному радиусу), который служит показателем поверхностной плотности заряда и определяет характер его связи с другими молекулами. В частности, для гидросферы очень важна связь с молекулами воды, которая определяет степень растворимости ионов и форму их нахождения в водной среде (Морозов, Петухов, 1986). Положительный заряд отталкивает катионы воды (протоны) в молекуле воды. Если это отталкивание слабое (ионный потенциал менее 3), то катион металла находится в растворе. Если это отталкивание настолько сильное, что молекула воды теряет оба своих протона (ионный потенциал более 9), то образуются хорошо растворимые комплексные кислотные анионы, и металл остается в растворе. Если молекулы воды теряют только по одному протону, то образуются нерастворимые соединения катиона металла с гидроксильными группами, которые выпадают в осадок. Таким образом, гидролиз во многом определяет форму нахождения элемента в водных средах и, следовательно, его подвижность, способность к миграции, взаимодействие с живым веществом и степень токсичности.

Состояние металла в природных водах определяется совокупностью различных процессов и факторов. В качестве наиболее важных химических процессов обычно рассматривают гидролиз и комплексообразование, а также окисление и восстановление (Морозов, Петухов, 1986; Моисеенко и др., 1991; Лукин, 1995; Кашулин, Лукин, 1992).

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, кол�