Эколого-генотоксический мониторинг состояния водных экосистем на территории Оренбургской области

Голинская, Людмила Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Эколого-генотоксический мониторинг состояния водных экосистем на территории Оренбургской области
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Эколого-генотоксический мониторинг состояния водных экосистем на территории Оренбургской области"

На правах рукописи

Голинская Людмила Владимировна

ЭКОЛОГО-ГЕНОТОКСИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ СОСТОЯНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ НА ТЕРРИТОРИИ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

03.00.08 - Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 6 ИЮН 2011

Оренбург-2011

п -а

/. ■

4850310

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития».

Научный руководитель

доктор биологических наук, профессор Соловых Галина Николаевна

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор

доктор биологических наук, профессор

Красиков Сергей Иванович Русанов Александр Михайлович

Ведущая организация: Институт экологии и генетики микрооргангамов Уральского отделения РАН, г. Пермь

Защита состоится « 23 » июня 2011 года в 10°° часов на заседании диссертационного совета Д.208.066.03 при ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития» по адресу: г. Оренбург, ул. Советская, д.6, ОрГМА; тел. (3532)40-35-62, e-mail: otg-ma_ds2@esoo.ru. ;

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития» по адресу: г. Оренбург, Парковый проспект, д.7 и на сайге ■www.orgma.ru_c авторефератом.

Автореферат разослан « 22 » мая 2011 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета, л -

доктор медицинских наук

Немцева Наталия Вячеславовна

Актуальность работы: Одной из глобальной проблем современности является загрязнение окружающей среды, в результате которого происходит деградация биосферы. В число наиболее опасных загрязнителей природной среды входят 1М, а в последние годы возросли и масштабы поступления редкоземельных металлов. Данные поллютанты не подвергаются процессам разложения и перераспределяются между отдельными компонентами экосистемы, аккумулируются в донных отложениях, представляющих собой сложную многокомпонентную систему (Баканов А.И., 1999; Медянкина М.В., 2007), которая может рассматриваться в качестве информативного показателя состояния экосистемы. Накопление загрязняющих веществ в ДО является одной m причин временного выведения их из круговорота и самоочищения водной среды, но загрязнение экосистемы при этом сохраняется (Линник П.Н., 2006; Овсяный ЕН., 2003), а при определенных условиях ДО могут выступать в роли источника вторичного загрязнения. В связи с этим, одним из наиболее важных критериев оценки состояния экосистемы является отсутствие накопления химических элементов в ДО реки, особенно вблизи возможных источников техногенного загрязнения (Головина В.В. и др., 1996).

Химические поллютанты могут выступать в качестве мутагенов, либо прому-тагенов, поэтому при изучении водоёмов важной составляющей является оценка ге-нотоксической ситуации. Генотоксиканты - поллютанты, способные нарушать генетические структуры и процессы, приводящие к увеличению частоты наследственных и онкологических заболеваний, врождённых пороков развития, снижению иммунитета и преждевременному старению организма, что может приводить к серьёзным негативным последствиям, вплоть до вырождения и вымирания видов (Абилев С.К., 2003). В связи с этим для научной разработки природоохранных мероприятий очевидна необходимость оценки генотоксической активности водотоков, и особенно малых рек. Однако в настоящее время особенности динамики генотоксической ситуации в малых реках, подвергающихся антропогенному прессу, в том числе и воздействию генотоксикангов, юучены не достаточно, хотя они являются начальным звеном формирования водных ресурсов страны и определяют состояние средних и крупных рек, водоёмов и ресурсов подземных вод, играют важную хозяйственную и рекреационно-оздоровигельную роль, на их берегах проживает большая часть населения (Кондратьева JIM., 2006).

В Оренбургской области проблема загрязнения водных экосистем освящена в ряде работ, проведенных с использованием гидрохимических показателей, имеются данные по состоянию донного осадка на территории области. В работах Боева В.М., Куксанова В.Ф. и Быстрых В.В. (2002) показано, что распределение концентраций элементов в ДО на территории области в целом отражает содержание их в почве. Рядом авторов (Боев В.М., Красиков С.И., Перепёлкин C.B.и др., 2003) была дана оценка содержанию ряда элементов в ДО открытых водоёмов Западной части Оренбургской области.

В рамках работы Ивановой И.Ю. (2009) были показаны различия в содержании отдельных металлов в цельном грунте и ВВДО городских и сельских территорий разных регионов области. Была дана оценка экологическому состоянию водотоков и водоёмов Оренбургской области по результатам биотестирования, установлена высокая токсичность ВВДО рек Блявы и Кураганки. Однако, отдалённые последствия действия экотоксикантов, связанные с повреждением генетического аппарата,

остаются неизученными. Указанный комплекс нерешённых проблем определяет актуальность проведенных исследований.

Цель работы: оценка экологического состояния водных экосистем Оренбургской области на основе мониторинга химического и генотоксического загрязнения донных отложений. Задачи исследования

1. Определить суммарную нагрузку металлами твёрдой фракции ДО, проследить временную динамику в их содержании, установить вклад отдельных поллю-тангов в экологическое состояние водных экосистем Оренбургской области, выявить приоритетные загрязнители и экосистемы с высоким уровнем антропогенной нагрузки.

2. Ранжировать весь спектр обнаруженных в водной вытяжке донных отложений химических элементов и провести оценку содержания некоторых загрязнителей в водорастворимой компоненте неорганического загрязнения в сравнении с имеющимися для воды нормативами, выявить приоритетные загрязнители.

3. Исследовать спектр мутагенов, присутствующих в донных отложениях с использованием экспериментальных тест-объектов и дать характеристику гено-токсической ситуации водных экосистем на территории Оренбургской области.

4. Изучить временные изменения мутагенной активности донных отложений в различных регионах Оренбургской области и пространственную динамику на ряде водотоков.

5. С использованием корреляционного анализа выявить зависимость различных типов мутаций от химического загрязнения цельного грунта и водной вытяжки донных отложений, обозначить наиболее опасные генотоксикангы, выявленные в водных экосистемах на территории Оренбургской области. Научная новизна. Установлено превышение большинства существующих

нормативов по Сг и М в цельном грунте. Выявлены аномальные концентрации металлов в водных экосистемах: Западного региона N1; Центрального У, Ре, А1, Мп, Сг, 7п, РЬ, Урала и Сакмары в районе Оренбурга Си, 7л, РЬ (2004 г.), Сс1, Нб в водных экосистемах Центрального региона (2007 г.).

В межгодовой динамике зарегистрировано увеличение содержания в ДО Ре и N1 во всех регионах, в Центральном - ещё и Сг, в Западном - Сг и Си, а в районе Оренбурга, помимо Ре и N1, в 2 раза возросло содержание Мп.

Установлено сравнительное экологическое благополучие водных экосистем на территории Оренбургской области.

Рассчитаны индексы нагрузки элементами разных групп ВВДО, и дана оценка водных экосистем регионов по их нагрузке, впервые показано равномерное распределение щелочных и щелочноземельных металлов, повсеместное распространение РЗМ и максимальное поступление неметаллов в водотоки Восточной зоны.

Выявлено широкое распространение Щ: в цельном грунте её содержание повсеместно превышало норматив 1ЕРА, а в ВВДО -ПДКР х.

и выявлен широкий спектр мутагенов и промугагенов, вызывающих генные, геномные и хромосомные мутации. Во временной динамике в грунтах большинства водных экосистем произошла аккумуляция генотоксикангов с расширением спектра или его сменой, а на отдельных - загрязнение генотоксикантами перестало регистрироваться вовсе. Наибольшая степень МА и широта спектра мутагенов выявлены вблизи крупных городов и населенных пунктов.

Впервые установлена наиболее высокая положительная корреляционная связь между содержанием РЗМ и алюминием в ВВДО и мутациями разного типа.

Теоретическая и практическая значимость работы. Расширены знания об экологическом состоянии водных экосистем на территории Оренбургской области. Установлен широкий спектр водорастворимых форм неорганических загрязнителей, содержащихся в ДО, оценен уровень суммарной мутагенной активности и прослежена пространственная и временная динамика. Выявлена наибольшая информативность водорастворимой компоненты донных отложений в эффективной оценке ге-нотоксической ситуации водных экосистем, которая рекомендована к использованию в экологическом мониторинге.

Внедрение результатов исследования в практику. Результаты исследования послужили основой для разработки методического письма по нормированию уровней содержания ТМ в донных отложениях поверхностных водных объектов, что имеет важное значение для совершенствования экологического мониторинга водных экосистем и решения практических вопросов хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Оренбургской области. Результаты исследований внедрены в практическую деятельность Управления Роспотребнадзора по Оренбургской области (акт внедрения от 28.01.2011 г.), в работу научно-производственной фирмы «Экобиос» (акт внедрения от 29.03. 2011 г.).

Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе на кафедре общей и коммунальной гигиены ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия» (акт внедрения от 4.04 2011 г.); а также включены в практику выполнения выпускных квалификационных работ студентов ОГУ (акт внедрения от 3.02.2011 г.), материалы исследования внедрены в лекционный курс на кафедре биоэкологии и природопользования ОГАУ (акт внедрения от 23.03.2011 г.).

Апробация работы и публикации. Результаты исследования представлены в аналитических отчётах Оренбургского областного благотворительного общественного фонда памяти Дмитрия Соловых по экологическому проекту «Экологический мониторинг пресноводных экосистем и состояние здоровья населения», финансируемого согласно Распоряжению Президента РФ№ 628 от 15 декабря 2006 года.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов: Оренбург, 2006, 2008, 2009; на Международной (Всероссийской) Пироговской студенческой научной медицинской конференции: Москва, 2006, 2008; на Всероссийской конференции с участием стран ближнего зарубежья «Экология пресноводных экосистем и состояние здоровья населения»: Оренбург, 2006; на IX Съезде Гидробиологического общества РАН: Тольятти, 2006; на конференции «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов»: Ярославль, 2006, 2007; на конференции «Молодежь и наука: итоги и перспективы»: Саратов, 2006, 2008; на V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров: Москва, 2010;

на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы медицинской науки»: Ярославль, 2010. Диссертация апробирована на расширенном заседании проблемной комиссии «Гигиена, экология, эпидемиология, общественное здоровье и здравоохранение».

По теме диссертации опубликованы 17 работ, ю них 6 статей в рецензируемых научных журналах, обозначенных в списке ВАК для опубликования основных научных результатов исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук.

Положения, выносимые на защиту.

1. Широкий спектр регистрируемых мутагенных эффектов у экспериментальных объектов свидетельствует о наличии генотоксикангов в водных экосистемах Оренбургской области с различным характером действия, претерпевающих пространственную и временную динамику.

2. Содержание водорастворимых форм неорганических поллютангов, как наиболее лабильных и генотоксически активных, - один из информативных показателей в оценке эколого-генотоксического состояния водотоков и водоёмов. Объём и структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 200

страницах машинописного текста и включает введение, 2 главы обзора литературы, главу по материалам и методам исследования, 5 глав собственных исследований, заключение, выводы, приложение. Библиографический список содержит 174 отечественных и 66 зарубежных источников литературы. Текст иллюстрирован 20 таблицами и 64 рисунками.

Связь работы с научными программами. Диссертационное исследование выполнено в ГОУ ВПО «Оренбургская государственная медицинская академия Министерства здравоохранения и социального развития» в соответствии с открытым планом научно-исследовательской работы ГОУ ВПО «ОрГМА Минздравсоцразви-тия России» (№ гос. регистрации темы 01200614192). Работа выполнена при гранго-вой поддержке Президента РФ№ 628 от 15 декабря 2006 г.

Благодарность. Автор выражает глубокую признательность сотруднику Института биологии внутренних вод РАН им. И.Д. Папанина к.х.н. М.В. Гапеевой, сотрудникам-Ярославского государственного университета им. П.Г. Демидова к.б.н. И.М, Прохоровой, к.б.н. М.И. Ковалёвой, к.б.н. А.Н. Фомичёвойза консультации и помощь в проведении исследования.

Материалы и методы исследования Материалом исследования являлись ДО водоемов и водотоков Оренбургской области. Пробы донных отложений отбирали с горизонта 0-10 см дночерпателем. В 2004 г. исследованы ДО 49, в 2007 г - 21 станций. Содержание металлов в пробах 2004 г. определялось методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ЮАР - 61, США) на базе Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН к.х.н. М.В. Гапеевой. Определение металлов в образцах ДО 2007 г. проводилось атомно-абсорбционным методом на анализаторе «Спекгр-5» на базе лаборатории Федерального государственного учреждения Государственный центр агрохимической службы «Оренбургский». Определение ртути произведено с помощью ртутно-гидридной системы РГС - 1 по МУ М. ЦИНАО 1992 год.

Для оценки загрязнения ДО использовали параметр М±2а, где М - средняя концентрация, о - стандартное отклонение. Концентрации, отличающиеся от сред-

них более чем на удвоенное значение стандартного отклонения (М±2а), считали аномальными (Экологические проблемы Верхней Волги, 2001). Также использовали ПДК для почв (Т.Н. 2.1.7.2041-06), но грунты водоемов коренным образом отличаются от почв, поэтому сравнение наших результатов было проведено с рекомендованными концентрациями тяжелых металлов для ДО, разработанными в разных странах: IEPA, ПС, МОЕ (Ingersoll C.G, Nelson М.К., 1990) и нормативами, принятыми в Нидерландах: «намеченный» (экологический) («Streewaarde» S) и «нормативы санации» («Interventiewaarde» I). Условно считается, что при соблюдении «намеченного» (экологического) норматива экосистеме не наносится ущерба (Волга в Череповце..., 1996). Содержание ряда металлов сравнивали с фоновыми концентрациями ТМ в ДО пресноводных водоемов северной Скандинавии и Кольского полуострова (Даувальтер В.А., 2001).

Одновременно с анализом цельного грунта в 2004 г выполнен анализ водной вытяжки донных отложений (ВВДО) на определение концентраций 69 химических элементов на приборе Перкин-Эльмер ICP-MS DRC-e в режиме Total Quant. Нормативов по содержанию химических загрязнителей в ВВДО не имеется, поэтому в работе мы руководствовались перечнем ПДК для воды рыбохозяйственных водоемов, ПДК для воды водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, а также Директивой Совета Европейского Союза и рекомендациями Всемирной организации здравоохранения при ООН (СаНПиН 2.1.4.1074-01; Г.Н. 2.1.5.2280-07; Guidelines for drinking-water quality, 1983).

Оценка генотоксической активности донных отложений проведена с использованием трех токсикогенетических методов: метода учета видимых (генных) мутаций (ВМ) у хлореллы Chlorella vulgaris, ана-телофазного метода учета хромосомных аберраций (ХА) в меристематической ткани проростков корешков лука Allium сера, метода учета доминантных летальных мутаций (ДЛМ) у дрозофилы Drosophila те-lanogaster (генные, геномные и хромосомные). Такое сочетание методов позволяет выявить широкий спектр генетических нарушений и снизить вероятность ложноот-рицательного результата (Ковалёва М.И., 2005; Прохорова И.М., 2008).

В работе использован альгологически и бактериально чистый штамм ЛАРГ-1 одноклеточной зеленой водоросли Chlorella vulgaris. Для культивирования хлореллы использовалась среда Праата (Владимирова М.Г., 1962; Генетическая токсикология: лабораторный практикум, 2005). Учет видимых мутаций проводился под бинокуля-ром МБС-3 при увеличении 8*16. Регистрировались все выросшие колонии. Колонии, измененные по форме, цвету, или размерам пересевались для подтверждения наследуемости признаков. Колонии, сохранившие измененный фенотип, учитывались как мутантные.

В качестве второго тест-обьекта использовался лук Allium сера сорта Штут-гартен Ризен. Для изучения генотоксичности донных отложений лук проращивался на вытяжке ДО 3 дня. Затем кончики корешков длиной около 7 мм отделялись и фиксировались в фиксаторе Карнуа. Корешки окрашивались ацеторсеиновым красителем. Готовились временные давленые препараты корневых меристем. Препараты анализировались под микроскопом при увеличениях 12,5x1,5x40 и 12,5x1,5x90. Для каждого препарата просматривалось 600 клеток, расположенных монослойно. Учитывались клетки, находящиеся на разных фазах митоза. Отдельно регистрировались клетки на стадии анафазы и телофазы с хромосомными аберрациями (ХА) и отста-

ваниями хромосом (Прохорова И.М. и др., 2005).

В качестве третьего объекта использовалась линия дрозофилы дикого типа D-32, полученная на кафедре генетики МГУ им. Ломоносова. Трехдневных самцов, предварительно посаженных на трехчасовое голодание, 72 часа поили ВВДО. Далее самцы скрещивались с ингактными виргинными самками в чашках Петри. В чашках мухи находились трое суток. Через сутки уничтожали самцов, через двое суток -самок. Чашки Петри с отложенными яйцами ставились в термостат на пять суток для выхода личинки го яйца. Затем проводился подсчет яиц под микроскопом МБС-2, считали количество развившихся из яйца личинок и количество неразвившихся яиц. Погибшие яйца считали как количество леталей.

Для сравнения результатов, полученных в разных тестах, использовался такой показатель как «выраженность мутагенной активности» (BMA) (табл 1) (Ковалёва М.И., 2005; Прохорова И.М., 2008).

Таблищ 1

Оценка выраженности мутагенной активиост_

ЧажлаВМуСУг и/дят Частота ДЛМу/>: meianogxter Частота ХАу Allium сера вмд балл MA пробы

Огсутствиг достоверных разлжий Отсутствие дхтсверных рапичий Отсутствие дэстоверньк рагтичий 0 Oicyicrare

Достоверные различия ма«е чем в 2 раза Достоверные различи! в 2-5 раз ДрсговерньЕ различщ мясе чем m 10% Слабая

ДхловзрньЕ рапичия в 2-5 раз Дэстовернье различия в 5-10 раз Д остоверные различия на 10-25% 2 Средняя

Достоверные различия более чем в 5 раз ДосгоеерньЕ раэтичга батге чгм в Юраз Дэстовернье различия ботее чем на 25% 3 Сильгая

Статистическая обработка результатов и корреляционный анализ осуществлялись при помощи компьютерных программ EXCEL2000 (Microsoft, USA) и "Statistic for Windows". Для проверки гипотезы о достоверности различий между средними арифметическими контрольного и опытного вариантов использовался t-критерий Стьюдента. Отклонение считалось достоверным при достижении 5% уровня значимости (при р<0,05). Для выявления прямой (сильной, средней, умеренной и слабой) корреляционной связи использовали коэффициент корреляции Пирсона.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Металлы являются наиболее обширной группой химических загрязнителей (Баканов А.И., 2000; Лесцова Н.А., 2009; Реутова Н.В., 1992; Lang D., 2006). Фактором емкости, отражающим потенциальную опасность загрязнения инфильтрацион-ных и поверхностных вод является валовое содержание металлов, которое характеризует общую загрязненность среды (Боев В.М., 2002;). Все сказанное и определило первый этап нашего исследования: оценить уровень загрязнения металлами ДО водоемов и водотоков Оренбургской области.

Определено содержание Cr, Mn, Fe, Си, Zn, Pb, Li, Ni, Mg, Al, Cd и Hg. Для каждой станции рассчитывался суммарный индекс нагрузки (ИНМ) - как сумма всех определяемых металлов, максимальное среднерегиональное значение которого (27430,0±3202,49 мг/кг) отмечено в ДО водотоков и водоемов Центрального региона области, а минимальное (17346,85±4610,377 мг/кг) в ДО Восточного.

Для Li, Fe, Mg и Al из-за отсутствия нормативов оценены их аномальные концентрации: магния -в ДО ст 18, р. Терис Абдулинский р-н (24285,9 мг/кг) и лития в ДО ст 21, оз. Королев Сакмарский р-н Центрального региона (19,5 мг/кг).

Важная роль в накоплении ДО металлов принадлежит содержанию органического вещества и концентрации основных сорбентов, таких как оксиды железа,

алюминия и марганца (Лукашев Д.В., 2006; Нахшина ЕП., 1985). В содержании металлов - сорбентов (Мп, Ре, А1) установлены наиболее высокие средние концентрации для ДО Центрального региона и непосредственно в районе Оренбурга в оба года исследования, что, по-видимому, и обусловило большую суммарную нагрузку металлами водотоков данных территорий. В содержании металлов-сорбентов выявлены аномальные концентрации: Ре, А1 на ст 21, оз. Королёв Сакмарский р-н, Мп на ст 26, Б. Юшатырь Октябрьский р-н, Ре на ст 19, р. Илек Акбулакский р-н, что говорит либо о геохимических особенностях данных водных экосистем, либо о наличии антропогенного источника загрязнения.

Для большинства ТМ (Си, Ъп, РЬ, Сг, С(1, Щ), определяемых в ходе исследования, разработаны различные нормативы, превышение большинства которых установлено по Сг и №. Выявлены водотоки с зоной локального загрязнения никелем (М±2а): ст 25, р. Самара Сорочинский р-н (Западный регион) и ст 21, оз. Королев Сакмарский р-н (Центральный регион). Содержание данного металла на 100% изученных водных экосистем в 2004 г было выше всех имеющихся нормативов для ДО, а в 2007 г. его концентрации в грунтах повсеместно превышали лишь нормативы МОЕ В Центральном регионе на ст 1, р. Самара Переволоцкий р-н и ст 14, р. Б. Юшатырь Октябрьский р-н отмечено превышение ПДК для почв. Экологические нормативы для ДО были превышены на всех станциях Урала и Сакмары и Центрального региона, а в Западном лишь на 50% изученных станций.

В содержании хрома в ДО всех регионов установлены превышения нормативов ШРА и МОЕ: НС в 2004 г. был превышен лишь в водных экосистемах Центрального региона и Урала и Сакмары в районе Оренбурга, а в 2007 г. также и на 33,3% ст Западного региона. Аномальная концентрация металла отмечена на ст 21, оз. Королев Сакмарский р-н.

Содержание меди в грунтах водных экосистем области в 2004 г. было ниже нормативов, но выявлены 2 участка локального загрязнения металлом (в Центральном регионе ст 19, р. Илек Акбулакский р-н и на Урале ст 37, «Очистные сооружения»), В 2007 г. установлены превышения на ст 16, р. Каргалка Сакмарский р-н (Центральный регион) и ст 6, Домашкинское вод-ще Бузулукский р-н (Западный регион) норматива ПС, а на ст 6 и норматива МОЕ

Содержание Хп, РЬ и С(1 в ДО большинства изученных водных экосистем было ниже нормативов, но выявлены аномальные концентрации цинка и свинца в Центральном регионе (ст 19, р. Илек Акбулакский р-н и ст 21, оз. Королев Сакмарский р-н) и на ст 37 «Очистные сооружения» р. Урал, где был превышен ряд нормативов по цинку: (ШРА и МОЕ в 5 раз; 11С в 4,2 раза; экологические нормативы для ДО в 3,6 раз и ПДК для ДО (Даувальтер, 2001) в 2,5 раза) и по свинцу (ШРА - 1,9 раз, 11С - 2,6 раз, МОЕ -1,4 раза, ПДК почв - 2,4 раза).

Содержание в цельном грунте было относительно высоким, её максимальная среднерегиональная концентрация установлена в водных экосистемах Центрального региона, где она превышала норматив НС в 1,5 раза и 1ЕРА в 4,6 раза, а минимальная -в ДО Западного региона области. Установлено повсеместное превышения ШРА, норматива ПС для 80% станций на Урале и Сакмаре, в Западном и Центральном регионах на 50% водоёмов и водотоков.

Т. о., на ряде водных экосистем Оренбургской области выявлены аномальные концентрации металлов (М±2а): в Западном регионе - /V/'; в Центральном - П,

Ре, А1, Мп, Сг, 2п, РЬ, в районе Оренбурга - Си, 2п, РЬ, Сд. и Щ на ст 16, р. Каргал-ка Сакмарский район, а приоритетным загрязнителем среди ТМ был никель. Установлены высокие концентрации металлов-сорбентов в ДО Центрального региона и Оренбурга, что и обусловило большую нагрузку ТМ водных экосистем данных территорий. Показано широкое распространение ртути.

Анализ временных изменений в грунтах концентраций ряда ТМ (Сг, Мп, Ре, Си, Хп, РЬ, №) и ИНМ позволил оценить степень антропогенного воздействия на водные экосистемы области за период исследования: 2004-2007 гг.

Статистически достоверный рост (р<0,05) выявлен лишь для Центрального региона (рис 1). В целом, в 2007 г. загрязнение грунтов ТМ было выше по сравнению с 2004 г., что свидетельствует о возрастании антропогенной нагрузки на водные экосистемы за период исследования.

Рис. 1.В|]еменнаядиналшкдс|)еанерепюнапьны\ показателей ИНМ(мгЛ<г)ДО

Временные изменения в содержании металлов-сорбентов (Ре, Мп) имели разную тенденцию: концентрации Ре возросли в водных экосистемах всех регионов области в 1,4 раза (при р<0,05) -1,5 раза (при р<0,01), в то время как в содержании I Мп отмечено снижение в 1,7 раза в грунтах Западного (при р<0,01) и незначитель- [ ное понижение в ДО Центрального региона, и увеличение в 1,7 раза на Урале и Сакмаре в районе Оренбурга (при р<0,01).

В 2007 г. произошло увеличение содержания Сг в ДО Западного (в 1,6 раза, при р<0,05) и Центрального (в 1,1 раза) регионов и снижение в грунтах Урала и Сакмары в районе Оренбурга. В межгодовой динамике содержания Си в грунтах не выявлено четких закономерностей. Средние концентрации Zn в ДО водных экосистем всех регионов области в 2007 г. были ниже их значения в 2004 г., но достоверное понижение (при р<0,05) в 3,5 раза произошло лишь в районе Оренбурга. Содержание РЬ в грунтах снизилось в 2007 г. и было на уровне установленных среднеобластных показателей (15 мг/кг) (Боев В.М. и др., 2002). В ДО водоемов и водотоков области резких колебаний средних концентраций N1 не отмечено, но выявлена тенденция к возрастанию его содержания на всей территории области.

Таким образом, с 2004 по 2007 гг. в ДО водных экосистем всех регионов произошло увеличение средних концентраций Ре и Ж, а в Центральном повысилась и концентрация Сг, в Западном - Сг и Си, а в районе Оренбурга, помимо Ре и М, почти в 2 раза возросло содержание Мп.

Для оценки экологического состояния водных экосистем предложены экологические нормативы для ДО, принятые в Нидерландах, при отсутствии их превышения условно считается, что экосистеме не наносится ущерба (Волга в Череповце..., I 1996), т.е. она экологически благополучна. Суммарная нагрузка (Ксум) тяжёлыми металлами была рассчитана в долях от экологических ПДК (МР «Комплексное определение антропогенной нагрузки на водные объекты...», 1996; МУ «Гигиеническая оценка качества почвы населённых мест», 1999).Установлено, что в оба года

20030 5*_-ЛЯ________

Iю! ■ | ■.........

15Ш • Ш Ш -Ш-

о г...................."Т..................................-..................

Западный регион Оренбург Центральный регион

«2004 11253,945 13270.8 13151,8

• 200? 16805,5 18834.6 17703,4

исследования содержание Cr, Pb, Cu, Zn, Hg, Cd, как правило, не представляло опасности для экологического состояния водотоков и водоемов Оренбургской области, т.к. их Кс на большинстве станций были менее 1. Наибольший вклад в суммарную нагрузку ТМ вносил коэффициент концентрации Ni, среднерегиональные значения которого либо приближались, либо были выше 1 в оба года исследования.

В целом Ксум в 2004 г. изменялась в широких пределах (от 0,326 на ст 34, р. Кумак Новоорский район до 8,152 на ст 37.3 «Очистные сооружения»), что свидетельствует о значительных различиях в экологическом состоянии водных экосистем в этот год исследования. Наиболее напряженная экологическая ситуация установлена 44%ст в Центральном регионе, 36,4% ст Западного и 50% ст Восточного, где Ксум превышала среднерегиональный показатель. На Урале иСакмаре в районе Оренбурга процент таких станций составил лишь 14,3%, но на ст «Очистные сооружения» показатель Ксум был самым высоким и превысил среднерегиональное значение в 2,3 раза. Выявлены достоверные различия (р<0,05): в районе Оренбурга Коумвыше в 1,9 раза, а в Центральном регионе в 1,4 раза по сравнению с Восточным.

В 2007 г. суммарная нагрузка ТМ в долях от экологических нормативов для ДО изменялась от 1,82 (ст 7, р. Самара Бузулукский р-н, Западный регион) до 4,59 (ст 1, р. Самара Переволоцкий р-н, Центральный регион). Водотоки Центрального региона были подвержены большей антропогенной нагрузке чем Западного, достоверные различия не выявлены. Сравнения Ксум ТМ водных экосистем относительно среднерегионального показателя показало его превышение на 40% станций Центрального региона и в районе Оренбурга, а также на 33,3% станций Западного, что совпадает с данными предшествующего года исследования.

Два срока отбора проб ДО позволили дать оценку произошедшим изменениям экологического состояния водных экосистем на территории Оренбургской области за период с 2004 по 2007 гг.

Рис 2. а) Мекголовая/птамика б). Изменения процента

Кс^мвдатахстгзкопютческнхЦДК сташоп"1сп|)е№Ш1ен11ел^хдаертю11атьнойК.>м

Среднерегиональные значения нагрузки ТМ в долях от экологических ПДК для ДО стали незначительно выше для водных экосистем Центрального и Западного регионов области (рис 2а)за счет увеличения Кс однако процент водотоков и водоёмов с большей нагрузкой ТМ, чем средняя Ксум для региона, остался на прежнем уровне (рис 26), что говорит о неизменности экологического состояния водных экосистем на данных территориях. Снижение же Ксу„ в 2007 г. в районе Оренбурга не может свидетельствовать об улучшении экологической ситуации, т.к. высокий пока-

затель Ксум в 2004 г. был обусловлен сбросом недостаточно очищенных сточных вод в районе «Очистных сооружений», а в 2007 г. превышение средней для Оренбурга величины Ксум было отмечено также и на р. Сакмаре, в районе «Автомобильного моста».

Таким образом, не смотря на установленное нами повышение концентраций ряда ТМ, ухудшения экологического состояния водных экосистем области не произошло, т.к. га содержание не достигало уровней экологических ПДК для ДО.

Оценка водорастворимой компоненты неорганического загрязнения водотоков и водоёмов Оренбургской области

В водной вытяжке донных отложений (ВВДО) экосистем Оренбургской области выявлен широкий спектр химических элементов (69). Результаты анализа показали превышение различных нормативов в содержании 12 (Са, Ва, Fe, Mo, Си, Se, Hg, Zn, Mn, V, Ti, Al) из 32 химических элементов, для которых имеются нормативы (СаНПиН 2.1.4.1074-01; Guidelines for drinking...,1983). Ранее выполненными исследованиями установлены превышения ПДКрх по Al, П, V, Mn, Fe и Zn (Иванова И.Ю., 2008, 2009).

Общая химическая нагрузка ВВДО на станциях колебалась в широких пределах (от 155,842685 мг/л до 364,039997 мг/л). Установлены достоверные различия в

общей химической нагрузке ВВДО (при р<0,05): в районе Оренбурга в 1,4 раза ниже, чем в Центральном, и 1,5 раза ниже, чем в Восточном (рис 3).

Выявленный широкий спектр неорганических загрязнителей в ВВДО вызвал необходимость класси- I фицировать их на группы, что позволило впервые оценить различия в нагрузке разными группами поллютан-тов водных экосистем на территории Оренбургской области. Элементы были разделены на 5 групп: редкоземельные металлы; 2- щелочные и щелочноземельные металлы; 3- неметаллы; 4- металлы, которые в свою очередь были разделены на 2 подгруппы: 4а-тяжелые металлы, утвержденные для проведения экологических исследований; 46- прочие химические | элементы металлической природы (Ахметов Н.С., 1998; Будников Г.К., 1998).

Таблида2

Ранжирование химических элементов на группы_

Редкгаеме льные металлы Щелочные и щалоч-ноземельные металлы Неметаллы Металлы

ТМ Прочие металлы

Sc, Y, La, Се, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Yb,Lu Na.Mg.K.Ca.RhCs, Ва Si,P,S,0,Br,I Fe, Mo, Со, Bi, V, As, Си, Zh, Pb, №, Sn, О, Ma Hg, Cd, Sb, Se, Ag Pt, W, Au, Sr Al, Гц Ga, Ge, Zr, Nb, Ru, Rh, Pd, In,Te,H£Ta,Re,0;Ir,n,Th,U

1.ТМ(даташ^емыеприэкотяжккихисслщюваниях(Еудников, 1998));. Металлы.необсэбненньегак'[\1 приI1роввдниижхюгочхкихис-

следований I

Анализ содержания редкоземельных металлов (РЗМ) для водных экосистем Оренбургской области показал, что средний индекс нагрузки широко варьировал (от 7,3*10 '4 мг/л до 1*10 "2 мг/л), наибольшее его значение выявлено в водных экосистемах Восточного региона, а наименьшее Центрального, где на 64,7% станций он

200 100

0 Западный РЕГИОН Центральный регион Оренбург Восточный регион

■ Минимум 189,255468 194,834185 155,842685 243,175806

^Среднее 228,1005 250,369798 181,362118 274.168533

I Максимум 312^261412 317,946731 217,952514 364,039997

Рис. 3. Сравнение общей химической нагрузки ВВДО

был ниже среднерегионального. В Западном регионе на отдельных станциях нагрузка РЗМ различалась на порядок: от 2,7 *10"3 мг/л (ст 7, р. Домашка г. Бузулук) до 2,1*10"4 мг/л (ст 5, р. Чаган Первомайский р-н). Полученные результаты свидетельствуют о повсеместном поступлении металлов этой группы в водотоки и водоемы области, достоверных различий между регионами не установлено.

Из группы щелочных и щелочноземельных металлов выявлены превышения по ряду нормативов: содержание Са превышало ПДК для питьевой воды ЕС на 100% станций, а среднее содержание Ва во всех регионах было ниже ПДК для воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, но в каждом регионе, за исключением Оренбурга, отмечены станции с более высокими его показателями (в Восточном - 33,3%, в Западном - 27,3%, в Центральном - 17,64%). Средняя нагрузка водных экосистем металлами этой группы имеет такую же закономерность, как содержание Са и Ва, что свидетельствует об их равномерном распределении в водных экосистемах на территории области.

Низкая средняя нагрузка неметаллами, также как щелочными и щелочноземельными металлами, отмечена в ВВДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга и обусловлена минимальными средними концентрациями Р, Б, С1, Вг, I. Индекс нагрузки был в 1,5 ниже чем в Центральном и в 1,8 раза чем в Восточном регионах, в последнем отмечается одинаковое максимальное их поступление в водотоки.

Из группы тяжёлых металлов (ТМ) выявлено превышение различных нормативов по Ре, Мо, V, Си, Мп, Щ, 5<г, Zл.

Содержание Ре и Мп повсеместно превышали используемые в работе нормативы. Наиболее высокие концентрации железа обнаружены на ст 22, р. Юшатырь Октябрьский р-н, превышающие ПДКрх в 33 раза, ПДК для хозяйственно-питьевой воды в 11 раз, и на ст 7, р. Домашка г. Бузулук - превышение ПДК, соответственно, в 10,4 и 3,5 раза.

Содержание Мо в ВВДО было выше ПДКР>.: в Восточном регионе - на 100% изученных станций, что и обусловило максимальную среднерегиональную концентрацию металла, превышающую ПДКрх в 2,5 раз. На Урале и Сакмаре в районе Оренбурга превышение отмечено лишь на 35,7% станций, что и определило минимальный средний показатель Мо.

Водорастворимая составляющая часть V на всех исследованных станциях была выше ПДКр х., а Си - ПДКрх, ПДК ЕС и ВОЗ. В водных экосистемах Центрального региона концентрация Си была максимальной и превышала ПДКрх в 17,9 раз и ПДК ЕС и ВОЗ в 9 раз, а наименьшая - в районе Оренбурга, но и она выше ПДКрх в 9,1 раз, ВС и ВОЗ в 5,6 раз.

Среднерегиональное содержание Бе, за исключением Урала и Сакмары в районе Оренбурга, было выше ПДКрх. Между водными экосистемами регионов выявлены достоверные различия (при р<0,05) в его содержании: в Восточном в 1,3 раза выше, а в ДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга в 2,0 раза ниже, чем в Центральном регионе.

Концентрации повсеместно превышали ПДКрх, за исключением станции 39.3 «Водозабор» на р. Урал. Наиболее низкое содержание Щ было характерно для водных экосистем Западного региона, где оно было ниже нормативов ЕС и ВОЗ, в то время как в Центральном регионе их превышение выявлено на 58% станций, а в Восточном - на 100% изученных экосистем, (рис 4). Максимум в содержании ^ за-

фиксирован на ст 23, р. Сакмара Сакмарский р-н, превышающий ПДКрх в 11 204 раза, ПДК для хозяйственно-питьевой воды - в 224, ПДК ЕС и ВОЗ - в 112 раз.

Таким образом, полученные результаты выявили широкое распространение Н§ в водных экосистемах области, а наиболее неблагоприятная ситуация по загрязнению Н§ отмечена для Восточного региона, относительно благополучными можно считать водоёмы и водотоки Западного региона.

~.......——~ 1 т |

\1 В ! В

1 1 1 1........ Иг И 1

Западный р«г.

с превышением ПДК р/х ■ %(тс грегмш»яи«м ПДК для «оды Х6>В 1Л I превышением ПДК ЕС н ВОЗ

100 100 юо

Рис. 4. Процент станцнй в регионах области с превышением ЦДК по ¡луп!

В содержании Хп в ВВДО выявлено превышение только ПДКрх., процент таких водных экосистем по регионам имел незначительные отличия. На ст 22, р. Юшатырь Октябрьский р-н содержания цинка в ВВДО превысило ПДКрх в 115,6 раза, хотя в цельном грунте концентрация металла была низкой, вероятно, это можно объяснить присутствием в ДО цинка в виде хорошо растворимых солей, например: 2п(СЮ4)* Н20, 7пЪО., 7п804 * 7Н20, /лСКОзЬ *Н20, 2п(СНС00)*2Н20 (На-хшина Е.П., 1985), поэтому аккумуляция в твердой фазе была слабой.

В целом, анализ содержания тяжёлых металлов по их суммарному индексу показал, что на изученных станциях нагрузка ТМ ВВДО изменялась в широких пределах (от 0,577303 мг/л до 5,702086 мг/л), но достоверные различия между регионами в их содержании не выявлены. Наиболее высокая среднерегиональная нагрузка ТМ отмечена в Центральном регионе.

Из элементов, отнесённых нами к 46 группе ПДК разработаны для алюминия, титана, теллура и урана. Содержание Те на всех станциях было ниже ПДКрх, в то время как концентрации Т1, за исключением Урала и Сакмары в районе Оренбурга, превышали данный норматив.

В содержании А1 отмечено превышение нормативов ВС и ВОЗ в водных экосистемах всех регионов: в Восточном - на 50% ст, в районе Оренбурга - на 28,6% станций, в Центральном - на 17,6% станций, в Западном - на 18,2%.

ПДКрх было превышено на 100% станций Восточного региона, что и обусловило максимальную среднюю концентрацию А1, превышающую данный норматив в 5,25 раза. Низкие концентрации металла характеризовали водные экосистемы Центрального региона, но и они были выше ПДКрх в 3,2 раза.

ДО, отобранные в Восточном регионе области, были представлены песчаными фракциями, которые из-за пониженных сорбционных свойств способствуют более лёгкому переходу поллютантов в водную среду и минимальному их накоплению в ДО (Овсяный Е.Н., 2003), что, вероятно, и явилось причиной наиболее высоких концентраций водорастворимых форм химических элементов в ВВДО (ИН неметаллами, РЗМ, щелочными и щелочноземельными металлами, а также металлами, не обо-

значенными как IM при проведении экологических исследований). Также выявлены максимальные средние концентрации Al, U, Mo, Мп и Se, а содержание Hg превышало все установленные нормативы на всех водных экосистемах.

Для ВВДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга были отмечены низкие средние индексы нагрузки неметаллами, щелочными и щелочноземельными металлами и ТМ, кроме того, выявлены минимальные средние концентрации Ti, U, Fe, Mo, V, Cu, Mn и Se. Тот факт, что в районе крупного промышленного города содержание ряда загрязняющих веществ было минимальным, можно объяснить низкой способностью ДО к аккумуляции загрязнителей, что, по-видимому, обусловлено низким содержанием органического вещества.

Пространственная и временная динамика генотоксической активности донных отложений водных экосистем на территории Оренбургской области

На первом этапе работы был выявлен широкий спектр неорганических загрязнителей в водных экосистемах на территории Оренбургской области. В исследованиях Ивановой И.Ю. (2008, 2009 гг.) было показано наличие токсических воздействий цельного грунта и ВВДО городских участков водотоков Оренбургской области на различные биологические тест-объекты (Ceriodaphnia affinis, Chironomus riparius Meigen, Lactuca sativa L.). Известно, среди токсикантов есть загрязняющие вещества из группы генотоксикангов, оказывающих различные формы тератогенной и мутагенной изменчивости у живых организмов, в том числе, и человека, что и обусловило необходимость проведения исследований по оценке генотоксического загрязнения в водных экосистемах Оренбургской области.

Используемый в рамках исследования набор тестов в 2004 г. не выявил наличие генотоксического загрязнения на большинстве изученных водных экосистем Западного региона (табл 3), однако на 18,2% станций (ст 4, р. Иртек Ташлинский р-н и 35, р. Сухоречка Тоцкий р-н) ДО проявляли генотоксичность по отношению к Dr.melanogaster, что свидетельствует о широком спектре генотоксикангов в грунтах рек, способных вызывать генные, хромосомные и геномные мутации в генеративных клетках, в дальнейшем приводящих к ДЛМ.

В Центральном регионе области на 33,3% исследуемых станций ДО проявляли генотоксичность хотя бы в одном тесте (табл 3). Видимые мутации у Ch. vulgaris индуцированы водной вытяжкой ДО только ст. 29, р. Самара Новосергеевского р-на (кратность превышения контроля - 1,75). О наличии в ДО региона промутагенов, приобретающих МА в процессе метаболизма в многоклеточном растительном организме, свидетельствует тот факт, что на 25,0% исследованных станций были зарегистрированы хромосомные аберрации в меристеме Al. сера. МА на всех водотоках характеризовалась как «слабая». Доминантные летальные мутации (Dr.melanogaster) зафиксированы на 12,5% станций, колебания в их частоте были значительными: максимальная (32,67±3,32*% при контроле 3,63±0,79%) установлена на ст 19, р. Илек Акбулакского р-на (кратность превышения контроля - 9 и соответствовала «средней» МА), а минимальная кратность превышения контроля (0,6) выявлена на ст. 3, р. Илек Илекского р-на. Полученные данные показывают, что спектр и количество промутагенов изменяются на протяжении р. Илек. К самым загрязненным водотокам Центрального региона по наличию мутагенов, помимо Илека, относится и р. Малая Хобда Акбулакского р-на, где «слабая» МА отмечена в тестах учёта ХА и ДЛМ. Наиболее чистым водоемом в 2004 г. было Черновское вод-ще Илекского р-

на, ДО которой не проявили мутагенность, что вероятно, можно объяснить тем, что ДО представлены привозным песком.

Таблица 3

№ ст Название станции Тест BM у Ch. vulga- Тест XA у Allium сера Тест ДЛМ у Dr melano- СИМА

ris gasler

Кр-тъ пр-ния к-ля ВМА, балл Прев-ние к-ля, % ВМА, балл Кр-тъ пр-ния к-ля ВМА, балл

Западный регион

4 р. Иртек Ташлинский р-н 1,13 0 7,19 0 7 2средняя 2

5 р. Чаган Первомайский р-н 1,10 0 5,93 0 2,5 0 0

6 р. Бузулук Курманаев. р-н - 2.6 0 2,8 0 0

7 р.Домашка г. Бузулук 0,9 0 4,16 0 5,5 0 0

8 р.Самара г.Бузулук 1,77 0 4,89 1слабая 2,7 0 1

9 р.Ток Грачевский р-н 1,33 0 5,73 0 2 0 0

10 р.Ток Красногвардейский р-н - 2,1 0 2,6 0 0

17 р.Кинель г. Бугуруслан 0,68 0 4,38 0 6 0 0

18 р.Терис Абдулииский р-н 1,34 0 3,52 0 5,4 0 0

25 р. Самара Сорочинский р-н 0,56 0 4,89 0 1,4 0 0

35 р.Сухоречка Тоцский р-н 0,59 0 3,28 0 7 2средняя 2

Восточный регион

24 р.Орь г. Орск 0,45 0 2,71 0 5 0 0

27 р.Урал Новотроицкий р-н 0,8 0 3,95 0 4,9 1 слабая 1

28 оз.Теплое г. Новотроицк 1,76 1 слабая 5,78 1 слабая 0,96 0 2

31 р.Губерля Новотроицкий р-н 1,63 1 слабая 5,77 0 4,8 1 слабая 2

32 р.Урал г. Новотроицк 0,79 0 5.07 0 9,4 0 0

34 р.Кумак Новоорский р-н 1,59 1 слабая 4,33 0 7,3 2 средняя 3

Оренбург

36.1 р.Сакмара 03.08 04 0,65 0 5,07 1 слабая 1,7 0 1

36.2 р.Сакмара 02.09.04 1,42 0 1,61 0 1,8 0 0

36.3 р.Сакмара 23.09.04 0,43 0 1,14 0 1,03 0 0

37.1 р.Урал Очистные соор.03.08.04 1,12 0 2,97 0 4,3 1 слабая 1

37.2 р.Урал. 02.09.04 1,64 0 3,85 0 3,2 1 слабая 1

37,3 р.Урал 23.09.04 0,56 0 4,05 0 2,3 0 0

38.1 р.Урал Железнод. мост 03.08.04 2,06 1 слабая 0,79 0 2,4 1 слабая 2

38.2 р.Урал 02.09.04 0,91 0 1,64 0 М 0 0

38.3 р.Урал 23.09.04 1,10 0 2,84 0 3 1 слабая 1

39.\ р.Урал Водозабор 03.08.04 2,28 1 слабая 1,61 0 1,9 0 1

39.2 р.Урал 02.09.04 0,82 0 3,06 0 1,1 0 0

39.3 р.Урал 23.09.04 1,76 0 4,6 0 3,6 1 слабая 1

40.1 Старица р. Урал 02.09.04 1,79 0 2,97 0 2,4 0 0

40.2 Старица р.Урал 23.09.04 2,28 1слабая 3,63 0 3,4 1 слабая 2

Центральный регион

1 Никольский к-р Переволоцкий р-н 0,6 0 2,63 0 5 0 0

2 Черновское вод-ще Илекс р-н 0,39 0 5,37 0 1,4 0 0

3 р. Илек Илекский р-н 1,41 0 5,52 1 слабая 0,6 0 1

11 р. Молочай Александр, р-н 0,88 0 4,58 1 слабая 3,1 0 1

12 р.Бигкул Александрове« р-н 1,2 0 4,76 0 0,8 0 0

13 р.Неть Шарлыкский р-н 0,73 0 5,15 1 слабая 6 0 1

14 р.Салмыш Шарлыкский р-н 0,90 0 3,11 0 5,6 0 0

15 р.Юшатырка Окгябрьск р-н 0,72 0 4,22 0 1,1 0 0

16 р.Юмал-Юшатырь Тюльганск. р-н 1,24 0 0,32 0 1,7 0 0

19 р. Илек Акбулакский р-н 0,8 0 - 9 2средняя 2

20 р.Самара Новосергеевск р-н 1,22 0 3,4 0 4 0 0

21 оз. Королев Сакмарский р-н 0,84 0 - - 0

22 р.Юшатырь Окгябрьск р-н 0,72 0 5,22 0 1 0 0

23 р. Сакмара Сакмарский р-н 0,27 0 6,98 0 1,06 0 0

26 р. Б. Юшатырь Октябрьск.р-н 1,5 0 3,59 0 0

29 р. Самара п.Новосергеевка 1,75 1 слабая 6,6 0 4,4 0 1

30 р. Малая Хобда Акбулак. р-н 1,13 0 4,93 1 слабая 3,2 1 слабая 2

33 р. Каргалка Сакмарский р-н 0,88 0 - - 0

- нет данных

Все пробы ДО р. Урала и Сакмары в районе Оренбурга хотя бы в одном из используемых нами тестов проявляли мутагенную активность (табл 3), т.е. содержали генотоксикакгы, а выявленная мутагенная активность ДО ст «Очистные соору-

жения» позволяет предположить, что применяемые технологии очистки сточных вод не достаточно эффективны в плане освобождения их от генотоксикангов, а присутствие мутагенов в ДО ст «Водозабор» свидетельствует о генотоксической опасности здоровью населения Оренбурга.

Результаты анализа мутагенной активности ДО водных экосистем Восточного региона показали, что 66,64% исследуемых станций проявляли генотоксичность хотя бы в одном тесте (табл 3). ВМ у Ch. vulgaris и ДЛМ у Dr.melanogaster индуцированы водной вытяжкой ДО на 50% изученных станций, ХА в меристеме А1. сера - на 16,7%. Наибольшая МА ДО зарегистрирована на ст 34, р. Кумак Новоорский р-н. Относительно чистым водотоком Восточного региона по содержанию генотоксикангов была р. Орь в районе г. Орска, где отмечена низкая частота генетических нарушений в тестах учёта ВМ и ХА.

В 2004 г. загрязнение водных экосистем Оренбургской области генотоксикан-тами можно назвать высоким, т.к. на 42,85 % всех изученных станций ДО обладали генотоксичностью по отношению к какому-либо тест-объекту (21 станция из 49 изученных).

Наиболее напряженная генотоксическая ситуация отмечена для водных экосистем Восточного региона области, где процент станций с МА был самым высоким и регистрировались разнообразные типы генетических нарушений (рис 5).

Видимые мутации у Ch. vulgaris индуцированы ДО 7 ст из 49 изученных: они не зарегистрированы в Западном регионе, а в Восточном зафиксированы на 50% станций, где на ст 28, оз.Теплое в г. Новотроицке наблюдалось и максимальное достоверное превышение контроля.

Хромосомные аберрации у А1. сера вызывали ДО также 7 станций, в которых содержались промутагены, приобретающие МА в многоклеточном растительном организме и активизирующие хромосомные мутации типа делеций и транслокаций. Максимальный уровень ХА (6,64±0,89*% при контроле 0,86±0,52%) зафиксирован также на ст 28 оз. Теплое г. Новотроицк в Восточном регионе.

60%

50% ..............................................................................................................................._..........._..................................................

Район Оренбурга 2130% 7,10%

42,60%

Рис. 5. Сравнение регионов по типам мутаций (2004 г.)

На 13 из изученных экосистем ДО проявили генотоксичность по отношению к Dr.melanogaster, вызывая доминантные летальные мутации. В большей степени они индуцированы ДО Восточного региона, а также Урала и Сакмары в районе Орен-

40% 30% 20% 10% 0%

« % ст с превышение м БМ У Ch. vutgaf is

%стс превышение мХА у А!.серз

•%ос превышением ДЛМ у Dr.melanogssier

9,10% 18,20%

Центральный

5.60% 25%

12,50%

бурга (рис 5). Максимальное достоверное превышение частоты ДЛМ (25,29±7,68*% при контроле 3,63±0,79%, кратность превышения контроля 7) отмечено на ст 4, р. Иртек Ташлинский р-н в Западном регионе.

К самым загрязненным по наличию генотоксикангов водным экосистемам области отнесены в Центральном регионе р. Малая Хобда, Илек, а в Восточном - р. Губерля и оз. Теплое, в ДО которых выявлен широкий спектр мутагенов и промута-генов, способных индуцировать различные типы мутаций: генные, геномные и хромосомные. Не было отмечено станций, ДО которых проявили бы генотоксичность по отношению к трем тест-объектам с явно выраженной МА.

Оценка МА ДО, отобранных в 2007 г. на водотоках и водоемах Западного и Центрального регионов проводилась с помощью двух тест-объекгов (Ch. vulgaris и Al. сера), а ДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга дополнительно и с помощью метода учета ДЛМ у Dr. melanogaster.

Таблица 4

Оценка мутагенной активности ДО (2007 г)__

№ ст Название станции Тест ВМ у Chlorella vulgaris Тест ХА у Allium сера Тест ДЛМ у Dr. melanogaster СИМА

Кр-тъ пр-я к-ля ВМА, балл Пр-ние к-ля, % ВМА, балл Кр-тъ пр-ния к-ля ВМА, балл

Центральный регион

1 р. Самара Переволоцк. р-н 1,97 1 слабая 1,95 0 - 1

2 р. Кувай Новосергеевск р-н 2,2 0 8,70 1 слабая - 1

3 р. Самара Новосергеев. р-н 2,89 2средняя 6,87 1 слабая - 3

10 р. М.Уран Александров.р-н 1,79 0 4,16 0 - 0

11 р. Молочай Александр.р-н 2,85 2средняя 3,58 0 - 2

12 р. Нетъ Шарлыкский р-н 1,47 0 2,28 0 - 0

13 р. Салмыш Шарлыкск. р-н 2,28 2средняя 7,05 1 слабая - 3

14 р. Б. Юшатырь Октябрьск р-н 1,8 1слабая 4,39 0 - 1

15 р. Янгиз Сакмарский р-н 2,1 2средняя 2,49 0 - 2

16 р. Каргалка Сакмарск. р-н 2,3 2средняя 3,84 0 - 2

Оренбург

17 Р.Урал (очист сооружения) 2,0 0 10,12 2средняя 1,60 0 2

18 Р.Урал (ж/др. мост) 1,9 0 24,89 2средняя 0,87 0 2

19 Р.Урал (водозабор) 2,2 0 1,99 0 1,37 0 0

20 Старица р. Урал 2,0 1слабая 6,26 1 слабая 2,80 1 слабая 3

21 Р.Сакмара (автодор. мост) 3,0 0 5,65 1 слабая 3,87 1 слабая 2

Западный регион

4 Сорочинское вод-ше 2Д 2средняя 3,79 0 - 2

5 р. Сорочка Тоцкий район 2,0 0 6,22 0 - 0

6 Домашкинское в-ще Бузулук-ский р-н 1,34 0 4,49 0 - 0

7 р.Самара г. Бузулук 1,95 1 слабая 3,58 0 - 1

8 р. Ток Грачевский р-н 1,26 0 2,94 0 - 0

9 р. Ток Красногвардейск. р-н 1,84 0 0,00 0 - 0

нет данных

В Западном регионе на 2 из 6 изученных станций -33,3% (Сорочинское вод-ще и р. Самара г. Бузулук) зарегистрирована МА, что может представлять генетическую опасность для водных организмов и человека (табл 4). Под воздействием ДО р. Ток Грачевский р-н (ст 8) и Красногвардейский р-н (ст 9) в двух тестах не выявлено превышения контрольных уровней мутаций, но в тесте учета ХА зафиксировано нарушение веретена деления, что привело к четырехполюсному мигозу, а в грунтах ст 9 присутствовали вещества, обладающие мощным миготоксическим действием с метастатическим эффектом, что проявилось в прекращении деления клеток. Данный факт доказывает наличие в ДО веществ, обладающих сильным миготоксическим

действием. Видимые мутации у Ch. vulgaris индуцированы ВВДО двух станций - ст. 7, р. Самара г. Бузулук (BMA -1,95) и ст. 4, Сорочинское вод-ще (кратность превышения контроля - 2,1). Процент станций, содержащих мутагены прямого действия, составил 33,3%. Наиболее загрязненной рекой Западного региона по наличию мутагенов в 2007 г., как и в 2004 году, была река Самара г. Бузулук, т.к. это единственный водоток, в ДО которого выявлены мутагены прямого действия. ДО Сорочин-ского вод-ща обладали «средней» МА, что, вероятно, объясняется искусственным характером формирования дна водохранилища и низкой скоростью течения. Следовательно, в ДО водотоков и водоёмов Западного региона присутствовали только мутагены прямого действия, вызывающие ВМ мутации у одноклеточной водоросли.

В 2007 г. МА зарегистрирована на 80% водных экосистем Центрального региона (табл 4). ВМ у Ch. vulgaris индуцированы водной вытяжкой ДО 7 станций (70%), а ДО содержали мутагены прямого действия. Наибольшая частота ВМ (8,60±0,67%*) выявлена на ст 3, р. Самара Новосергеевский р-н. ХА в меристеме Allium сера зарегистрированы на 30% станций (р. Кувай и р. Самара Новосергеевкий р-н, р. Салмыш Шарлыкский р-н), а ДО содержали промутагены, приобретающие МА в процессе метаболизма в многоклеточном растительном организме.

МА оценивалась как «слабая», максимальный уровень ХА (9,70±1,35% при контроле 1,00±0,44%) зафиксирован на ст 2, р. Кувай Новосергеевского р-на. Наиболее загрязненным гепотокеикантами водотоками Центрального региона оказались р. Самара Новосергеевский р-н и на р. Салмыш Шарлыкский р-н, в ДО которых выявлены прямые мутагены и промутагены. Генотоксически безопасными оказались реки Малый Уран и Неть Шарлыкского р-на, ДО которых не проявляли мутагенность.

Т.о., водные экосистемы Центрального региона испытывали большую нагрузку ге потоке ика (ггам и в отличие от Западного, т.к. в ДО выявлены мутагены различного действия, способные вызывать генные мутации и хромосомные аберрации. Анализ МА в районе Оренбурга на Урале и Сакмаре показал, что она зарегистрирована на 80% исследованных станций. ВМ у Ch. vulgaris индуцированы ВВДО двух станций. Максимальная частота ВМ наблюдалась (9,01±1,20%) под воздействием ДО ст 21, р. Сакмара в районе автодорожного моста. ХА в меристеме AI. сера зарегистрированы на 4 из 5 станций, за исключением ДО р. Урал в районе «Водозабора». Следовательно, 80% станций в районе Оренбурга содержали промутагены. Самым загрязненным участком Урала в 2007 г. исследования по наличию геноток-сикангов была старица реки, т.к. «слабая» МА зафиксирована во всех используемых тестах. Отсутствие генотоксикангов в ДО ст 19 «Водозабор» позволяет сделать вывод, что использование воды для питьевых целей в 2007 г. не угрожало генетическому здоровью населения города.

В 2007 г. процент водотоков и водоёмов, ДО которых проявили мутагенную активность, был выше в районе Оренбурга и в Центральном регионе (80%), в отличие от Западного, где только 33,3% станций проявили генотоксичность по отношению к тест-объектам (рис 6).

ДО Западного региона вызывали только генные мутации у Ch. vulgaris, а в спектре генотоксикангов присутствовали лишь мутагены прямого действия. В Центральном регионе и в районе Оренбурга их спектр более разнообразен, т.к. выявлены разные типы генетических нарушений (рис 6). ДО экосистем Центрального ре-

гиона преимущественно вызывали генные мутации у Ch. vulgaris (80% ст), в то же время на ряде станций регистрировались ХА - 30%. ДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга в наибольшем количестве содержали промутагены, активизирующиеся в многоклеточных растительных и животных организмах, т.к. индуцировали ХА у лука и ДЛМ у дрозофилы.

Помимо наличия генотоксикангов в тесте учёта ХА были выявлены токсиканты, обладающие митотоксическим действием: в грунтах р. Ток (ст 8 и 9) и р. Урал в районе автодорожного моста (ст 21), что свидетельствует о широком спектре загрязнителей.

* ЛЛ% I SViO% 0.00% ' 0.00%

ИЦвтрйЛммЯрММЖ 80*. 70И< 3 OV, &OV. I 209«

M(3pcnf>VPr К'.У. ? -iO% ЯО% гох

Рис. 6 Сравнение регионов по типам мутаций (2007 г.)

Для оценки степени изменения мутагенной активности ДО во временном аспекте на ряде водных экосистем Западного и Центрального регионов ДО были отобраны в два года исследования (2004 г., 2007 г.): в Западном регионе на 3 ст, в Центральном - на 6 ст. МА оценивалась при использовании двух экспериментальных тест-объектов (Ch. vulgaris, АI. сера).

Результаты анализа показали, что на р. Ток Западного региона МА ДО в оба года исследования отсутствовала, следовательно, за 3 года, прошедших между сроками отбора проб, поступления генотоксикантов в водоток не происходило, но в ДО этой реки отмечено поступление веществ, обладающих сильным митотоксическим действием. Мутагенная активность ДО р. Самара в г. Бузулук регистрировалась в оба года: в 2004 г. она оценивалась как «слабая» при использовании А1. сера, а в 2007 г. она осталась на прежнем уровне, но спектр генотоксикангов стал более разнообразным, т.к. регистрировались и мутагены прямого действия.

На водотоках и водоёмах Центрального региона области токеикогенетичеекая ситуация изменялась по-разному: на 83,3% станций она при повторном исследовании стала более напряженной, и лишь на 16,7% станций улучшилась. Снижение МА зарегистрировано на р. Неть Шарлыкского р-на, что свидетельствует о произошедшем за три года самоочищении ДО от генотоксикантов за счет процессов их растворения и вымывания в воду. На р. Молочай Александровского р-на в 2007 году «средняя» МА зафиксирована в тесте учета ВМ у Ch. vulgaris, в то время как в пробах 2004 г. прямые мутагены выявлены не были, но зарегистрировано наличие про-мутагенов, активирующихся в многоклеточном растительном организме А1. сера , т.е. в ДО произошла смена спектра генотоксикантов. На р. Салмыш Шарлыкского р-на генотоксическая ситуация изменилась от полного «отсутствия» мутагенного

эффекта в 2004 г. до «средней» МА в 2007 г., обусловленной накоплением геноток-сикангов различного спектра действия, т.к. вытяжка грунтов в этот год исследования вызывала мутации и у СИ. vulgaris, и ХА в меристеме А1. сера. На р. Самара Новосергеевского р-на в 2004 г. зарегистрирована «слабая» МА грунтов в тесте ВМ у СИ. vulgaris, а в 2007 г. МА оценивалась уже как «средняя» и пробы индуцировали ещё ХА в меристеме А1. сера. На реках Большой Юшатырь Октябрьского р-на и Каргалки Сакмарского р-на в 2007 г. произошло увеличение частоты видимых мутаций у СИ. vulgaris: на р. Б. Юшатырь зафиксирована «слабая» МА, на р. Каргалка - «средняя», в то время как ДО 2004 г. не обладали МА.

Всё выше сказанное позволяет сделать вывод, что за прошедшие 3 года исследования в водотоки Оренбургской области увеличилось поступление генотоксикан-тов, т.к. во всех регионах возросло число станций с М А (рис 7).

В меньшей степени ухудшение генотоксической ситуации наблюдалось в Западном регионе (с 27,3% до 33,3%) и произошла смена генотоксикантов, т.к. возросло число станций, ДО которых индуцировали ВМ у СИ. vulgaris и снизился процент станций, ДО которых вызывали ХА в меристеме А1. сера. В Центральном регионе области увеличение процента станций с МА было более значительным (с 33,3% до 80%). Очень резко (с 5,6% до 60%) возросло число станций, ДО которых вызывали видимые мутации у СИ. vulgaris, но не изменилось количество станций, ДО которых вызывали ХА в меристеме А1. сера (25-30%). При этом возросло число станций с двумя типами нарушений: с 5,6% в 2004 году до 20% в 2007 г.. Токсикогенетическая ситуация в районе Оренбурга в 2007 г. ухудшилась, о чём свидетельствует увеличение процента станций, ДО которых проявляли МА (с 57,1 до 80%), резко возросло (с 7,1 до 80%) число станций, в ДО которых присутствовали промутагены, приобретающие МА в^О£0^то^ом_растигельном организме^рисТХ___ _

90,0» 80,00» 70,00» 60,00» 50,00% 40,00% ».00» 20.00» 10,0« 0.00%

Запаян«« Западный Централы) Централей 2004 2007 ый 2004 ЫЙ2007

Оренбург 2004

Оренбург 2007

«»стеМАДО

27,20%

33%

35,30%

к% ««ВМ У Ch. vulgaris

%а с ХА б шристеме А|.«ра Ш%с 1 типом генетически* нарушений

" Wcr с 2 типами генетихескихнарушехий

0% 9,10« 18.20« 9%

33,30%

0,00» 33,30% 0,00%

5,60% 25,00% 33,50%

60% 30% 60% 20%

57,10% 21.40% 7,10% 28% 14,20%

20»

40«

Рис. 7. Временная динамика изменения МА ДО водных экосистем рет ионов области

Результаты трёхлетнего мониторинга генотоксической активности ДО водных экосистем Оренбургской области показал, что в ДО произошла аккумуляция поллю-тангов, способных повреждать генетический материал клеток. На ряде водотоках спектр генотоксикангов расширился, либо произошла их смена, а в отдельных водных экосистемах загрязнение генотоксикангами перестало регистрироваться, что связано с процессами самоочищения ДО от мутагенов за счет их растворения и вымывания в воду. В рамках экспедиционных исследований на отдельных водотоках Оренбургской области отбор проб ДО был произведён на нескольких станциях.

В 2004 г. - реки Самара, Илек, Сакмара и Урал, а в 2007 г. исследований - Самара. Результаты оценки МА показали, что наибольшая степень МА и широта спектра мутагенов наблюдалась вблизи крупных городов и населенных пунктов, которые и являлись источниками поступления в водные экосистемы загрязнителей мутагенной природы.

Корреляционный анализ химического загрязнения и мутагенной активности донных отложений водных экосистем Оренбургской области

Результаты корреляционного анализа показали, что валовое содержание металлов в цельном грунте не являлось главным фактором генотоксичности по отношению к тест-объектам. Поиск корреляционных зависимостей между мутагенностью и суммарным содержанием загрязнителей разных групп в ВВДО, а также содержанием отдельных элементов показал, что коэффициенты корреляции (г) имели разную силу. Частота и сила выявленных корреляционных связей отличалась в разных регионах, а наибольшая величина коэффициента прослеживалась в Восточной зоне Оренбуржья, где отмечены и максимальная МА, и наибольшее содержание загрязняющих веществ в ВВДО.

Установлено, что металлы, не обозначенные как ТМ при проведении экологических исследований, могут выступать как генотоксиканты, т.к. их суммарное содержание коррелировало с мутациями разного типа. Генные мутации у хлореллы напрямую зависели от суммарного содержания металлов данной группы во всех регионах. Умеренная сила корреляции отмечена для Оренбурга (i=0,34) и Восточного (т=0,37), а слабая - для Центрального региона (г=0,24). В двух регионах (Центральный и Восточный) указанная группа определяемых металлов дополнительно коррелировала и ХА в клетках многоклеточного растительного организма, и с мутациями в половых клетках дрозофилы: генные, хромосомные и геномные мутации у дрозофилы характеризовались умеренным характером связи (г=0,36 - Центральном, г=0,43 - Восточном регионе), а частота ХА с металлами данной группы коррелировали с разной силой: в Центральном регионе - умеренная сила (г=0,32), а в Восточном - сильная (г=0,73 при р<0,05). Наиболее опасными является алюминий, т.к. его концентрации и ВМ у Ch. vulgaris имели такую же корреляционную зависимость, что и с суммарным содержанием металлов данной группы. Сходный характер выявлен и с частотой ХА у А1. сера: в Центральном регионе г=0,35, а в Восточном -1=0,79 (при р<0,05); и с величиной ДЛМ у Dr. melanogaster. г =0,30 и 0,37.

дрозофилы имела умеренную связь (г=0,37) с содержанием РЗМ. Данный факт свидетельствует о наличии генотоксического эффекта у РЗМ и необходимости проведения мониторинговых исследований за их содержанием в водных экосистемах.

Проведенный корреляционный анализ показал, что с точки зрения оценки опасности для генетического материала при проведении экологических исследований следует обратить внимание на РЗМ и алюминий, т.к. в рамках работы была выявлена высокая положительная корреляционная связь между содержанием данных веществ и мутациями разного типа.

ВЫВОДЫ

1. Индекс нагрузки металлами твёрдой фракции ДО водных экосистем не имел достоверных различий между регионами области, его максимальное значение отмечено в Центральном регионе, для которого установлен статистически достоверный рост ИНМ (р<0,05) с 2004 по 2007 гг. В водных экосистемах всех регионов зарегистрировано увеличение содержания Бе и N1, а в Центральном - ещё и Сг, в Западном - Сг и Си, а в районе Оренбурга, помимо Ре и в 2 раза возросло содержание Мп. Превышение большинства используемых нормативов установлено по хрому и никелю. В 2004 г. зафиксированы аномальные концентрации (М±2с) ряда металлов: в Западном регионе - Mg, N1, в Центральном — II, Бе, А1, Мп, Сг, 7п, РЬ, в районе Оренбурга - Си, 7л, РЬ, а в 2007 г. лишь Сс1 и (Центральный регион).

2. Экологическое состояние водных экосистем в оба года исследований характеризовалось как сравнительно благополучное, т.к. Кс всех определяемых металлов, рассчитанные в долях от экологических нормативов для ДО, были менее 1, за исключением М, что, вероятно, обусловлено формированием природно-геохимической провинции.

3. Установлено равномерное распределение щелочных и щелочноземельных металлов в водных экосистемах области, а для неметаллов зарегистрировано максимальное их поступление в водотоки Восточной зоны. Повсеместное поступление отмечено идля РЗМ, но средний индекс нагрузки ими широко варьировал: от 7,3*10 "4 мг/л (Центральный регион) до 1*10 "2 мг/л (Восточный регион), достоверных различий между регионами не установлено.

4. Суммарная нагрузка тяжёлыми металлами ВВДО изменялась в широких пределах (от 0,5773 мг/л до 5,7021 мг/л). Высокий показатель нагрузки ТМ в Центральном регионе обусловлен максимальными концентрациями Ре, Со, Си, 7х\, РЬ, Сё на ряде водотоков. Достоверные различия установлены для 8е: в Восточном в 1,3 раза выше, а в ДО Урала иСакмары в районе Оренбурга в 2,0 раза ниже, чем в Центральном регионе. Содержание Ре и Мп повсеместно превышало все используемые нормативы, Мо и V - ЦДКрх.; а Си - ПДК ЕС и ВОЗ.

5. Установлено широкое распространение Нц в водных экосистемах области, содержание которой в ВВДО превышало ПДКр,х на 100% изученных водотоков и водоёмов, выявлены даже её аномальные концентрации (М±2с) в цельном груше. Наиболее неблагополучная ситуация по загрязнению ртутью отмечена для Восточного региона, где были превышены и другие установленные нормативы, а относительно благополучным является Западный регион, в котором не превышены нормативы ЕС и ВОЗ дня воды.

6. Для элементов, не обозначенных как ТМ при проведении экологических исследований, максимальная нагрузка отмечена в ВВДО Восточного региона, но достоверные различия между регионами не установлены. Наибольшую опасность из поллютантов данной группы представлял А1, содержание которого повсеместно превышало ПДКрх.

7. Загрязнение водных экосистем области генотоксикангами оценено как высокое в оба года исследования, при этом выявлен широкий спектр мутагенов и про-мутагенов, вызывающих генные, геномные и хромосомные мутации. Наибольшая степень МА и широта спектра мутагенов отмечались вблизи крупных городов и населенных пунктов

8. За три года исследования в грунтах большинства водных экосистем Оренбургской области произошла аккумуляция генотоксикангов с расширением спектра или его сменой. В отдельных водных экосистемах загрязнение генотоксикангами перестало регистрироваться, что, по-видимому, обусловлено процессами очищения ДО от мутагенов.

9. Среди поллютантов, регистрируемых в ВВДО, выявлены загрязнители (РЗМ и алюминий) имеющие высокую положительную корреляционную связь между их содержанием и мутациями разного типа, в то время как валовое содержание металлов в цельном грунте не являлось главным фактором, вызывающим генотоксичность по отношению к тест-объектам.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Шостак,ЕИ,Иванэва,ИЮ,Амелина,ЛВ.Чувствшельнхгаакгинэбага^ийктяжЕлым мегашвм // IX Съезд Гидробиолопнесксго общества РАН: тезжы докладов. - Тольятти.2006. -т. П-С.243.

2 Амелина,ЛВ,Ангшонга,А1101Енкаму1а1тюйакпшнэстидонн^^ ла иСакмары в район: Оренбурга//Малодежь и наука; игсги и герсгективы: мат-лы юн}).-Саратов. 2006.-С. 53.

3. Сотовых, Г.Н, Амелина, ЛВ, Иванова, И.Ю, Прохорова, ИМ, Ковалева, МИ, Фэмичева, АН Мугагеншя активность донных отложений рек Урал и Сакмара //. Эколот ичхюс пробгамы уникалыых природных иангрогогеиых дандшафтов: маг-лы кон}).-Ярославль. 2006. -С. 243-249.

4. Ангшонов, АЛ., Иванова, ИЮ, Амелша, ЛВ. Хшический монигоршг сосютнга водого-кю в условиях крупного промышленного города (г. Оренбург) на гримере реки Урал //Весгник йх-сийжего государственного медицинского университета № 2: маг-лы кон}). - Москва 2006. - С. 336337.

5. Иванова, И. Ю., Соловых, Г.Н, Амелина, Л.И, Томилина, И.И., Прохорова, ИМ. Оце»ь ка токсических и мутагенных свойств донных отложений рос Урала и Сакмары в районе крупного промышленного центра (Оренбургу/Весшнк Оренбургского государственного уни-вераггета.-2006Л«12(62).-С50-57.

6. Ивашва,И.Ю,Амелит,ЛБ,Минакова,ВВ,Шерсг№ва,КВ.Хи«ическиймонигорингсо-сгаяния реки Урал в район; города Оренбурга // Экология пресшводных экосистем и здоровье шсе-ленш: мат-лы конф.-Оренбург. 2006. -С. 13-14

7. Иванова, И. Ю., Шнвелев, СЛ, Амелина, Л.В. Оценка токсических свойств донных отложений рек Урала и Сакмара в районе крупного промышленного города (Оренбург) // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2006.- № 13 (63).- С230-232

8. Голинская, ЛВ. Ошнка мугагеннэй активности донных отложений водоемов и водотоков За-гаднхо регюна Оренбургской области1/ Вестник ГЬссшского государственного медицинского университета.-2008. -№2/61. -С 237.

9. Голинская, ЛВ. Оцгпка содержания ге которых металлов в донных отложениях реки Урал в райэнг Оренбур^/Экшогические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов: маг-лы конф.-Ярославль. -2007.-С. 152-155.

10. Голинская, ЛВ. Характеристика генотоксичносш донных отложений реки Урал в районе Оренбурга И Вестник Оренбургского государственного университета. -2008. - № 82. - С. 127129.

II. Голинская, Л.В. Оценка содержания ряда металлов в донных отложениях водоемов Восточного Оренбуржья// Вестник Оренбургского государственного университета.- 2009.- № 6 (100).-С 558-559.

12 Голинская, ЛВ. Характер! сгнка содержали ряда металлов в донных отложениях рек Урала и Сакмары//Молодежь и щука: игсги и персгЕкгивы: маг-лы конф.-Саратов. 2008. -С. 66.

13. Голинская, ЛЛ, Шустова, Н.В. Временная динамика мутагенной активности донных отложений ржи Урал в акватории Оренбурга// Вестник Оренбургского государственного уни-

веротгета.-2009.-№2.-С.230-232.

14. Голижкая, JIB, Шустова, H.B. Биологическиг аспект р. Урал в райэге Оренбурга // Асгра-хажкий медицинский журит. -2008. -том 3,№3.-С.253-255.

15. Голижкая, ЛВ, Сетевых, Г.Н. Гегогоксическая характеристика дэшых отложений рек в рагонг Оренбурга. Съезд гешгиков и селекционеров, посвяценный 200-легию со дан рождения Чарльза Дарвига. V съезд Вавиповского общества гешгиков и селекционеров. -Москва, 21 -28 июня 2009г. часть2-С. 156.

16. Соловых, ГЛ, Голинская, JIB, Шустова, НЛ. Мониторинг содержания металлов в донных отложениях рос Центрального региона Оренбургской обтст//Гитена и санитария. -2009.- №6. - С.71-74.

17. Голижкая, ЛВ,Кольчугми,Г.Ф. Елестаешыерадюнукгпда в водотоках и водоемах Оренбуржья// Актуальные вопросы медицижкой науки: сбэрник гаучных работ студентов и молодых ученых Всероссюской тучнэ-пракгическш конференции с международным учаежм, пхвяшгн-гой 1000-легиюЯрослэвля. 2010. -С28.

Список используемых сокращений ВВДО - водная вытяжка донных отложений; Вод-ще - водохранилище; ВМ - видимые мутации; BMA - выраженность мутагенной активности; ДЛМ - доминантные летальные мутации; ДО - донные отложения; ИН - индекс нагрузки; Кс - коэффициент концентрации; Ксуи - сумма коэффициентов концентраций; МА - мутагенная активность; МУ - методические указания; МР- методические рекомендации; ОХН — общая химическая нагрузка;

ПДК до-экологические нормативы содержания для донных отложений; ПДКР.Ж - предельно допустимая концентрация для воды рыбохозяйственных водоёмов;

р.- река;

РЗМ - редкоземельные металлы;

СИМА - суммарный индекс мутагенной активности;

Ст- станция;

ТМ - тяжёлые металлы;

ХА - хромосомные аберрации.

ГОЛИНСКАЯ Людмила Владимировна

Экологотенотоксический мониторинг состояния водных экосистем на территории Оренбургской области

03.00.08-Экология

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Оригинал-макет изготовлен с помощью текстового редактора Microsoft Office Word 2003.

Подписано в печать «_» _2011 г.

Гарнитура Times New Roman. Печать офсетная. Формат 64x84. 1/16 Объём 1,0 п.л. 28 с. Тираж 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Голинская, Людмила Владимировна

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНЫХ

ЭКОСИСТЕМ.

1.1.Тяжёлые металлы как приоритетные загрязнители окружающей среды.

1.2. К вопросу о состоянии химического загрязнения водных экосистем.

1.3. Донные отложения как объект биомониторинга водных экосистем.

1.4. Нормирование содержания загрязняющих веществ в донных отложениях.

ГЛАВА II. ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ КАК ОДИН ИЗ ФАКТОРОВ МУТАГЕННОЙ ОПАСНОСТИ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

2.1. История и методы генотоксикологии.

2.2. Использование различных тест-систем для оценки генотоксического состояния морских и пресноводных экосистем.

ГЛАВА III. ОБЪЕКТ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Описание объекта исследования.

3.2. Материал и методы исследования.

3.2.1. Методы определения содержания неорганических загрязнителей в цельном грунте и водной вытяжке донных отложений.

3.2.2. Методы определения мутагенной активности.

3.2.2.1. Метод учета видимых мутаций у Ch. vulgaris.

3.2.2.2. Метод учета хромосомных аберраций у А1. сера.

3.2.2.3. Метод учета доминантных летальных мутаций у

Бг. melanogaster.

3.2.3. Методы статистической обработки результатов.

ГЛАВА IV. ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ МЕТАЛЛАМИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ.

4.1. Оценка состояния химического загрязнения донных отложений водоемов и водотоков Оренбургской области

2004 г.).

4.2.Экологическая оценка содержания металлов в донных отложениях в долях от экологических нормативов (2004 г.).

4.3. Оценка химического загрязнения донных отложений водоемов и водотоков Оренбургской области (2007 г.).

4.4. Экологическая оценка содержания металлов в донных отложениях в долях от экологических нормативов (2007 г.).

ГЛАВА V. ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЁЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

5.1. Динамика межгодовых изменений в содержании тяжёлых металлов в цельном грунте водотоков и водоёмов Оренбургской области.

5.2. Оценка межгодовых изменений экологического состояния водных экосистем Оренбургской области.

ГЛАВА VI. ХАРАКТЕРИСТИКА КАЧЕСТВА И УРОВНЯ НЕОРГАНИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ

ВОДОРАСТВОРИМОЙ КОМПОНЕНТЫ ДОННЫХ

ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ.

ГЛАВА VII. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ И ВРЕМЕННАЯ ДИНАМИКА ГЕНОТОКСИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ НА ТЕРРИТОРИИ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ (2004 г. и 2007 г.).

7.1. Генотоксическая активность донных отложений водотоков и водоемов Оренбургской области (2004 г.)

7.2. Генотоксическая активность донных отложений водотоков и водоемов Оренбургской области (2007 г.).

7.3. Временная динамика мутагенной активности донных отложений водных экосистем Оренбургской области.

7.4. Пространственная динамика мутагенной активности донных отложений водных экосистем Оренбургской области.

ГЛАВА VIII. КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ХИМИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ И МУТАГЕННОЙ АКТИВНОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Эколого-генотоксический мониторинг состояния водных экосистем на территории Оренбургской области"

Актуальность работы: Одной из глобальной проблем современности является загрязнение окружающей среды, в результате которого происходит деградация биосферы. В число наиболее опасных загрязнителей природной среды, входят ТМ, а в последние годы возросли и масштабы поступления редкоземельных металлов. Данные поллютанты не подвергаются процессам разложения и перераспределяются между отдельными компонентами экосистемы, аккумулируются в донных отложениях, представляющих собой сложную многокомпонентную систему [9, 91], которая может рассматриваться в качестве информативного показателя состояния экосистемы. Накопление загрязняющих веществ в ДО является одной из причин временного выведения их из круговорота и самоочищения водной среды, но загрязнение экосистемы при этом сохраняется [86, 110], а при определенных условиях ДО могут выступать в роли источника вторичного загрязнения. В связи с этим, одним из наиболее важных критериев оценки состояния экосистемы является отсутствие накопления химических элементов в ДО реки, особенно вблизи возможных источников техногенного загрязнения [172].

Химические поллютанты могут выступать в качестве мутагенов, либо промутагенов, поэтому при изучении водоёмов важной составляющей является оценка генотоксической ситуации. Генотоксиканты - поллютанты, способные нарушать генетические структуры и процессы, приводящие к увеличению частоты наследственных и онкологических заболеваний, врождённых пороков развития, снижению иммунитета и преждевременному старению организма, что может приводить к серьёзным негативным последствиям, вплоть до вырождения и вымирания видов [1]. В связи с этим для научной разработки природоохранных мероприятий очевидна необходимость оценки генотоксической активности водотоков, и особенно малых рек. Однако в настоящее время особенности динамики генотоксической ситуации в малых реках, подвергающихся антропогенному прессу, в том числе и воздействию генотоксикантов, изучены не достаточно, хотя они являются начальным звеном формирования водных ресурсов страны и определяют состояние средних и крупных рек, водоёмов и ресурсов подземных вод, играют важную хозяйственную и рекреационно-оздоровительную роль, на их берегах проживает большая часть населения.

В Оренбургской области проблема загрязнения водных экосистем освящена в ряде работ, проведенных с использованием гидрохимических показателей, имеются данные по состояния донного осадка на территории области. В работах Боева В.М., Куксанова В.Ф. и Быстрых В.В. (2002) показано, что распределение концентраций элементов в ДО на территории области в целом отражает содержание их в почве. Рядом авторов (Боев В.М., Красиков С.И., Перепёлкин С.В.и др., 2003) была дана оценка содержанию ряда элементов в ДО открытых водоёмов Западной части Оренбургской области.

1. Определить суммарную нагрузку металлами твёрдой фракции ДО, 7 проследить временную динамику в их содержании, установить вклад отдельных поллютантов в экологическое состояние водных экосистем Оренбургской области, выявить приоритетные загрязнители и экосистемы с высоким уровнем антропогенной нагрузки.

3. Исследовать спектр мутагенов, присутствующих в донных отложениях с использованием экспериментальных тест-объектов и дать характеристику генотоксической ситуации водных экосистем на территории Оренбургской области.

5. С использованием корреляционного анализа выявить зависимость различных типов мутаций от химического загрязнения цельного грунта и водной вытяжки донных отложений, обозначить наиболее опасные генотоксиканты, выявленные в водных экосистемах на территории Оренбургской области.

Научная новизна. Установлено превышение большинства существующих нормативов по Сг и №- в цельном грунте. Выявлены аномальные концентрации металлов в водных экосистемах: Западного региона М^, Центрального 1л, Бе, А1, Мп, Сг, Ъп, РЬ, Урала и Сакмары в районе Оренбурга Си, Ъъ, РЬ (2004 г.), Сс1, в водных экосистемах Центрального региона (2007 г.).

В межгодовой динамике зарегистрировано увеличение содержания в ДО Бе и № во всех регионах, в Центральном - ещё и Сг, в Западном - Сг и Си, а в районе Оренбурга, помимо Бе и №, в 2 раза возросло содержание Мп. 8

Установлено сравнительное экологическое благополучие водных экосистем на территории Оренбургской области.

Выявлено широкое распространение в цельном грунте её содержание повсеместно превышало норматив 1ЕРА, а в ВВДО —ПДКР х.

Впервые в лабораторных условиях с использованием нескольких тест-объектов проведено биологическое тестирование суммарной мутагенной активности ДО водных экосистем на территории Оренбургской области. Загрязнение водных экосистем области генотоксикантами оценено как. высокое в оба года исследования, и выявлен широкий спектр мутагенов и промутагенов, вызывающих генные, геномные и хромосомные мутации. Во временной динамике в грунтах большинства водных экосистем произошла аккумуляция генотоксикантов с расширением спектра или его сменой, а на отдельных - загрязнение генотоксикантами перестало регистрироваться. Наибольшая степень МА и широта спектра мутагенов выявлены вблизи крупных городов и населенных пунктов.

Теоретическая и практическая значимость работы. Расширены знания об экологическом состоянии водных экосистем на территории Оренбургской области. Установлен широкий спектр водорастворимых форм неорганических загрязнителей, содержащихся в ДО, оценен уровень суммарной мутагенной активности и прослежена пространственная и временная динамика. Выявлена наибольшая информативность водорастворимой компоненты донных отложений в эффективной оценке 9 генотоксической ситуации водных экосистем, которая рекомендована к использованию в экологическом мониторинге.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на региональных научно-практических конференциях молодых ученых и специалистов: Оренбург, 2006, 2008, 2009; на Международной (Всероссийской) Пироговской студенческой научной медицинской конференции: Москва, 2006, 2008; на Всероссийской конференции с ю участием стран ближнего зарубежья «Экология пресноводных экосистем и состояние здоровья населения»: Оренбург, 2006; на IX Съезде Гидробиологического общества РАН: Тольятти, 2006; на конференции «Экологические проблемы уникальных природных и антропогенных ландшафтов»: Ярославль, 2006, 2007; на конференции «Молодежь и наука: итоги и перспективы»: Саратов, 2006, 2008; на V съезде Вавиловского общества генетиков и селекционеров: Москва, 2010; на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Актуальные вопросы медицинской науки»: Ярославль, 2010. Диссертация апробирована на расширенном заседании проблемной комиссии «Гигиена, экология, эпидемиология, общественное здоровье и здравоохранение» ОрГМА.

По теме диссертации опубликованы 17 работ, из них 6 статей в рецензируемых научных журналах, обозначенных в списке ВАК для опубликования основных научных результатов исследований на соискание ученой степени доктора и кандидата наук. Положения, выносимые на защиту.

1. Широкий спектр регистрируемых мутагенных эффектов у экспериментальных объектов свидетельствует о наличии генотоксикантов в водных экосистемах Оренбургской области с различным характером действия, претерпевающих пространственную и временную динамику.

2. Содержание водорастворимых форм неорганических поллютантов, как наиболее лабильных и генотоксически активных, — один из информативных показателей в оценке эколого-генотоксического состояния водотоков и водоёмов.

Объём и структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 200 страницах машинописного текста и включает введение, 2 главы обзора литературы, главу по материалам и методам исследования, 5 глав собственных исследований, заключение, выводы, приложение. Библиографический список содержит 174 отечественных и 66 зарубежных

Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Голинская, Людмила Владимировна

выводы

1. Индекс нагрузки металлами твёрдой фракции ДО водных экосистем не имел достоверных различий между регионами области, его максимальное значение отмечено в Центральном регионе, для которого установлен статистически достоверный рост ИНМ (р<0,05) с 2004 по 2007 гг. В водных экосистемах всех регионов зарегистрировано увеличение содержания Бе и а в Центральном — ещё и Сг, в Западном - Сг и Си, а в районе Оренбурга, помимо Бе и в 2 раза возросло содержание Мп. Превышение большинства используемых нормативов установлено по хрому и никелю. В 2004 г. зафиксированы аномальные концентрации (М±2о) ряда металлов: в Западном регионе - №, в Центральном - 1л, Бе, А1, Мп, Сг, Ъп, РЬ, в районе Оренбурга — Си, Ъп, РЬ, а в 2007 г. лишь Сё и Щ (Центральный регион).

2. Экологическое состояние водных экосистем в оба года исследований характеризовалось как сравнительно благополучное, т.к. Кс всех определяемых металлов, рассчитанные в долях от экологических нормативов для ДО, были менее 1, за исключением N1, что, вероятно, обусловлено формированием природно-геохимической провинции.

3. Установлено равномерное распределение щелочных и щелочноземельных металлов в водных экосистемах, а для неметаллов зарегистрировано максимальное их поступление в водотоки Восточной зоны. Повсеместное поступление отмечено и для РЗМ, но средний индекс нагрузки

4 2 ими широко варьировал: от 7,3*10 " мг/л (Центральный регион) до 1*10 " мг/л (Восточный регион), достоверных различий между регионами не установлено.

Сакмары в районе Оренбурга в 2,0 раза ниже, чем в Центральном регионе.

181

Содержание Ге и Мп повсеместно превышало все используемые нормативы, Мо и V - ПДКр.х.; а Си - ПДК ЕС и ВОЗ.

5. Установлено широкое распространение Н^ в водных экосистемах области, содержание которой в ВВДО превышало ПДКрх на 100% изученных водотоков и водоёмов, выявлены даже её аномальные концентрации (М±2а) в цельном грунте. Наиболее неблагополучная ситуация по загрязнению ртутью отмечена для Восточного региона, где были превышены и другие установленные нормативы, а относительно благополучным является Западный регион, в котором не превышены нормативы ЕС и ВОЗ для воды.

7. Загрязнение водных экосистем области генотоксикантами оценено как высокое в оба года исследования, при этом выявлен широкий спектр мутагенов и промутагенов, вызывающих генные, геномные и хромосомные мутации. Наибольшая степень МА и широта спектра мутагенов отмечались вблизи крупных городов и населенных пунктов

8. За три года исследования в грунтах большинства водных экосистем Оренбургской области произошла аккумуляция генотоксикантов с расширением спектра или его сменой. В отдельных водных экосистемах загрязнение генотоксикантами перестало регистрироваться, что, по-видимому, обусловлено процессами очищения ДО от мутагенов.

182

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе приводятся результаты исследования химического загрязнения цельного грунта и ВВДО, а также мутагенной активности ДО водных экосистем на территории Оренбургской области. Целью исследования было проведение мониторинговых исследований химического и генотоксического загрязнения водоёмов и водотоков.

Для Оренбургской области характерно высокое загрязнение атмосферного воздуха, поверхностных и подземных вод, почвы [173]. Качество питьевой воды продолжает ухудшаться почти по всем нормируемым показателям [164]. Экологическую напряженность усиливает трансграничный перенос вредных веществ со стороны Челябинской области и Республики Башкортостан. Кроме того, 4 сентября 1954 г были проведены испытания атомного оружия на Тоцком полигоне [15].

Таким образом, водные экосистемы области испытывали и продолжают испытывать антропогенное воздействие. В последнее время в качестве объектов исследования всё чаще используются ДО, т.к. в них, в конечном счёте, аккумулируются загрязнители, поступающие в водные экосистемы [116,148], поэтому они были выбраны в качестве материалы исследования в данной работе. Грунты могут депонировать в своём составе различные загрязняющие вещества, в том числе, обладающие мутагенной активностью. Реки и водоёмы области используется большими группами населения как источники водозабора и рыболовства, а также как рекреационная зона, что может привести к попаданию генетически активных поллютантов в организм человека, поэтому исследование их генотоксического загрязнения является актуальным.

На первом этапе была дана оценка загрязнения металлами цельного грунта в два срока исследования (2004 и 2007 гг.), а также изучена временная динамика в содержании ряда металлов.

Анализ загрязнения металлами цельного грунта в 2004 г. показал, что минимальные средние концентрации металлов - сорбентов (марганца, железа и

172 алюминия), отмеченные в Восточном регионе, сопровождались низким ИНМ ДО, что согласуется с имеющимися литературными данными [46,88,108]. Установлено, что одним из приоритетных загрязнителей водных экосистем Оренбургской области является никель, содержание которого на всех изученных водотоках и водоёмах превышало все существующие нормативы для до.

На ряде исследованных водотоках и водоёмах Оренбургской области были выявлены аномальные концентрации отдельных металлов (М±2а), обусловленные природными геохимическими особенностями или антропогенным воздействием: в Западном регионе - М§, №, В Центральном — 1л, Бе, А1, Мп, Сг, Ъъ, РЬ, в районе Оренбурга - Си, Ъъ, РЬ.

Выполненная нами работа по оценке валового содержания металлов в ДО водотоков и водоемов Оренбургской области в 2007 г. ещё раз показала, что Центральный регион и непосредственно город Оренбург испытывают большую нагрузку металлами, чем Западный регион, о чём свидетельствуют более высокие показатели ИНМ ДО водных экосистем на этих территориях области. Оценка загрязнения ТМ ДО на территории Оренбургской области с использованием различных нормативов не выявила превышения по Ъп, Сё, РЬ, для ряда металлов №, Сг) отмечено повсеместное превышение каких-либо нормативов. Выявлены аномальные концентрации кадмия и ртути (М±2сг) в Центральном регионе на р. Каргалка Сакмарский р-н, которые свидетельствуют о формировании природно-антропогенной геохимической провинции.

Сравнение ИНМ в оба года исследования по регионам показало, что самый низкий индекс нагрузки металлами был в грунтах водотоков и водоемов

Западного региона, а донные отложения Центрального региона, Урала и

Сакмары в районе Оренбурга характеризовались более высокими его показателями, но между ними значительных различий не установлено.

Статистически достоверный рост (р<0,05) выявлен лишь для водотоков и водоемов Центрального региона. В целом в 2007 г. загрязнение грунтов ТМ

173 было выше по сравнению с 2004 г., что свидетельствует о возрастании антропогенной нагрузки на водные экосистемы за период с 2004 по 2007 гг. В ДО всех регионов произошло увеличение средних концентраций Бе и N1, а в Центральном повысилась и концентрация Сг, в Западном - Сг и Си, а в районе Оренбурга, помимо Бе и N1, почти в 2 раза возросло содержание Мп.

Результаты анализа экологического состояния экосистем показали, что содержание Сг, РЬ, Си, Ъп, Сё, как правило, не представляло опасности для экологического состояния водотоков и водоемов Оренбургской области, т.к. их Кс были менее 1, но в отдельных экосистемах значение этого коэффициента для ряда металлов либо приближалось к 1, либо было выше: в 2004 г. в Центральном регионе - оз. Королев Сакмарского р-на (Кс Си= 0,99), на р. Урал в районе Оренбурга - «Очистные сооружения» (Кс Си=1,17, Кс Хп=Ъ,1). Наибольший вклад в суммарный коэффициент нагрузки вносил коэффициент концентрации среднерегиональное значение которого во всех регионах области либо приближалось к 1, либо было выше в оба срока исследования, в 2004 г. наибольший Кс № составил 3,14, а в 2007 г. - 2,72.

С точки зрения опасности для гидробионтов и человека, наиболее важен мониторинг водорастворимых форм поллютантов, содержание которых было определено в ВВДО. Среди токсикантов особое место занимает ртуть, проведенный анализ показал широкое распространение Щ в водных экосистемах области, о чём свидетельствует 100% превышение ПДКрх на всех изученных водотоках и водоёмах области. Наиболее неблагополучная ситуация по загрязнению Щ отмечена для Восточного региона, т.к. здесь на всех исследованных водотоках и водоёмах концентрация Н§ превышала и другие установленные нормативы. Относительно благополучным по накоплению ^ в ДО можно считать Западный регион, где не были зарегистрированы концентрации, превышающие нормативы, рекомендованные для воды ЕС и ВОЗ.

Отобранные пробы ДО на водотоках и водоёмах Оренбургской области имели преимущественно песчаный характер, а из данных литературы известно, что илистые и глинистые ДО удерживают загрязнители более прочно, чем песчаные [148], поэтому присутствие относительно высокой доли песчаных фракций в ДО районов, несущих повышенную антропогенную нагрузку, может иметь негативные последствия для водной среды из-за пониженных сорбционных свойств песчаных осадков [110], приводящих к более лёгкому переходу поллютантов в водную среду. Литературные данные подтвердились результатами нашего исследования: пробы ДО, отобранные в Восточном регионе области, имели песчаную природу, и химический анализ цельного грунта показал минимальные концентрации в содержании металлов, а анализ содержания неорганических загрязнителей в ВВДО выявил наиболее высокие концентрации водорастворимых форм химических элементов: максимальные ИН неметаллами, РЗМ, щелочными и щелочноземельными ^металлами, а также металлами, не обозначенными как ТМ при проведении экологических исследований. В водных экосистемах Восточного региона также выявлены максимальные средние концентрации А1, и, Мо, Мп и 8е, а содержание превышало все установленные нормативы на всех исследованных водотоках и водоёмах указанного региона.

Для ВВДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга были отмечены низкие средние индексы нагрузки неметаллами, щелочными и щелочноземельными металлами и ТМ, кроме того, выявлены минимальные средние концентрации Т1, и, Ре, Мо, V, Си, Мп и Бе. Тот факт, что в районе крупного промышленного города содержание ряда загрязняющих веществ было минимальным, можно объяснить тем, что грунты имели минимальную способность к аккумуляции загрязнителей, что, по-видимому, обусловлено низким содержанием органического вещества.

Достоверные различия между регионами области были установлены лишь по содержанию в ВВДО ве между Центральным и Восточным регионами, и

175 между Центральным регионом и Оренбургом. В Восточном регионе содержание селена в 1,3 раза выше, а в районе Оренбурга в 2,0 раза ниже, чем в Центральном регионе.

Следующей задачей исследования была оценка мутагенной активности ДО с использованием трёх тест — объектов.

В 2004 г. загрязнение водных экосистем Оренбургской области генотоксикантами можно назвать высоким, т.к. на 42,85 % всех изученных станций ДО обладали генотоксичностью по отношению к какому-либо тест-объекту (21 станция из 49 изученных). Наиболее напряженная генотоксическая ситуация отмечена для водных экосистем Восточного региона области, где процент станций с МА был самым высоким и регистрировались разнообразные типы генетических нарушений.

Видимые мутации у Ch. vulgaris индуцированы ДО 7 ст из 49 изученных: они не зарегистрированы в Западном регионе, а в Восточном зафиксированы на 50% станций.

К самым загрязненным по наличию генотоксикантов водным экосистемам Оренбургской области отнесены в Центральном регионе р. Малая Хобда, Илек, а в Восточном - р. Губерля и оз. Тёплое, в ДО которых выявлен широкий спектр мутагенов и промутагенов, способных индуцировать различные типы мутаций: генные, геномные и хромосомные. Не было отмечено станций, ДО которых проявили бы генотоксичность по отношению к трем тест-объектам с явно выраженной МА.

Оценка МА ДО, отобранных в 2007 г. на водотоках и водоемах Западного и Центрального регионов проводилась с помощью двух тест-объектов (Ch. vulgaris и Al. сера), а ДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга дополнительно и с помощью метода учета ДЛМ у Dr. melanogaster.

Под воздействием ДО р. Ток Грачевский р-н (ст 8) и Красногвардейский р-н (ст 9) в двух тестах не выявлено превышения контрольных уровней мутаций, но в тесте учета ХА зафиксировано нарушение веретена деления, что привело к четырехполюсному митозу, а в грунтах ст 9 присутствовали вещества, обладающие мощным митотоксическим действием с метастатическим эффектом, что проявилось в прекращении деления клеток корешков лука. Данный факт доказывает наличие в ДО веществ, обладающих сильным митотоксическим действием.

Мутагенная активность зарегистрирована на 80% водных экосистем Центрального региона. ВМ у Ch. vulgaris индуцированы водной вытяжкой ДО 7 станций (70%), а ДО содержали мутагены прямого действия. ХА в меристеме Allium сера зарегистрированы на 30% станций, а ДО содержали промутагены, приобретающие МА в процессе метаболизма в многоклеточном растительном организме. МА оценивалась как «слабая».

Наиболее загрязненным генотоксикантами водотоками Центрального региона оказались р. Самара Новосергеевский р-н и на р. Салмыш Шарлыкский р-н, в ДО которых выявлены прямые мутагены и промутагены. Генотоксически безопасными оказались реки Малый Уран и Неть Шарлыкского р-на, ДО которых не проявляли мутагенность.

Анализ МА в районе Оренбурга на Урале и Сакмаре показал, что она зарегистрирована на 80% исследованных станций (4 из 5 изученных). ВМ у Ch. vulgaris индуцированы ВВДО двух станций, ХА в меристеме А1. сера зарегистрированы на 4 из 5 станций, за исключением ДО р. Урал в районе «Водозабора». Следовательно, 80% станций в районе Оренбурга содержали промутагены. Самым загрязненным участком Урала в 2007 г. исследования по наличию генотоксикантов была старица реки, т.к. «слабая» МА зафиксирована во всех используемых тестах. Отсутствие генотоксикантов в ДО ст 19 «Водозабор» позволяет сделать вывод, что использование воды для питьевых целей в 2007 г. не угрожало генетическому здоровью населения города.

Т.о., в 2007 г. процент водотоков и водоёмов, ДО которых проявили мутагенную активность, был выше в Центральном регионе и в районе Оренбурга (80%), в отличие от Западного региона, где только 33,3% станций проявили генотоксичность по отношению к тест-объектам.

При изучении временной динамики МА было отмечено, что за прошедшие 3 года исследования в водоемы и водотоки Оренбургской области увеличилось поступление генотоксикантов, т.к. во всех регионах возросло число станций с МА. В меньшей степени ухудшение генотоксической ситуации наблюдалось в Западном регионе (с 27,3% до 33,3%) и произошла смена генотоксикантов, т.к. возросло число станций, ДО которых индуцировали ВМ у

Ch. vulgaris и снизился процент станций, ДО которых вызывали ХА в меристеме А1. сера. В Центральном регионе области увеличение процента станций с МА было более значительным (с 33,3% до 80%). Очень резко (с 5,6% до 60%) возросло число станций, ДО которых вызывали видимые мутации у

Ch. vulgaris, но не изменилось количество станций, ДО которых вызывали ХА в меристеме А1. сера (25-30%). При этом возросло число станций с двумя типами нарушений: с 5,6% в 2004 году до 20% в 2007 г. Токсикогенетическая ситуация

178 в районе Оренбурга в 2007 г. ухудшилась, о чём свидетельствует увеличение процента станций, ДО которых проявляли МА (с 57,1 до 80%), резко возросло (с 7,1 до 80%) число станций, в ДО которых присутствовали промутагены, приобретающие МА в многоклеточном растительном организме.

На ряде водотоках спектр генотоксикантов расширился, либо произошла их смена, а в отдельных водных экосистемах загрязнение генотоксикантами перестало регистрироваться, что связано с процессами самоочищения ДО от мутагенов за счет их растворения и вымывания в воду.

Результаты оценки пространственного изменения МА показали, что наибольшая степень МА и широта спектра мутагенов наблюдалась вблизи крупных городов и населенных пунктов, которые и являлись источниками поступления в водные экосистемы загрязнителей мутагенной природы.

Результаты корреляционного анализа показали, что валовое содержание металлов в цельном грунте не являлось главным фактором генотоксичности по отношению к тест-объектам. Поиск корреляционных зависимостей между мутагенностью и суммарным содержанием загрязнителей разных групп в ВВДО, а также содержанием отдельных элементов показал, что коэффициенты корреляции (г) имели разную силу. Частота и сила выявленных корреляционных связей отличалась в разных регионах, а наибольшая величина коэффициента прослеживалась в Восточной зоне Оренбуржья, где отмечены и максимальная МА и наибольшее содержание загрязняющих веществ в ВВДО.

Оренбурга (г=0,34) и Восточного (г=0,37), а слабая — для Центрального региона г=0,24). В двух регионах (Центральный и Восточный) указанная группа определяемых металлов дополнительно коррелировала и ХА в клетках

179 многоклеточного растительного организма, и с мутациями в половых клетках дрозофилы: генные, хромосомные и геномные мутации у дрозофилы характеризовались умеренным характером связи (г=0,36 - Центральном, г=0,43 - Восточном регионе), а частота ХА с металлами данной группы коррелировали с разной силой: в Центральном регионе - умеренная сила (г=0,32), а в Восточном - сильная (г=0,73 при р<0,05). Наиболее опасными является алюминий, т.к. его концентрации и ВМ у Ch. vulgaris имели такую же корреляционную зависимость, что и с суммарным содержанием металлов данной группы. Сходный характер выявлен и с частотой ХА у А1. сера: в Центральном регионе г=0,35, а в Восточном - г=0,79 (при р<0,05); и с величиной ДЛМ у Dr. melanogaster: г =0,30 и 0,37.

Во всех регионах суммарная нагрузка РЗМ ВВДО с умеренной силой коррелировала с генными (ВМ) мутациями у хлореллы, ХА у лука имели слабую связь в Центральном (г=0,29) и сильную (г=0,78 при р<0,05) в Восточном регионе, где и суммарная нагрузка РЗМ была максимальна, кроме того, в Восточном регионе и частота доминантных летальных мутаций (генных, хромосомных и геномных) у дрозофилы имела умеренную связь (г=0,37) с содержанием РЗМ. Данный факт свидетельствует о наличии генотоксического эффекта у РЗМ и необходимости проведения мониторинговых исследований за их содержанием в водных экосистемах.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Голинская, Людмила Владимировна, Оренбург

1. Абилев, С.К. Выявление и прогнозирование мутагенной активности химических соединений окружающей среды: дисс. . д-ра. биол. наук. — М., 2003.-304 с.

2. Азовский, М.Г. Ртуть в высших водных растениях Братского и других водохранилищ Ангарского каскада / М.Г. Азовский, М.В. Пастухов, В.И. Гребенщикова // Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы: мат-лы кон. Ч. 1. — Борок., 2008. — С. 5-8.

3. Александрова, М.А. Разработка экспресс метода диагностики эколого-генетической обстановки на рыбохозяйственных водоёмах Астраханской и Мурманской областей: автореф. дисс. на соискание уч. степени канд. биологических наук. — Астрахань, 2004. - 32 с.

4. Ахиянц, И.Л. Биоиндексация мутагенного воздействия Волжской воды в современных условиях: автореф. дисс. . канд. биол. наук. — Астрахань., 2004. 34 с.

5. Ахиянц, И.Л. Биотестирование водной среды Волго-Каспия / И.Л. Ахиянц, Л.Г. Сентюрова // Успехи современного естествознания. — 2004. № 1.-С. 12-14.

6. Ахметов, Н.С. Общая и неорганическая химия / Н.С. Ахметов. М.: Высш. шк, 1998.- 743 с.

7. Багдасарян, A.C. Биотестирование почв техногенных зон городских территорий с использованием растительных организмов: дисс. . канд. биол. наук. Ставрополь., 2005. - 159 с.

8. Баканов, А.И. Оценка качества донных отложений с использованием элементов триадного подхода (на примере оз. Плещеево) / А.И. Баканов, М.В. Гапеева, И.И. Томилина // Биология внутренних вод. — 1999. № 1-3. -С. 148- 160.

9. Баканов, А.И. Оценка качества донных отложений с использованием элементов триадного подхода / А.И. Баканов, М.В. Гапеева, И.И. Томилина // Биология внутренних вод. — 2000. № 1. С. 102- 109.

10. Баранов, B.C. Генетический мониторинг социально-значимых наследственных болезней в Санкт-Петербурге // Мутагены и канцерогены в окружающей среде: Новые подходы к оценке риска для здоровья. С-Пб., 1997. С. 13-22.

11. Бардина, О.С. Влияние условий труда свинцовых производств на уровни и причины смертности работающих / О.С. Бардина, Н.В. Лебедева, Е.Б. Гуревич // Медицина труда и промышленная экология. 1994. - № 5-6. -С. 8-12.

12. Белкина, H.A. Ретроспективная оценка донных отложений Кондоповской губы Онежского озера / H.A. Белкина // Водные ресурсы. — 2005. — Т. 32, №6.-С. 689-699.13.16.19

Информация о работе

Голинская, Людмила Владимировна
кандидата биологических наук
Оренбург, 2011
ВАК 03.02.08

Диссертация

Эколого-генотоксический мониторинг состояния водных экосистем на территории Оренбургской области - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы