Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Годовая и сезонная динамика содержания соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб водоемов Красноярского края

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Годовая и сезонная динамика содержания соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб водоемов Красноярского края"

На правах рукописи

БОЙЧЕНКО НАТАЛЬЯ БОРИСОВНА

ГОДОВАЯ И СЕЗОННАЯ ДИНАМИКА СОДЕРЖАНИЯ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДЕ, ОРГАНАХ И ТКАНЯХ РЫБ ВОДОЕМОВ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

03.02.08 - экология (биология)

5 ДЕК 2013

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

005542255

005542255

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет». < ,

Научный руководитель Колесников Владимир Алексеевич,

доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», заведующий кафедрой внутренних . незаразных болезней и акушерства

Официальные оппоненты: Кириенко Наталья Николаевна,

доктор биологических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», заведующая кафедрой экологии и естествознания

Первышина Галина Григорьевна,

доктор биологических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», профессор кафедры общественного питания Торгово-экономического института

Ведущая организация НИИ экологии рыбохозяйственных

водоемов и наземных биосистем

Защита диссертации состоится 26 декабря 2013 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 220.037.04. при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, пр. Мира, 90. Факс: (391)227-36-09, e-mail: dissovet@kgau.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «/£» ноября 2013 г.

Актуальность темы. Стремительные темпы развития промышленного производства, транспорта, индустриализация, ускорение научно-технического прогресса, химизация различных отраслей народного хозяйства приводят к техногенному загрязнению окружающей среды.

Наибольшее токсикологическое значение имеют металлы и их соединения, которые, попадая в объекты окружающей среды, в результате человеческой деятельности, загрязняют воздух, воду, почву, а, следовательно, и продукты питания, поскольку способны накапливаться в пищевых цепях водных и наземных экосистем, долгое время находиться в почве и водоемах.

В основе трофической цепи пресноводного водоема лежат продуценты -это растения (одноклеточные и многоклеточные водоросли - элодея). Ими питаются консументы I порядка - это растительноядные птицы (утки и др.), рыбы (карп, карась, плотва, вьюн и др.) и моллюски (катушка, прудовик и др.). Следующее звено этой цепи - хищные животные (консументы II порядка): цапля, хищные рыбы (окунь, щука, ерш и др.), выдра.

Несмотря на возможность попадания металлов-токсикантов в организм с вдыхаемым воздухом и питьевой водой, для большинства населения, не подвергающегося их промышленному воздействию, основным источником поступления указанных элементов в организм человека являются продукты питания, в том числе рыба (Морозова С. П., 1991).

Водная среда обеспечивает наилучшие условия для накопления соединений тяжелых металлов. Гидробионты накапливают вещества в концентрациях порой в тысячи раз больших, чем содержится в воде.

Изучение вопросов циркулирования тяжелых металлов в окружающей среде, динамики их в экосистемах, а также связи между содержанием этих элементов в биологических объектах и кумуляции их в органах и тканях животных представляет определенный интерес.

В современных условиях обеспечение населения доброкачественной питьевой водой является актуальной гигиенической, научно-технической и социальной проблемой (Красовский Г. Н., 2006).

Актуальность изучения данной темы связана с тем, что для населения основными источниками поступления в организм солей тяжелых металлов являются пищевые продукты, в том числе рыба и питьевая вода.

Данная исследовательская работа посвящена оценке экологической безопасности водоемов Красноярского края и изучению динамики токсикоэлементов в объектах гидросферы и гидробионтах данных водоемов.

Цель исследования: экологический мониторинг содержания соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб водоемов Красноярского края.

Задачи:

1. Оценить степень загрязненности водных объектов Красноярского края

в отношении содержания тяжелых металлов.

2. Определить уровень содержания солей кадмия, ртути, свинца, мышьяка, меди, цинка, хрома в воде, органах и тканях рыб (окунь)-'рек Енисей, Мана, Чулым, Бузим, Кан, Есауловка Красноярского края.

3. Проследить сезонную динамику соединений тяжелых металлов в рыбе и воде данных пресноводных объектов по сезонам года.

4. Проследить динамику распределения тяжелых металлов в рыбе водоемов по органам и тканям.

Научная новизна:

1. Впервые в Красноярском крае проведен комплексный анализ воды, органов и тканей рыб из различных водоемов на содержание соединений токсичных металлов.

2. Установлена взаимосвязь между содержанием токсичных металлов в воде, органах и тканях рыб.

Практическая значимость. Проведенные исследования позволяют более полно изучить механизм накопления и распределения металлов в организме рыб, а также показывают степень загрязнения токсичными металлами различных водоемов Красноярского края.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Годовая и сезонная динамика содержания соединений тяжелых металлов в водоемах Красноярского края.

2. Особенности кумуляции тяжелых металлов в органах и тканях рыбы (окунь - Perca fluviatilis) водоемов Красноярского края по сезонам года.

3. Корреляционные взаимосвязи накопления тяжелых металлов в органах и тканях гидробионтов и уравнения регрессии для совершенствования контроля уровня загрязнения.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на V Международной научно-практической конференции молодых ученых Сибирского федерального округа «Современные тенденции развития АПК в России», Красноярск, 2006; международной научно-практической конференции молодых ученых «Аграрная наука на рубеже веков», 2007; международной научно-практической конференции молодых ученых «Инновации в науке и образовании», Красноярск, 2009; «Студенческая наука -взгляд в будущее», Красноярск, 2009; международной научно-практической конференции «Инновации в науке и образовании. Опыт, проблемы, перспективы развития», Красноярск, 2010; «Студенческая наука - взгляд в будущее», Красноярск, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 182 страницах текста, состоит из введения, 3 глав, практических рекомендаций, выводов, библиографического списка.

Диссертация содержит 29 таблиц и 16 рисунков. Список литературы включает 170 источников, из них 42 иностранных автора.

Благодарности. Автор выражает искреннюю благодарность руководителю д.б.н., проф. Колесникову В.А.; д.б.н., проф. Кириенко H.H.; д.б.н., проф. Демиденко Г.А. за оказанную помощь и поддержку при написании данной работы. Также выражаю благодарность КГКУ «Краевая ветеринарная лаборатория» за содействие в проведении опыта и предоставленную приборную базу.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава посвящена аналитическому обзору по изучаемой проблеме. В данной главе отображаются результаты исследований разных авторов по тематике токсичных металлов. Делается вывод о многообразии источников поступления элементов в водоемы и хроническом накоплении их в организме гидробионтов. По данным Б. И. Антонова (1991), все соли тяжелых металлов кумулйруются в иле, планктоне, бентосе, растениях и водорослях, а также в больших количествах они локализуются в печени, костях, жабрах, кишечнике, почках и коже рыб. Отмечено, что в числе основных причин загрязнения водоемов остаются антропогенная нагрузка на водные объекты, сброс неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод. Приводятся данные о том, что в бассейнах рек и прежде всего прибрежных полос не соблюдается режим хозяйственной деятельности, и более 80 % загрязненных сточных вод сбрасывается в реки без очистки (Онищенко Г. Г., 2005).

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1. Схема исследований

Работа выполнена в период 2008-2013 гг. на кафедре внутренних незаразных болезней ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет». Непосредственное определение токсикоэлементов проводилось в химико-токсикологическом отделе КГКУ «Краевая ветеринарная лаборатория».

Пробы тканей и органов отбирались посезонно из рек Чулым, Кан, Енисей, Бузим, Есауловка, Мана в количестве 10 образцов от рыб (окунь лат. - Perca fluviatilis 1-1,5 года), Вода из данных водоемов также отбиралась посезонно в количестве 5 л из каждого водоема.

Выбор мест и районов отбора проб обусловлен наличием развитой промышленности и промысловым значением данных водоемов. Окунь в качестве объекта исследований был выбран в связи с его повсеместным обитанием и

широким распространением в водоемах Красноярского края. Возрастные критерии рыбы были обусловлены наибольшей частотой вылавливания. Схема исследования приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема исследования

2.2. Объекты исследования

Определялось среднее содержание токсикоэлементов, а именно кадмия, ртути, свинца, мышьяка, хрома, меди, цинка в тканях и органах рыб, а также в воде из водоемов Красноярского края.

2.3. Проведение измерений

Исследования органов и тканей рыб и воды на содержание солей кадмия, свинца, меди, цинка, хрома проводились методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии с использованием пламенного атомно-абсорбционного спектрофотометра «БОЬААЯ-З» для образцов и методом инверсионной вольтамперометрии на анализаторах типа ТА, с предварительной минерализацией исследуемых образцов.

Содержание ртути определяли методом абсорбции холодного пара на универсальном ртутеметрическом комплексе УКР-1МЦ. '

Для определения соединений мышьяка в воде, органах и тканях рыб использовали метод колориметрического определения в пищевом сырье и продуктах.

2.4. Обработка результатов

Использовали рекомендованные в технической инструкции прибора компьютерные программы. График зависимости абсорбции от концентрации прибор строил автоматически. Применяли линейную, кусочно-линейную аппроксимацию градуировочной функции.

За окончательный результат измерений принимали среднее арифметическое результатов двух параллельных определений.

2.5. Статистическая обработка результатов

Статистическая обработка эмпирического материала осуществлялась с помощью метода вариационной статистики, дисперсионного анализа, регрессионного анализа на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Excel (2007).

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Сезонная изменчивость фактического содержания соединений свинца, ртути, кадмия, меди, цинка в исследованных образцах и выведенные на основании этих данных средние значения отражены в рисунках 2-11.

3.1. Содержание соединений тяжелых металлов в воде исследуемых рек

В результате исследований выявлено, что наибольшее содержание соединений свинца в водоемах отмечается весной (от 0,001 до 0,410 мг/л). Минимальная концентрация поллютанта составила менее 0,001 мг/л. Значительное содержание токсикоэлемента (0,410 мг/л) было отмечено в р. Чулым весной 2008 г., при этом разница с другими сезонами недостоверна.

Также достаточно высокий уровень соединений свинца отмечен в р. Кан весной 2011 г. (0,053 мг/л).

Наибольшая изменчивость кадмия в водоемах отмечается весной (от 0,0001 до 0,030 мг/л), при этом больше всего элемента найдено в воде р. Чулым в 2008 г. (0,030 мг/л). Наименьшая концентрация поллютанта не превышает 0,0001 мг/л.

Относительно высокие концентрации кадмия (0,001 мг/л) по сравнению с другими водоемами отмечены в пробах рек Кан (весенний период 2008 г.) и Енисей (весна 2011 г.).

Наибольшее содержание меди в водоемах отмечается в воде р. Чулым весной 2008 г. - от 0,013 до 0,800 мг/л. Минимальная концентрация не превышала 0,002 мг/л.

По сравнению с другими реками относительно высокий уровень меди обнаружен в воде рек Кан - 0,150 мг/л (весна 2008 г.) и Енисей - 0,110 мг/л (весна и лето 2011 г.).

В весенний период возрастает содержание цинка в водоемах, так, наибольший уровень отмечается весной (от 0,027 мг/л в воде р. Кан 2011 г. до 20,000 мг/л в воде р. Чулым в 2008 г.). Наименьшая концентрация при этом находится на отметке 0,005 мг/л.

Помимо этого повышенный уровень цинка отмечен в пробах воды рек Кан -2,000 мг/л и Енисей - 1,500 мг/л соответственно осенью 2009 г. и весной 2011 г.

В весенний период отмечается увеличение содержание ртути в водоемах (от 0,0001 до 0,005 мг/л). Так, в воде р. Чулым в 2008 году весенняя концентрация солей ртути составила 0,005 мг/л, причем наименьший уровень составлял 0,0001 мг/л.

В пробах воды рек Кан (весенний период 2010 г.) и Енисей (лето 2011 г.) также найдены относительно высокие концентрации ртути (0,001 мг/л) по сравнению с другими образцами.

На протяжении всего периода исследований во всех пробах воды не было обнаружено соединений мышьяка и хрома.

В целом следует отметить, что сезонная динамика содержания токсичных элементов в водоемах Красноярского представлена повышением концентрации токсикоэлементов в весенний период.

Сезонная изменчивость соединений тяжелых металлов в воде рек Красноярского края представлена на рисунках 2-6.

0,06 0,05 0,04 0,03

О Чулы м В Бузим

□ Есауловка;

□ Енисей ■ Кан

□ Мана

2010

2011

Анализируя содержание свинца в воде за 2010-2011 гг., можно сделать вывод, что наибольшая концентрация отмечается в весенне-зимний период 2011 г. (р. Кан 0,015-0,053 мг/л). Во все остальные сезоны концентрация не превышает 0,010 мг/л.

0,0045 0,004 0,0035 0,003 0,0025 0,002 0,0015 0,001 0,0005 0

■ :: . '

, _ ■Щ'й-:.

- * т }

-

1 „ '

■

| п 1

п п . I 1 „ ПпИк У I Пи п!

Зима Весна £ ' 1 I с; о т О >010 ГО о 'о ; ® Я) с; СО 2011 Осень

□ Чулым В Бузим

□ Есау ловка

□ Енисей ■ Кан

Рисунок 3 - Сезонная изменчивость содержания соединений кадмия в воде (2010-2011 гг.)

Из рисунка 3 видно, что наибольшее содержание кадмия (0,004 мг/л) отмечается зимой 2011 г. в пробах воды из р. Кан. Меньшие концентрации наблюдались весной 2010-2011 гг. Осенью и летом содержание кадмия не превышало величину 0,0005 мг/л.

0,12 0,1 0,08 0,06 0,04 0,02

-Л

Ш

О Чулым В Бузим

□ Есауловка

□ Енисей ■ Кан

□ Мана

го

со

го

X

со

0) с;

о <5 со

0) с;

О) 6

2010

2011

Содержание соединений меди колебалось в разные сезоны года от 0,0015 (р. Чулым, лето 2010 г.) до 0,110 мг/л (р. Енисей - весна, лето 2011 г., р. Кан -весна 2010 г.).

о О)

со

о fe с=;

о> о О

□ Чулым

■ Бузим

□ Еcayловка

□ Енисей

■ Кан ¡3 Мана

2010

2011

Рисунок 5 - Сезонная изменчивость содержания соединений цинка в воде (2010-2011 гг.)

Содержание цинка в воде в разные сезоны колеблется в пределах 0,400-0,800 мг/л, за исключением проб из рек Кан и Енисей, где содержание цинка превышает 1,200 мг/л.

0,0012 0,001 0,0008 0,0006 0,0004 0,0002

1 Г й§!

щ ■ " ■

| h 1

п lf п П1 1 ¡1 1

со со о 15® « ■ & ^ 2010 Осень Зима Весна ГО о Лето Осень

□ Чулым О Бузим

□ Есауловка

□ Енисей ■ Кан

□ Мана

Наибольшие концентрации ртути отмечены в воде рек Кан и Енисей (наибольшая концентрация - 0,001 мг/л). Наиболее чистые по содержанию ртути реки Бузим, Есауловка, Чулым.

На протяжении всего периода исследований во всех пробах воды не было обнаружено соединений мышьяка и хрома.

3.2. Содержание соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыбы исследуемых водоемов

В период исследования органов и тканей рыб реки Чулым с 2008 по 2011 г. наибольшая концентрация свинца выявлена в осенний период 2009 г. в печени t (0,450 мг/кг) и костях (0,391 мг/кг), в коже - весной 2008 г. и осенью 2009 г. (0,390 мг/кг). Наименьшие уровни соединений свинца отмечены в мышцах (0,046 мг/кг) и жабрах (0,078 мг/кг) осенью 2010 г. 11

Концентрация кадмия в костях составила весной 2008 г. 0,021 мг/кг, в печени зимой 2009 г. - 0,047 мг/кг. Наименьшее количество соединений кадмия в остальных органах и тканях рыб не превышало 0,010 мг/кг.

Наибольшее количество соединений меди в костях (1,343 мг/кг) обнаружено весной 2010 г.; в жабрах - осенью 2009 г. (1,010 мг/кг). Наименьший уровень соединений меди отмечено в мышцах в весенний период 2011 г. - 0,697 мг/кг; в коже - 0,500 мг/кг (зима 2009 г.); в печени - 0,705 мг/кг (зима 2011 г.).

Более высокая концентрация цинка отмечено весной 2008 г. в коже (27,800 мг/кг); в жабрах - весной 2010 г. (25,800 мг/кг). Наименьшие уровни соединений цинка обнаружены в костях - 5,400 мг/кг (зима 2009 г.); в печени и мышцах - зимой 2010 г. (11,210 и 10,970 мг/кг соответственно).

Концентрация ртути в печени составила зимой 2010 г. - 0,006 мг/кг; в костях (0,005 мг/кг) - в весенний период 2008 и 2009 гг.; в коже - зимой 2008 г. (0,005 мг/кг). Наименьший уровень соединений ртути отмечен в жабрах в мышцах в количествах, не превышающих 0,001 мг/кг.

В период исследования органов и тканей рыб реки Бузим с 2010 по 2011 г. наибольшее количество свинца обнаружено в печени в летний период 2010 г. (0,900 мг/кг), в костях - весной 2011 г. (0,560 мг/кг), в коже - 0,661 мг/кг весной 2010 г. Наименьший уровень токсикоэлемента отмечен в жабрах осенью 2011 г. (0,250 мг/кг), а также летом 2011 г. в мышечной ткани рыб (0,252 мг/кг).

Более высокий уровень кадмия был обнаружен весной 2010 г. в костях (0,045 мг/кг) и в печени (0,015 мг/кг). В остальных органах И тканях рыб минимальные количества токсикоэлемента не превышали 0,010 мг/кг.

Концентрация меди в костях в весенний период 2011 года составила 1,367 мг/кг; в печени наибольший уровень соединений меди обнаружен весной 2010 и 2011 гг. (1,000 мг/кг). Минимальные уровни соединений меди отмечены в жабрах (0,541 мг/кг) в зимний период 2011 г., мышцах и коже - летом 2011 г. (0,400 мг/кг и 0,349 мг/кг соответственно).

Наибольшее количество соединений цинка отмечено весной 2010 г. в печени (97,100 мг/кг) и коже (112,110 мг/кг). Наименьшие концентрации

11

соединений цинка в костях зафиксированы в зимний период 2011 г. (40,010 мг/кг), в жабрах - 50,210 мг/кг - летом 2010 г., в мышцах - летом 2011 г. (45,130 мг/кг).

Количество соединений ртути в печени в весенний период 2011 года составило 0,006 мг/кг. Минимальный уровень соединений ртути отмечен в остальных органах и тканях рыб в количествах, не превышающих 0,001 мг/кг.

В период исследования органов и тканей рыб реки Есауловка с 2010 по 2011 г. наибольшее количество свинца обнаружено в весенний период 2011 г. в костях (0,560 мг/кг), в печени (0,775 мг/кг) и коже (0,678 мг/кг). Наименьшие концентрации токсикоэлемента отмечены в жабрах осенью 2010 г. (0,267 мг/кг) и мышечной ткани рыб (0,172 мг/кг) - в зимний период 2010 г.

Наивысшие концентрации кадмия отмечены весной 2010 г.: в печени -0,030 мг/кг, жабрах - 0,020 мг/кг, в костях - 0,019 мг/кг. Наименьшие ; количества токсикоэлемента в коже и мышечной ткани рыб не превышали 0,010 мг/кг.

Более высокие концентрации соединений меди обнаружены в печени весной 2011 г. (0,878 мг/кг), в жабрах - весной 2010 г. (0,780 мг/кг), в костях -0,900 мг/кг - весной 2010 и 2011 гг. Минимальные количества меди отмечены в коже летом 2010 г. (0,325 мг/кг), в мышечной ткани рыб - 0,370 мг/кг - в летний период 2011 г.

Наибольшие количества цинка обнаружены в весенний период 2011 г. в печени и коже - 70,840 и 80,440 мг/кг соответственно. Наименьшие концентрации цинка наблюдались в костях зимой 2010 г. (40,070 мг/кг), в жабрах - 50,010 мг/кг - осенью 2010 г., в мышечной ткани рыб - осенью 2011 г. (46,310 мг/кг).

Концентрация соединений ртути в печени весной 2011 г. зафиксирована на отметке 0,120 мг/кг. Наименьший уровень соединений ртути отмечен в других органах и тканях в количествах, не превышающих 0,001 мг/кг.

В период исследования органов и тканей рыб реки Енисей с 2008 по 2011 г. наибольший уровень соединений свинца отмечен в печени (0,900 мг/кг) летом 2008 г. и в коже - весной 2010 г. (0,587 мг/кг). Минимальные количества токсикоэлемента обнаружены осенью 2010 г. в костях (0,120 мг/кг) и жабрах (0,100 мг/кг), в мышцах - осенью 2010 и 2011 гг. (0,100 мг/кг).

Более высокие концентрации кадмия зафиксированы в весенний период 2011 г. в печени (0,075 мг/кг) и жабрах (0,073 мг/кг). Наименьшее количество соединений кадмия в остальных органах и тканях рыб не превышало 0,010 мг/кг.

Наивысший уровень соединений меди содержался в зимний период 2008 г. в костях (10,110 мг/кг) и жабрах (8,192 мг/кг). Минимальные концентрации соединений меди в печени зафиксированы летом 2008 г, (0,500 мг/кг), в коже -0,412 мг/кг - летом 2010 г., в мышцах - в летний период 2011 г. (0,120 мг/кг).

Летом 2008 г. количество цинка в костях составило 56,000 мг/кг, в коже -60,110 мг/кг; в жабрах весной 2011 г. - 69,000 мг/кг. Наименьшие концентрации соединений цинка наблюдались в печени осенью 2010 и 2011 гг. и весной 2011 г. (15,000 мг/кг) и мышцах - осенью 2010 г. (15,400 мг/кг).

Более высокий уровень ртути отмечен в печени зимой 2010 г. (0,003 мг/кг), в коже - весной 2011 г. (0,041 мг/кг). Наименьшие количества токсикоэлемента в костях, жабрах и мышцах рыб не превышали 0,001 мг/кг.

В период исследования органов и тканей рыб р. Кан с 2008 по 2011 г. наибольший уровень соединений свинца отмечен в печени осенью 2009 г. (0,770 мг/кг), в коже - в весенний период 2010 г. (0,571 мг/кг). Минимальные концентрации токсикоэлемента обнаружены весной 2011 года в костях (0,150 мг/кг) и жабрах рыб (0,156 мг/кг), а также летом 2011 г. в мышцах (0,070 мг/кг).

Наивысшие концентрации соединений кадмия зафиксированы в костях весной 2008 г. (0,070 мг/кг), а также в печени - 0,071 мг/кг - в весенний период

2010 г. Наименьшие количества токсикоэлемента в жабрах, коже и мышечной ткани рыб не превышали 0,010 мг/кг.

Уровень соединений меди в костях весной 2009 г. составил 10,090 мг/кг, в жабрах рыб весной 2008 г. - 8,557 мг/кг. Наименьший уровень соединений меди определили весной 2011 г. в коже (0,121 мг/кг) и в мышечной ткани рыб (0,033 мг/кг), а также в печени - в осенний период 2010 г. (0,698 мг/кг).

Более высокий уровень соединений цинка обнаружен в печени летом 2011 г. -175,000 мг/кг; в коже (98,000 мг/кг) и жабрах рыб (98,500 мг/кг) - в осенний период 2011 г. Наименьшее количество соединений цинка определили весной

2011 г. в костях (0,226 мг/кг) и в мышечной ткани рыб (0,129 мг/кг).

Наибольшее количество соединений ртути обнаружено в печени (0,050

мг/кг) весной 2008 г., в жабрах - летом 2011 г. (0,042 мг/кг), в костях (0,045 мг/кг) - весной 2010 г. Наименьший уровень соединений ртути отмечен в других органах и тканях в количествах, не превышающих 0,001 мг/кг.

Из результатов исследований сезонной изменчивости содержания токсикоэлементов в р. Мана 2011 г. видно, что наибольшее количество соединений свинца обнаружено в печени (0,750 мг/кг) и коже рыб (0,570 мг/кг) в весенний период. Наименьшее количество токсикоэлемента в жабрах определили в зимний период - 0,120 мг/кг, мышцах (0,111 мг/кг) и костях (0,100 мг/кг) - осенью.

Наибольший уровень кадмия обнаружен в зимний период в костях (0,020 мг/кг), в печени (0,019 мг/кг), в коже (0,018 мг/кг). Наименьшее количество кадмия в остальных органах и тканях рыб не превышало 0,010 мг/кг.

Концентрация меди зимой в костях рыб составила 10,000 мг/кг. Наименьшее количество соединений меди в печени.определили весной - 0,652 мг/кг, в летний период - в жабрах (0,500 мг/кг), в коже (0,404 мг/кг) и мышцах (0,555 мг/кг).

Более высокий уровень соединений цинка обнаружен в коже (62,060 мг/кг) летом и жабрах весной - 57,200 мг/кг. Наименьшее количество цинка определили в печени (18,660 мг/кг) и мышцах (17,000 мг/кг) осенью, а костях рыб - зимой (13,325 мг/кг).

Количество соединений ртути в зимний период составило в печени 0,003 мг/кг, в коже рыб - 0,003 мг/кг. Минимальный уровень соединений ртути

13

отмечен в остальных органах и тканях рыб в количествах, не превышающих 0,001 мг/кг. ■ " к ■

Исходя из вышесказанного, видно, что наибольшие количества свинца обнаружены в печени рыб рек Енисей (летом 2008 г.) и Бузим (летом 2010 г.), а также в весенний период 2011 г. в костях рыб рек Бузим и Есауловка.

Наивысшие уровни кадмия отмечены в костях рыб рек Кан (весна 2008 г.) и Бузим - весна 2010 г. Наибольшие концентрации соединений кадмия обнаружены в печени рыб рек Кан весной 203 0 года и Енисей - весной 2011 г. Больше всего меди обнаружено в костях рыб рек Кан в весенний период

2009 г., Енисей - зимой 2008 г. и Мана - зимой 2011 г. Относительно повышенные уровни меди отмечены в жабрах рыб рек Кан весной 2008 г. и Енисей - зимой 2008 г.

Повышенные.концентрации соединений цинка-зафиксированы в печени рыб рек Кан - в летний период 2011 г. и Бузим (весна 2010 г.). Также относительно высокий уровень цинка отмечен в коже рыб рек Бузим (весна

2010 г.) и Кан - осенью 2011 г.

Больше всего соединений ртути обнаружено в печени рыб рек Есауловка (весна 2011 г.) и Кан - весна 2008 г.

Анализируя результаты содержания тяжелых металлов в мышечной ткани рыб рек Красноярского края в период исследований 2008-2011 гг., можно сказать, что наибольшее содержание свинца обнаружено в рыбе рек Енисей (0,515 мг/кг - осень 2011 г.), Бузим (0,499 мг/кг - весна 2011 г.) и Кан (0,420 мг/кг - осень 2008 г.).

Повышенный уровень кадмия в мышцах отмечен в рыбе рек Кан (0,041 мг/кг-весна 2010 г.) и Енисей (0,031 мг/кг-весна2011 г.).

Больше всего меди обнаружено в мышцах рыб, обитающих в реках Мана (6,770 мг/кг - зима 2011 г.), Енисей (6,070 мг/кг - зима 2008 г.), Кан (4,110 мг/кг

- весна 2008 г.).

В мышечной ткани рыб рек Кан и Бузим отмечены более высокие концентрации цинка - 88,000 мг/кг - осень 2009 и 2011 гг. (р. Кан), 83,130 мг/кг

- весна 2010 г. (р. Бузим).

Более высокие концентрации ртути зафиксированы в рыбе рек Кан (0,038 мг/кг - весна 2011 г.) и Енисей (0,031 мг/кг - весна 2011г.).

На рисунках 7-11 дан сравнительный анализ сезонного содержания соединений свинца, кадмия, меди, цинка и ртути в органах и тканях рыбы исследуемых рек в 2011 г.

0,9 0,8 0,7 0,6 * 0,5 s 0,4 0,3 0,2 0,1 0

Енисей

Есауловка

0 Кости

1

В Мышцы ;□ Печень

Рисунок 7 - Сравнительный анализ сезонного содержания соединений свинца в мышцах, костях и печени рыбы исследуемых рек в 2011 г.

Из рисунка 7 видно, что органами накопителями свинца являются кости и печень рыб независимо от места их обитания. Минимальная концентрация отмечена в мышечной ткани.

0, 0, 0, 0,

1 0,

2

О, 0: 0,

Г -

'V-t^I ', \

.. ]

'■ -

¡1 - ■ -в п

1 П J п ы - 1

I 1 [ Iii лш. 1(1 1

□

Коста Мышцы: Печень

ш си £ i

! л! СО' ТО, Ol -Q ГО го

I X 2 Xi m X X

CD s о! а» CD s о

О; со CD tz;i О со CD

О DÜ: О CD

' X ' х. "5

о О)

ГО: ГО

е! *

S. 9

О! м

Чулым

О I т! О1 со

\

Бузим Есауловка Енисей | Кан

UJ -rr I_^; — ч/ 5;. , «А/

;| о „ ф ^о ш щ о

OD О

Мана

Рисунок 8 - Сравнительный анализ сезонного содержания соединений кадмия в мышцах, костях и печени рыбы исследуемых рек в 2011 г.

Рисунок 9 - Сравнительный анализ сезонного содержания соединений меди в мышцах, костях и печени рыбы исследуемых рек в 2011 г.

Наибольшая концентрация меди отмечена в мышцах, костях и печени рыб из водоемов Мана, Кан, Енисей. Значительных колебаний по этим органам не прослеживается.

200 180 160 140 120 100 80 60 40 20

ггИШИ

Л-

шт

СО; СО; О ЛЗ! СО СО

I

м

Йш

□ Кости а Мышцы ; □ Печень

.о го оз о; л го' го о

£ о>: ш! | 5 ш £ 1 Л & 5 £

: ф с; О м ф .1=; и

О Ш О

.я го! го о _о

' СО

^ - (и ? О: Ф (Ь

V с; о т О) — О

'¡сБ

т

Чулым Бузим 'Есауловка Енисей Кан

I о: з> < Ф'с;; , со ;с

Мана

Рисунок 10 - Сравнительный анализ сезонного содержания соединений цинка в мышцах, костях и печени рыбы исследуемых рек в 2011 г.

Чулым Бузим Есауловка Енисей Кан Мана

Рисунок 11 - Сравнительный анализ сезонного содержания соединений ртути в мышцах, костях и печени рыбы исследуемых рек в 2011 г.

Минимальное содержание ртути отмечено во всех органах рыб, всех водоемов, за исключением Енисея и Кана. Разница в содержании ртути во всех органах недостоверна.

На основании полученных данных были выведены эмпирические уравнения регрессии, с помощью которых можно путем расчетов без проведения дополнительных исследований вычислить содержание токсикоэлементов в различных органах и тканях рыб по известному значению в каком-либо одном органе.

Эмпирические уравнения регрессии содержания соединений тяжелых металлов в мышцах (Ух) по значениям их содержания в костях имеют вид-.

Токсикоэлемент Эмпирическое уравнение регрессии Коэффициент регрессии

Свинец Ух = 0,056х+0,142 0,056

Кадмий Ух = -0,25х+0,022 -0,25

Медь Ух = -0,170х+0,942 -0,170

Цинк Ух= 0,575х+13,683 0,575

Ртуть У* = 0,45х-0,0004 0,45

выводы

1. В воде исследуемых водоемов встречаются основные токсико-элементы, такие как свинец, кадмий, медь, цинк, ртуть. Наиболее загрязненными по содержанию соединений свинца и меди являются реки Кан и Чулым, высокие концентрации соединений цинка отмечены в реках Чулым, Кан, Есауловка, по содержанию соединений кадмия и ртути - Кан, Енисей и Чулым.

2. В концентрации токсикоэлементов в воде прослеживается сезонная зависимость: наибольшее загрязнение тяжелыми металлами наблюдается в весенний период. В осенний и зимний периоды контаминация токсикоэлементами водоема несколько ниже, чем весной. Наименьшее содержание соединений тяжелых металлов определяется летом.

3. В результате проведенных исследований отмечается следующая закономерность: наибольшие уровни свинца, кадмия; ртути определяются в печени рыбы, меди - в костях и жабрах, цинка - в коже, жабрах и печени. Наименьшее содержание свинца, кадмия и ртути определяется в мышцах, меди - в коже, цинка - в мышцах и костях.

4. При изучении содержания токсикоэлементов в органах и тканях рыб высокая положительная связь отмечается между содержанием элемента в жабрах и мышцах, в мышцах и печени (1=1), отсутствие взаимосвязи (г=0,018) отмечается между костями и мышцами, отрицательная взаимосвязь отмечена между кожей и мышцами (г= -0,070).

5. Наиболее безопасной для использования в пищу человека является мышечная ткань. При отлове рыбы в исследуемых водоемах необходимо производить зачистку рыбы с целью удаления органов-накопителей.

6. Полученные в результате статистической обработки эмпирические уравнения регрессии позволяют определить уровень токсикоэлементов в органах и тканях без проведения дополнительных исследований (по определению уровня токсикоэлемента в одном органе лабораторным путем, в остальных органах и тканях - расчетным).

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Результаты научных исследований, в частности содержание тяжелых металлов в различных органах и тканях рыб, воде рек Красноярского края рекомендовано внедрить в производственный процесс КГКУ «Красноярская краевая ветеринарная лаборатория».

2. Полученные результаты рекомендуется использовать в процессе изучения дисциплин «Ветеринарная фармакология. Токсикология» кафедры внутренних незаразных болезней и акушерства Института прикладной биотехнологии и ветеринарной медицины, «Экология человека», «Промышленная экология», «Охрана окружающей среды» кафедры экологии и

18

естествознания Института агроэкологических технологий ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет». < »

3. Рекомендуется проводить постоянный экологический мониторинг' за уровнем содержания токсичных элементов в воде рек Кан, Есауловка, Бузим и ограничивать лов рыбы в весенний сезон.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Издания, рекомендованные ВАК РФ

1. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб р. Есауловка Березовского района / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Вестник КрасГАУ. - 2011. - № 8. - С. 140-145.

2. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб реки Чулым Ачинского района Красноярского края / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 6. - С. 99-104. ;

3. Бойченко, Н.Б. Сравнительная характеристика динамики соединений тяжелых металлов в органах и тканях разных видов рыб одинакового возраста, обитающих в пределах одной водной экосистемы / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Вестник КрасГАУ. - 2012. - № 8. - С. 93-104.

Публикации в других изданиях

4. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб реки Чулым Ачинского района Красноярского края / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Наука и образование: опыт, перспективы, проблемы развития: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. Ч. II. Наука: опыт, проблема, перспективы развития. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2012. -С. 271.

5. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб реки Есауловка Березовского района Красноярского края / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Научно-практическая конференция КрасГАУ. - Красноярск, 2012. - С. 267.

6. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб р. Чулым Ачинского района / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Инновации в науке и образовании: опыт, проблема, перспективы развития: мат-лы Всерос. науч.-практ. и науч.-метод. конф. Ч. 2. Инновации в научно-практической деятельности. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2011. - С. 271-274.

7. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде и гидробйонтах водоемов Красноярского края / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников, М.В. Таюрская // Студенческая наука - взгляд в будущее: мат-лы Всерос. науч. конф.-Красноярск, 2010. - С. 282.

8. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде, " органах и тканях рыб частного рыбохозяйства Курагинского / района /

Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. -Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2010. - С. 292.

9. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде и тканях рыб реки Чулым Ачинского района / Н.Б. Бойченко // Инновации в науке и образовании. Ч. 2. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2009. - С. 347-348.

10. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб озера Большое Шарыповского района / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Инновации в науке и образовании: мат-лы Всерос. оч.-заоч. науч-практ. конф. Ч. 2. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2009. - С. 268-269.

11. Бойченко, Н.Б. Значение тяжелых металлов в проблеме загрязнения водных экосистем / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников // Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы междунар. науч.-практ. конф. молодых ученых. Ч. 2. -Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2007. -С. 193-194. !

12. Бойченко, Н.Б. Содержание соединений тяжелых металлов в воде органах и тканях рыб реки Кан Канского района / Н.Б. Бойченко, В.А. Колесников, Ж.Ю. Шекк // Студенческая наука - взгляд в будущее: мат-лы Всерос. науч. конф. - Красноярск: Изд-во КрасГАУ, 2011. - С. 271.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П.000381.09.03 от 25.09.2003 г. Подписано в печать 25.11.13. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Печать - ризограф. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 880 Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 117

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Бойченко, Наталья Борисовна, Красноярск

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

04201455278

Бойченко Наталья Борисовна

Годовая и сезонная динамика содержания соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб водоемов Красноярского края

03.02.08 - экология (биология)

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Колесников Владимир Алексеевич

Красноярск 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.............................................................................7

1.1. Проблема антропогенного загрязнения пресноводных водоемов...........7

1.2. Основные токсикоэлементы речных экосистем и механизмы их воздействия на биоту и человека..........................................................................12

1.2.1. Свинец.......................................................................................................12

1.2.2. Ртуть..........................................................................................................19

1.2.3. Кадмий......................................................................................................27

1.2.4. Мышьяк....................................................................................................32

1.2.5. Хром..........................................................................................................38

1.2.6. Медь..........................................................................................................40

1.2.7. Цинк..........................................................................................................45

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ................................51

2.1 Схема исследований..................................................................51

2.2. Объекты исследования...................................................................................55

2.3. Ход работы......................................................................................................55

2.4. Проведение измерений...................................................................................55

2.5. Статистическая обработка результатов........................................................68

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.......................................................69

3.1. Содержание соединений тяжелых металлов в воде исследуемых рек.....69

3.1.1. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в воде реки Чулым 2008-2011 гг...............................................76

3.1.2. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в воде реки Бузим 2010-2011 гг................................................77

3.1.3. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в воде реки Есауловка 2010-2011 гг..........................................77

3.1.4. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в воде реки Енисей 2008-2011 гг..............................................78

3.1.5. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в воде реки Кан 2008-2011 гг.................................................178

3.1.6. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в воде реки Мана 2011 г.........................................................79

3.2. Содержание соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыб исследуемых водоемов.......................................................................82

3.2.1. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Чулым 2008 - 2011 гг.......................82

3.2.2. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Бузим 2010 - 2011 гг......................101

3.2.3. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Есауловка 2010 - 2011 гг................108

3.2.4. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Енисей 2008 - 2011 гг.....................115

3.2.5. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Кан 2008 - 2011 гг.........................128

3.2.6. Сезонная изменчивость среднего содержания соединений тяжелых металлов в органах и тканях рыб реки Мана 2011 год..............................142

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ..............................148

ВЫВОДЫ..................................................................................................................157

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.................................................158

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................................................159

ПРИЛОЖЕНИЕ........................................................................................................174

ВВЕДЕНИЕ

Стремительные темпы развития промышленного производства, транспорта, индустриализация, ускорение научно-технического прогресса, химизация различных отраслей народного хозяйства неразрывно связаны с расширением круга используемых химических веществ, что приводит к техногенному загрязнению окружающей среды.

В современных условиях сформировалась геохимическая обстановка, неблагоприятная не только для человека, но и для животного и растительного мира. Живые организмы подвергаются практически повседневному воздействию токсикоэлементов, вызывающих как острое, так чаще хроническое отравление.

Среди многочисленных неорганических соединений наибольшее токсикологическое значение имеют металлы и их соединения, которые, попадая в объекты окружающей среды в результате человеческой деятельности, загрязняют атмосферный воздух, воду, почву, а, следовательно, и продукты питания, поскольку способны накапливаться в пищевых цепях водных и наземных экосистем, долгое время находиться в почве и водоемах.

Водная среда обеспечивает наилучшие условия для накопления соединений тяжелых металлов. Гидробионты накапливают вещества в концентрациях, порой в тысячи раз больших, чем содержится в воде.

Изучение вопросов циркулирования тяжелых металлов в окружающей среде, динамики их в экосистемах, а также связи между содержанием этих элементов в биологических объектах и кумуляции их в органах и тканях животных, значения солей тяжелых металлов в развитии патологических процессов в организме - является довольно актуальной проблемой, и решение этих вопросов направлено на то, чтобы обеспечить сохранность животных и получить от них экологически безопасную продукцию.

Предельно допустимые уровни солей тяжелых металлов в биологических объектах нормируются СанПиН 2.3.2. 1078-01 от 2002 года.

Свинец, кадмий, ртуть и мышьяк - одни из наиболее опасных элементов по критериям токсичности и кумулятивной способности, согласно СанПиН их соединения относятся к числу минеральных ядов и, как приоритетные загрязнители, подлежат первоочередному контролю в объектах окружающей среды.

Несмотря на возможность попадания металлов-токсикантов в. организм с вдыхаемым воздухом и питьевой водой, для большинства населения, не подвергающегося их промышленному воздействию, основным и все возрастающим источником поступления указанных элементов в организм человека являются продукты питания, в том числе рыба [76].

В основе трофической цепи пресноводного водоема лежат продуценты -это растения (одноклеточные и многоклеточные водоросли - элодея). Ими питаются консументы I порядка - это растительноядные птицы (утки и др.), рыбы (карп, карась, плотва, вьюн и др.) и моллюски (катушка, прудовик и др.). Следующее звено этой цепи - хищные животные (консументы II порядка): цапля, хищные рыбы (окунь, щука, ерш и др.), выдра.

Данная исследовательская работа посвящена оценке экологической обстановки водоемов Красноярского края и изучению динамики токсикоэлементов в объектах гидросферы и гидробионтах данных водоемов.

Актуальность изучения данной темы связана с тем, что для населения основными источниками поступления в организм солей тяжелых металлов являются пищевые продукты, в том числе рыба и питьевая вода.

Информация об экологической обстановке водоемов в отношении содержания солей тяжелых металлов в рыбе, как одном из распространенных продуктов в рационе человека и животных, и воде, необходима для достоверной оценки их безопасности.

Цель исследования

1. Экологический мониторинг содержания соединений тяжелых металлов в воде, органах и тканях рыб водоемов Красноярского края.

Задачи исследования

1. Оценить степень загрязненности водных объектов Красноярского края в отношении содержания тяжелых металлов;

2. Определить уровень содержания солей кадмия, ртути, свинца, мышьяка, меди, цинка, хрома в воде, органах и тканях рыб рек Енисей, Мана, Чулым, Бузим, Кан, Есауловка Красноярского края;

3. Проследить динамику соединений тяжелых металлов в рыбе и воде данных пресноводных объектов по сезонам года;

4. Проследить динамику распределения тяжелых металлов в рыбе водоемов по органам и тканям.

Научная новизна.

1. Впервые в Красноярском крае проведен комплексный анализ рыб из различных водоемов

2. Установлена взаимосвязь между содержанием токсичных металлов в воде, органах и тканях рыб

Практическая значимость. Накопленный массив данных позволяет более полно изучить механизм накопления и распределения металлов в организме рыб, а также позволяет оценить степень экологической чистоты различных водоемов Красноярского края.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Проблема антропогенного загрязнения пресноводных водоемов

Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с высоким атомным весом и удельным весом более 6,0 г/см3, с плотностью, большей, чем у железа, то есть более 5000 кг/м . В группу тяжелых металлов входит свыше 40 элементов с удельным весом более 50 уг. ед. (ртуть, медь, кадмий, свинец, цинк, железо, золото, никель, кобальт, висмут, мышьяк и др.) [35].

В последние годы тяжелые металлы являются одними из основных промышленных загрязнителей окружающей среды. Учитывая, что по данным ВОЗ 20% заболеваний обусловлено неблагоприятным состоянием окружающей среды [34], а также по результатам исследований, уже предложен термин экологически обусловленные заболевания [81].

Ежегодно в воздушный бассейн городов России поступает до 5000 т свинца, более 1000 т мышьяка, 460 т хрома, 15 т кадмия, 6 т ртути [59].

Высокое содержание тяжелых металлов в почве приводит к повышенной концентрации их в контактирующих с почвой объектах окружающей среды (атмосферный воздух, растениеводческая продукция и вода) [77].

Изменение режима землепользования, нерегламентированное применение агрохимикатов может снизить связывающую способность почв, и токсиканты, поглощенные почвой, смогут высвободиться [78].

Поступление тяжелых металлов из почвы в растения возрастает параллельно с увеличением кислотности почвы, потому что их соединения лучше растворяются в кислой среде [146], [162]. Почвенные микроорганизмы могут переводить нерастворимые формы солей в растворимые [155].

При содержании тяжелых металлов в почве выше допустимых норм отмечают повышение поступления указанных металлов в рационы и соответственно в продукцию животноводства, ухудшение качества сельскохозяйственной продукции [76].

Не все тяжелые металлы представляют опасность для биоты и в микроколичествах необходимы организму [85].

Тяжелые металлы считаются микроэлементами, то есть химическими элементами, присутствующими в организмах в низких концентрациях [35].

Среди металлов-токсикантов выделена приоритетная группа. В нее входят 12 элементов: кадмий, медь, мышьяк, никель, ртуть, свинец, цинк, хром, ванадий, олово, молибден, кобальт, как наиболее опасные для здоровья человека и животных. Из них свинец, ртуть и кадмий наиболее токсичны [113].

Центральная нервная система наиболее чувствительна к хроническим, низкодозовым воздействиям токсикантов, попадающих в организм [49].

При отравлении рыб солями тяжелых металлов отмечается обильное слизевыделение, расстройство газообмена. На коже и жабрах толстая оболочка из коагулированной слизи. Все соли тяжелых металлов кумулируются в иле, планктоне, бентосе, растениях и водорослях. В больших количествах они локализуются: РЬ, N1, Мп - в слизи; Со - в жабрах; Сё - в кишечнике, слизи, почках, печени; Сг - в печени, почках; Zn - в костях, чешуе, жабрах; Н§ - в жабрах, коже, печени, почках; Си - в чешуе, жабрах, печени [61].

Острые отравления соединениями тяжелых металлов характеризуются поражением желудочно-кишечного тракта, крови, печени, почек, ЦНС.

Ранняя антидотная терапия (внутримышечное введение 5 % раствора унитиола) способствует освобождению ионов тяжелых металлов и мышьяка от связи с белками и образованию нетоксичных комплексов, реактивации тиоловых групп белков, резкому увеличению элиминации яда с мочой, извлечению его из депо [66]. Из патогенетических средств при острой и хронической интоксикации соединениями тяжелых металлов особое место занимают унитиол, сукцимер, препараты липоевой кислоты [18].

Потребление населением Красноярского края мяса и рыбы находится на уровне, среднем по РФ. Нагрузка контаминантами (кадмий, ртуть, мышьяк, свинец) пищевых продуктов, потребляемых населением в сельских районах и городах Красноярского края, различается. В пищевых продуктах, потребляемых городским населением края, содержание токсикоэлементов выше, чем в тех же продуктах, используемых в питании сельским населением [16].

Безопасность питьевого водоснабжения является одной из главных составляющих безопасности населения России [90].

В числе основных причин загрязнения водоемов остаются антропогенная нагрузка на водные объекты, сброс неочищенных и недостаточно очищенных сточных вод.

Вместе с тем в бассейнах рек и, прежде всего прибрежных полос не соблюдается режим хозяйственной деятельности. Более 80% загрязненных сточных вод сбрасывается в реки без очистки [89].

При режиме обратного течения рек отмечают повышенную концентрацию тяжелых металлов: свинца - в 3 раза, мышьяка и кадмия - в 1,5 раза. Наихудшие условия протекания самоочищения обусловлены высоким уровнем загрязнения воды на фоне малых скоростей течения и низких температур воды в периоды весеннего и осеннего половодья. Вода характеризуется физиологически непостоянным составом в продолжительные периоды половодья весной и осенью [84].

Сбросные воды содержат различные загрязнения, в том числе соли тяжелых металлов. Водоемы загрязняют также веществами, поступающими с выхлопными газами от двигателей внутреннего сгорания [106].

Накопление тяжелых металлов в окружающей среде может происходить вследствие природных и антропогенных процессов [145]. Имеется взаимосвязь между избыточным поступлением меди в организм и заболеваемостью болезнями крови, почек, костей, желудочно-кишечного тракта [2].

В современных условиях обеспечение населения доброкачественной питьевой водой является актуальной гигиенической, научно-технической и социальной проблемой [5], [56].

Существующая система оценки санитарно-гигиенической ситуации и опасности окружающей среды основана на сравнении реального уровня загрязнения и соответствующих величин ПДК [47].

В настоящее время трудно найти район загрязнений только каким-то одним ксенобиотиком, чаще на население воздействует комплекс неблагоприятных факторов [54].

Подземные воды, считающиеся более надежным источником питьевого водоснабжения, имеют повышенные концентрации железа, кремния и марганца, что может представлять риск для здоровья населения [88].

Установлена достоверная зависимость между увеличением содержания свинца в питьевой воде и задержкой психического развития у детей, повышением артериального давления; повышенными уровнями кадмия в питьевой воде с развитием токсической нефропатии [29].

Ртуть является токсическим веществом 1-го класса опасности, свинец и мышьяк - 2-го класса [43].

Необходимо решить задачи по предотвращению загрязнения источников питьевого водоснабжения, обеспечению их соответствия санитарно-гигиеническим требованиям, совершенствования технологии обработки воды на водоочистных станциях [6].

При анализе содержания катионов металлов в медико-биологической практике широко используют методы атомно-абсорбционной спектроскопии (ААС), пламенной фотометрии, ионоэксклюзионной распределительной хроматографии, ионометрии, изотопного разбавления [33].

Эти методы обладают высокой экспрессностью, чувствительностью, точностью, позволяют определять ионы металлов при наличии смеси элементов. Они являются современными и применяются во всем мире для анализа микропримесей металлов в различных объектах.

Метод ААС основан на поглощении излучения свободными атомами металлов [15]. При использовании метода ААС предполагается калибровка измерения по методу градуировочного графика или добавок [67]. Метод основан на добавлении известных количеств определенного металла не менее, чем в трех образцах. Далее измеряют значение атомного поглощения анализируемого и эталонных растворов, строят график [32].

В последние годы требуются простые и удобные, быстрые и надежные способы обеззараживания, например воздействие предельно допустимых концентраций ионов тяжелых металлов на микроорганизмы с интенсификацией их действия электрическим полем. В основе бактерицидных свойств разрядов -непосредственное действие электрических разрядов и тяжелых металлов [10].

Силы внешнего электрического поля повыша�