Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Роль NEREIS DIVERSICOLOR О. F. MULLER в трансформации органического загрязнения в донных осадках

ВАК РФ 03.00.18, Гидробиология

Автореферат диссертации по теме "Роль NEREIS DIVERSICOLOR О. F. MULLER в трансформации органического загрязнения в донных осадках"

VB

Ордена Ленина и ордена Дружбы Народов Академия наук Украины

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ БИОЛОГИИ ЮЖНЫХ МОРЕЙ им. А. О. КОВАЛЕВСКОГО

На правах рукописи

АЛЁМОВ Сергей Викторович

УДК 595.142.2:551.46.09:543.38(26.25)

РОЛЬ NEREIS DIVERSICOLOR О. F. MÜLLER В ТРАНСФОРМАЦИИ ОРГАНИЧЕСКОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ДОННЫХ ОСАДКАХ

03.00.18 — гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

СЕВАСТОПОЛЬ 1993

Ордена Лзиина и ордена ДруйЗы Народов Академия наук Украины Ордена Трудового Красного Знамени Институт биологии шных морей им. А. О. Ковалевского

Роль Nereis dlversicolor 0. F. Miller в трансформации органического гагрязнения в донных осадках

03.00.18 - гидробиология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

на правах рукописи

Албыов Сергей Викторович

УДК Б95.142.2: 561.46.09:543:38(262.5)

Севастополь 1993

Диссертация является рукописью Работа выполнена в Институте биологии южных морей им. А. 0. Ковалевского АН Украины

Научный руководитель - доктор биологических наук,

профессор

0. Г. Миронов

Официальные оппоненты - доктор биологических наук

М. И. Киселёва

кандидат биологических наук к. К Джуртубаев

Ведущее учреждение - Институт Гидробиологии АН Украины

Защита диссертации состоится / 993 г.

в "__" час. на заседании специализированного совета

Д 016.12.01 с Институте биологии южных морей АН Украины 335000. г. Севастополь, пр. Нахимова. 2.

С диссертацией можно ознакомиться ь библиотеке Института биологии южных морей им. А. О. Коьалеаского Ali Украины. Автореферат разослан " SO " e&ufjbefyuf 1993 г.

Учений секретарь Специализированного совета

кандидат биологических наук Н. Г.Сергеева

В настоящее время загрязнение морей и океанов имеет зна чение экологического фактора, который оказывает на морские экосистемы существенное, а в некоторых районах и определяющее влияние. Интенсивное загрязнение морского шельфа приводит к необходимости вести разработку мероприятий по охране моря, в этой связи все большее значение приобретают исследования, направленные на изучение процессов самоочищения моря, взаимодействия морских организмов и их сообпвств с загрязнением. Такие исследования включают как полевые наблюдения, так и проведение экспериментальных работ.

В прибрежные воды поступают различные химические вещества аллохтонного происхождения, однако, одними из наиболее опасных в биологическом отношении токсикантов и наиболее /распространенными в настоящее время в море являются углеводороды, в первую очередь нефть и нефтепродукты. Попадающая в море нефть со временем накапливается в донных осадках, оказывая пагубное воздействие на сообщества донных организмов. Имеются сведения, что наряду с бактериями, в трансформации нефтепродуктов участвуют организмы инфауны СКирюхина,Миловидова,1979; Gordon et al.,1978; Gardner et al.,1979]. Дальнейшие работы по изучению роли данной группы организмов в процессах деструкции загрявня-ющих веществ позволят подойти к решению таких основных вопросов санитарной гидробиологии как оценка самоочщакхцей способности различных акваторий, а такие возможности целенаправленного использования гидробионтов для очистки загрязненных морских вод.

При проведении натурных исследований и лабораторных экспериментальных работ по изучению взаимодействия морских яи-вотных с антропогенным загрязнением в качестве модельного вида часто используется многощетинковый черзь Moréis (Hediste) dt-vorsicolor 0. F.tóiller, что обусловлено его высокой устойчивостью к изменениям абиотических факторов среды, действию различных токсикантов, а таге®, очевидно, доступностью (он широко распространен и образует плотные поселения па мелководье).

Основной целью работы было- изучение влияния Nero is diver-stcolor па процессы трансформации органического загрязнения, в первую очередь нефти и нефтепродуктов, з донных осадках и оценка возможности использования данного вида при разработке

гидробиологических методов защиты прибрежных акваторий от загрязнения.

Были поставлены следующие задачи:

- рассмотреть влияние нефти на поведение N. diversicolor;

- исследовать лилидный состав тканей нереисов. обитающих в загрязненном грунте, учитывая характер воздействия нефти на гидробионтов;

- исследовать химический состав фекалий N. diverslcolor, обитающих в загрязненном грунте;

- изучить изменения, происходящие в загрязненном грунте под влиянием нереисов;

- рассмотреть способность нереиса к трансформации фекалий фильтраторов, учитывая направления в разработке систем гидробиологической очистки;

- оценить вклад N. diversicolor в процессы трансформации органических веществ бентосныы сообществом.

Научная новизна и теоретическая значимость.

Изучено поведение Н. diversicolor в грунтах, содержащих различные количества нефтяных углеводородов. Получены данные фракционного состава липидов тканей и фекалий нереисов. В тканях опытных животных содержавшихся в естественных загрязненных грунтах и грунтах с добавлением сырой нефти не отмечено существенного накопления углеводородов по сравнению с контрольные. тогда как в фекалиях количество углеводородов возрастает. Воздействие сырой нефти приводит к изменениям содержания раг-личньсс фракций липи.гов в тканях и фегллиях нереисов. ¿'•.шидно-углеводородные экстракты фекалий нереисов отличаются по характеристикам ИК-спектров и спектров флуоресценции от зкстракюв грунта, в котором содержались »¡вотные. Максимумы флуоресценции экстрактов Фекалий июли сдвиг в коротковолновую область относительно максимума флуоресценции соответствующего грунта Показано, что в загрязненном грунте в присутствии нереисов уменьшается содержание хлороформного бигушида. В составе битумовдов снижается количество мслородсодержащих и ароиатичесюпс соединений. Битумоиды, выделенные из стенок норок нереисов отличчюгся во свои« спектральным характеристикам от битумовдов остальной толлл грунта. Н?репсы способны снижать интенсивность накопления органических соединений в грунте, в

- б -

том числе углеводородов, вызванную деятельностью фильтраторов.

Оценен вклад популяции N. с11уегз1со1ог в процессы утилизации органического вещества в кутовой части 0. Стрелецкая. Поток энергии через популяцию нереиса составляет 2-402 общего потока через бентосное сообщество в различных участках исследованного района. На пловди 1,4 га популяцией нереиса трансформируется около 450 г углеводородов в сутки. Фильтрационная активность нереисов может в значительной степени восполнять снижение биофильтра сестонофагов.

Проведенная работа расширяет представление о роли инфауны в трансформации нефтяного загрязнения. Полученные данные могут быть полезны при разработке общих вопросов антропогенного воздействия на донные биоценозы.

Практическое значение.

Показано, что N. <Цуегз1со1ог является перспективным при разработке мероприятий, направленных на повышение самоочиш&ю-№й способности морской среды, и мотет быть использован в качестве одного из звеньев в системах гидробиологической очистки морских вод.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 18-й конференции молодых ученых биологического факультета МГУ "Проблемы современной биологии" (Москва, 1987); 3 Всесоюзной научно-технической конференции "Вклад молодых ученых и специалистов в решение современных проблем океанологии и гидробиологии" (Севастополь, 1988); научно-технических конференциях "Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение научно-технического прогресса и интенсификацию народного хозяйства (Севастополь, 1987,1988,1989); Республиканской конференции "Научные основы и технология очистки природных водоемов и промышленных сточных вод от нефтепродуктов" (Киев, 1990); Всесоюзной конференции "Отечественный опыт внедрения промышленных очистных сооружений" (Севастополь, 1991); научных семинарах отдела морской санитарной гидробиологии ИнБШ АН Украины (Севастополь, 1988-1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 4 печатных работы, 1 работа сдана в печать.

Структура объем диссертации. Диссертация излонена на ¿32 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора

литературы, описания материалов к методов исследования, результатов и обсуждения, изложенных в пяти главах, заключения, выводов, списка использованной литературы. Текст иллюстрирован 16 рисунками и 22 таблицами. Библиография включает 274 наименования, в том числе 172 на иностранных языках.

ГЛАВА 1. Основные черты биологии Nereis dlverslcolor.

В обзоре литературы сделана попытка как можно более полно осветить различные вопросы биологии и экологии N. dlverslcolor, которые могут иметь существенное значение при решении поставленной цели. Отмечено, что данный вид широко распространен в прибрежных биоценозах морей Северной Европы и Средиземноморского бассейна, Каспийского и Аральисого морей. Развитие личинок проходит, как правило, без планктонной стадии. Нереис обладает исключительно широким спектром способов добывания пищи, но основное место в его рационе занимает поверхностный слоя грунта. Наибольшего развития данный вид достигает на илистых или сильно заиленных грунтах, предпочитая районы с пониженной соленостью, взрослые особи могут долго выживать в практически пресной воде. Нереис адаптирован к широкому диапазону температур, длительному отсутствию кислорода и наличию сероводорода. Он проявляет устойчивость к действию значительных концентраций хлорорганических соединений, тяжелых металлов (хрома, никеля, свинца, кадмия, ртути и др.). При возрастающем уровне эвтрофикации прибрежных вод зачастую отмечается рост его численности и биомассы. Нереис достаточно устойчив к действия нефти, встречаясь в районах со значительным содержанием углеводородов в донных осадках.

ГЛАВА 2. Материалы и методы.

Для лабораторных экспериментов неполовозрелых особей N. dlverslcolor отлавливали в кутовой части б. Стрелецкая у урега воды. Опыты проводили в аквариальных условиях при температуре воды близкой к таковой в прибрежной зоне моря. Грунт, используемый для экспериментов, освобождали от макроорганиэмов просеиванием через сито с ячеей 1 мм. Для сбора фекалий, нере-

исов пересаживали из грунта в емкость с чистой морской водой, и через сутки со дна емкости пипеткой собирали фекалии. При проведении экспериментов использовались конструкции собственной разработки.

В воздушно-сухих пробах донных осадков и фекалий определяли углеводоподобные соединения триптофановым методом [Агато-ва,Шлуяктов,1980], белковоподобиые соединения методом Лэури [Агатова,Андреева,1980], соединения липидно-углеводородного комплекса экстрагировали из фекалий, грунта и тканей нереисов хлороформ-метанольной (2:1) или хлороформ-этанольной (1:1) смесью с гравиметрическим окончанием анализа. Липидные экстракты разделяли методом тонкослойной хроматографии с последующей денситометрией [Копытов,1983]. В отдельных экспериментах хлороформенные экстракты исследовали на инфра-красном спектрофотометре "Specord 75 IR" и спектрофлуориметре "Hitachi bPF-4" (длина волны возбуждения 290 нм).

Проведен 21 эксперимент продолжительностью от 7 суток до 4 месяцев, при этом в б изучалось поведение N. diversicolor в загрязненных грунтах, в 3-х - состав тканей, в 6 - состав фекалий, в 20 - характеристики грунта. В экспериментах было использовано около 600 экз. нереисов. Обработано более 330 проб, в том числе ЗУ пробы тканей H.diversicolor, 35 - фекалий, 264 - грунта. Достоверность отличия средних оценивалась по критерию Стыодента [Парчевская, 1977]. Статистические расчеты, корреляционный и регрессионный анализ проводились на ШВЫ "Amstrad PC-XT" с использованием программ, подготовленных Драенко С. А. (ИнБШ).

При проведении бентосной съемки в б. Стрелецкая пробы отбирали водолазным дночерлагелом типа "кошелек" площадью 0,03м2 по три повторностй в каядой точке, макрозообентос отмывали на системе из двух сит с диаметром ячеи б и 1 мм.

ГЛАВА 3. Поведение нереиса в загрязненном грунте.

Шблюдення проводили при помощи устройства, имевдего вид "кассеты", состоящей из двух стеклянных пластин 10x20 си, соединенных зажимами. Внутренняя полость между пластинами, шириной около 3-4 ым, заполнялась грунтом. После этого кассета

опускалась вертикально в сосуд с ;«зрской водой и в нее сажали подопытного червя. В грунте с содержанием хлороформного биту-моида (ХБ) 0,5 мг/г сухого осадка, и с добавлением сырой нефти (7,0 мг/г), глубина проникновения нереисов практически не различалась и составляла оюэло 15 см. Черви способны были прокладывать ход коры в обоих направлениях через загрязненный слой (ХВ 41,5 мг/г), расположенный в центре кассеты с чистым грунтом. При послойном расположении грунта (в верхнем слое содержание ХБ 0.5 ыг/г и далее вглубь - 2,3, 4,8, 11,8 и 18,6 мг/г) нереисы прокладывали норы до 4 слоя. Глубина проникновения не отличалась существенно от контроля (только чистый грунт) и определялась, очевидно, плотностью осадка.

При рассмотрении возможности заселения нерейсами грунтов с различным уровнем загрязнения, подопытных животных запускали в аквариум, где степень загрязнения возрастала от одной стенки к другой по секторам (1 сектор - ХБ 0,5 иг/г, сектора 2-5 с добавлением сырой нефти соответственно 0,75, 1,5, 3 и 6 г на каждые 100 г сырого грунта). Перегородок мезду слоями грунта не било, чтобы животные шгли свободно перемещаться под поверхностью грунта Через 10 суток из аквариума по секторам извлекали грунт и подсчитывали количество животных. Осредненные результаты по двум одинаковым экспериментам; 1 сектор -41,5+8,47., 2-й - 4,2+2,1%, 3-й - 0, 4-й - 10,7+4,3%, 6-й -37,6+6,4% от количества подопытных животных.

Таким образом, уровень загрязнения донных осадков, встре-чающийоя в естественных условиях, не препятствует проникновению N. diversicolor в грунт, и в условиях постоянной смены воды не оказывает существенного влияния на его поведение.

ГЛАВА 4. Изучение изменений в тканях и фекалиях Nereis diversicolor под воздействием загрязнения.

4.1. Исследование тканей.

Нефть и нефтепродукты вызывают изменения как обшэго количества *ира в организме, так и содержания отдельных липидных фракций t Миронов, ¡Цекатурииа, 1085]. О другой стороны, содержание дипидов является одной важных "причин, определяющих накопление углеводородов I Щекатурина, 19843.

.4 экспериментах, проводимте э зимний период, нероисов со держали в грунте иэ загрязненного района (ХБ 22,33 иг/г), а контролем служили полихэты в грунте из их места обитания (ХБ 3,81 ж/г). Чзрез месяц определяли фракционный состял липидов в тканях нереисон. Содержание углеводородов в тканях червей а контроле и опыте составляло 0,-15" мг/г сырого веса (табл. 1). В составе липидов у опытных кивотньбс возрастало содержание фосфолипидов, стеринов, жирных кислот и их эфиров по отнопкшю к контрольным. Количество ароматических соединений в грунте в опыте в 10-16 раз больше, чем в контроле. Несмотря на это, в тканях опытных нереисов не отмечено увеличение содержания ароматических углеводородов по сравнению с контролем.

При экспериментальном внесении нефти в грунт (0,5 мл на

Таблица 1. Фракционный состав экстракта но тканей нереисов.

Условия Состав липицной фракции Сумма липидов УВ

н/и ФЛ хст Е+ЭСТ j МГЛ ТГЛ снк ЭЖК

А (Г.)

Контр. 4,5 34,9 29,7 б,4 0,1 и, У 16,3 4,3 95,6 4,4

Опыт 3,3 34,8 28,5 0,9 0,4 0,3 18.3 7,9 96,6 3,4

Б (мг/г)

Контр. 0,45 3,53 3,01 0,55 0,01 0,03 1,65 0,44 9,67 0,45

Опыт 0,74 4,60 3,31 0,12 0,0В 0,03 2,45 1,07 12,92 0,40

ФЛ - фосфолкпиды, ХСТ - холестерин, МГЛ, ДГЛ, ТГЛ - моно-; ди-и триглицериды, СКК - свободные жирные кислоты, ЭЖК - эфиры жирных кислот, В+ЗСТ - воска и зфиры стеринов, УВ - углеводороды, н/и - неэдеитифицирояаиньга фракции

Таблица 2. Фракционный состав липидов, выделенных иэ тканей N. diversicolor, содержавшихся в различных грунтах (И - исходные, К - контроль, 0 - опыт).

Ус- Вре- Сракции липидов, Z

ло- мя, 1 ....... 1 i { УВ

ция су?. и/я j ФЛ жзт В+ЭСТ МГЛ | ДГЛ тгл{ СЕК I 3JEHJ

И 0 зд 20,5 21,4 6,7 11,9 7,9 7,8 13,7 7,4 0,6

К 1 10,9 32,8 22,8 5,2 11,3 1,6 5,0 8,4 3,1 -

rt 1 - 10,4 37,1 4,0 - - 3,4 25,6 2,8 16,9

15 9,7 23,1 11,7 4,6 ' 0,3 0,6 3,4 35,7 8,9 2,3

0 1 13,5 31,8 15,9 5,2 3,6 4,4 17,8 4,0 3,8 -

7 11,3 24,2 0,1 3.7 - 2,3 33,1 4,7 1,2

15 е.о 11,В 13,4 5,7 6,7 1,1 2,4 35,7 9,0 2,2

100 г сырого грунта) в тканях нерейсов (табл. 2) наблюдалось уменьшение относительного содержания шно-, ди- и триглицери-дов, полярных дипидов по сравнению с исходными тьонтт, возрастала доля жирных кислот в липидной фракции. Кроме того в опыте снижалось соотношение холзстерин/фосфодтиди по сравнению с контролем. Относительное содержание углеводородов в ли-пиднэй фракции у исходных животных невелик (0.6Х). В дальней-Е9К количество углеводородов возрастало но к кощу экаперимен-та у опытных лолихет было на уровне значений контроля.

4. г. Исследование состава органического вещества фекалий N. dlverslcolor.

Известно, что не-фть ь значительной степени трансформируется, проходя через желудочно-кишечный тракт ыоллюсков-филь-траторов (Миронов,1985;Щзкатурина,10383. В спектре экстракта Фекалий нереисов, обитавших в грунте с содержанием углеводородов 19-21 мг/г сух. осадка, основной максимум флуоресценции отмечен при длине волны 440 ни и второй, более слабый, при 4В5 ни, соответствующий кгжсичуыу флуоресценция нефти (480420 им). Учитывая, что максимум флуоресценции биогенных углеводородов по сравнению с антропогенными имеет сдвиг на 60 нм в коротковолновую область СЕршов,19333, положение основного максимума флуоресценции фекалий нереиса :д>йзт называть на то, что в продуктах выделения содержатся в основном углеводороды, в значительной степени подвергшиеся '¡¿икробиологической или иной биогенной трансформации.

В эксперименте (декаСрь-янверь) К. dlverslcolor содержали в грунте иа их места обитания (контроль) и грунте из сильно загрязненного района (опыт). Содержание органических соединений б феюшшх полихет в начале эксперимента было выше, чем в грунте (за исключением УВ в опше), через месяц - как правило (таол. 3). В фениях как контрольных так и спигных т-¿O'iHux оо временем уменьшалось содержание белков w углеъодов (БПО и yiiC) по сравнению с исходными значениями. Возрастание сод-ржхчил соединений липидно-углеводородного комплекса (ЛГЮ а УВ) в фекалиях опытных жшкэтных по сравнения с контролен евп-ааао, прежде всего, с увеличением количества углеводородов.

Несмотря на разницу абсолютного содержания липидов э фека-

- 11 -

Таблица 3. Содержание основных лилх червей в контроле классов органических соединений и опите в начале экспе-(мг/г) в грунте и фекалиях Nereis ршента, соотношение diversicolor. различных фракций

(фосфолипиды, стерины, жирные khcjggtu, тригли-цериды и др.) в них было примерно одинаково. Через две недели в фекалиях полихет из грязного грунта увеличивается абсолютное содержание всех компонентов, но сохраняется преобладание липидов над углеводородами. По окончании эксперимента в составе липидно-углево-дородного комплекса фекалий иереисов в загрязненных грунтах по сравнению с контролем возрастает относительное содержание свободных лирных кислот и их эфиров, отмечается тенденция снижния относительного содержания полярных липидов. Абсолютное содержание всех компонентов липидной фракции в опыте и контроле через 28 сут. уменьшается. Проходя через кишечник червей, липвдно-углеводородная фракция грунта претерпевает определенные изменения, приводящие к возрастанию количества углеводородов в фекальных массах, что наиболее четко видно в загрязненных грунтах. В фекалиях опытных животных отмечено увеличение содержания углеводородов до 13,0 мг/г, что к концу эксперимента составляет около 65% ессй липидио-углеводородной фракция против 20Х п начале. В фекалиях контрольных ;хивоткых в это хе время относительное содер.такие углеводородов составляло 42 %. Учитывая, что 1 нг экскрементов нерэисов образуется при потреблении 2,8 иг грунта ГЯблонскал,1952], количество углеводородов, выделяемых нереисами в фекалиях, в 1,9-14,5 раз мень-

Вре- 1 |Ус- 1 I Тип соединений

мя, |ло- 1

1 1 1 I 1

сут. |виа 1 I БЮ 1 I | УПС | ! 1 I 1 i ЛПС 1 1 1 1 1 УВ

Г р у н т

0 К 2,60 5,26 2,82 3,10

0 0 3,12 7,19 7,65 19,20

28 к 3,90 7,75 4,09 13,20

28 0 4,33 Ф е 7.52 кал 9,00 И и 21.59

0 к 14,95 25,32 зз, за 4,64

0 13,32 20,09 19,23 4,96

14 0 5,21 11.02 68,83 23,56

28 к 4,75 3,92, 3,48 2,53

0 5,73 7,40 7,05 13,04

- 12 -

ше количества углеводородов, потребленных с грунтом.

Бри содержании нереиеов в грунте с различным содержанием нефти (2,68 мг/г - контроль и 5,94 и 8.25 мг/г - опьгг) в ли-пидной Фракции фекалий количество углеводородов составляло 62,2-70,0%. Ароматические соединения в фекалиях полихет не обнаружены, несмотря на то, что в грунте отмечались в значительном количестве. Максимукы спектров флуоресценции экстрактов фекалий а контроле и опыте иыеяи сдвиг около 30 нм в коротковолновую область по сравнению со спектрами грунта, однако, в условиях большего загрязнения этот сдвиг выражен слабее.

Учитывая, что донные осадки загрязняются*тяжелыми нефтяными фракциями, в грунт иэ условно чистого района вносили при т¡дательном перемешивании нефтяные смолы (содержание хлсрофор-иенного битумоида в грунте возрастало до 7,0 мг/г) и помешали в них нереиеов. Контролем служили нереисы в грунте без нефтяных смол (ХБ 3,3 мг/г). Эксперименты проводили в весенний се-8он, продолжительность опыта 10 сут. Липидные экстракты фекалий исследовали методом ИК-спектроскопии.

Для спектров всех экстрактов характерно присутствие полос поглощения кислородсодержащих структур, связей С-С ароматических соединений и групп CIL, и СНд. В спектре экстракта исходных фекалий отмечено наличие карбоксильных групп (полоса 1700 см"1- кислоты, альдегиды, кетоиы), а полоса при ИБО см"1 относится к связям С-О сложных эфиров, бидимо фгалатов [Беллами, 1953], Наличие ароматических связей С-С, групп С-О и длинных парафиновых цепей (полоса 720 см"1) в структуре экстракта иэ фекалий полихет может быть обусловлено наличием примеси водорослевого материала [Шакс.Орайзулила, 1974). Остатки водорослей в большом количестве присутствовали в донном осадке в месте обитания червей. В фекалиях иереисов в опыте отмечено увеличение значений оптических плотностей в полосе поглощения кислородсодержащих групп и ароматических соединений. Однако, не отмечены полосы поглощения наметенных ароматических соединений (850, 755 и 700 см"1), присутствующие в спектрах битумо-идов грунта

ГЛАВА 5. Изменения содержания органических соединений о грунте под влиянием нереисов.

В экспериментах по изучению участия N. diversicoloi >< преобразовании внесенных в грунт нефтяных смол, анализ грунтя проводили перед началом эксперимента и по его завершении в опыте (грунт с добавлением нефтяных смол и нереисами, ХБ 7,0 мг/г), контроле 1 (грунт с нереисами без добавления смол, ХВ 3,2 мг/г) и контроле 2 (грунт с нефтяными смолами без червей, ХБ 7,0 мг/г). Общее содержание хлороформенкого битумоида в грунтах снижается через 10 суток, однако в грязных грунтах остается выше, чем в чистом.

По данным ИК-спектроскопии, в битумоидной структуре ис ходиого одетого грунта значительна роль групп -СН, -CHg и -СНд насыщенных систем (п. п. 3000-2800 см"1) при заметном участии длинных парафиновых цепей, обнаруживаются различные типы ароматических соединений (1600, 1550, 850, 755 см"1). Роль кислородсодержащих соединений таете довольно велика. Через 10 суток в чистом грунте с полихетами по сравнению с исходным снижается количество кислородсодержащих соединений и групп -üllg, уменьшается оптическая плотность в полосах поглощения 1600, 1550, 850 и 755 см""1 ароматических связей. Отмечено снижение доли длинных парафиновых цепей.

Общее содержание хлороформенного битумоида одинаково в загрязненных грунтах в конце эксперимента в присутствие нереисов и без них (3,9-4,0 мг/г). однако ИК-спектры экстрактов грунта существенно различаются. В присутствии полихет ниже значения оптических плотностей в голосах поглощения кислородсодержащих (1700. 1690, 1150 сн'1) и ароматических соединений (1550, 850, 755 , 700 см"1).

Влияние полихет на процессы трансформации загрязнения в донных осадках мотет изменяться а зависимости от концентрации загрязняющих ведеств. В связи с этим, проводили эксперименты с грунтами, содержащими различные количества нефти, подверженной длительному процессу естественного выветривания (табл. 4). В емкости с грунтом подавали постоянный равномерный проток морской еодн, в каддом варианте одну емкость оставляли не заселенной (контроль), а з другую запускали нереисов (опыт).

- 14 -

Табл. 4. Содержание органических соединений (ыг/г) в верхнем слое грунта.

Усвдвия | ХБ | УПС | БШ

Ил 1 Исх. 0,53 9,09 0,091 | ностного (1-2ММ) и глу-

Конг. 2,91 13,87 1,557 | бинного слоев.

Опыт 1,00 10,38 0,912 | К концу эксперимен-

Ил 2 Исх. 25,75 8,44 0,976 | та в нижнем слое грунта

Конт. 22,07 11,94 1,432 | статистически значимых

Опыт 22,78 11,86 1,350 | различий содержания ор-

Песок 1 Исх. 0,08 0,26 0,030 | ганических соединений в

Конт. 4,37 1,56 0,252 | контроле и опыте прак-

Опыт 1,14 0,68 0,066 | тически не отмечено. В

Песок 2 Исх. 0,99 0,34 0,035 | верхнем слое грунта и в

Конт. 3,57 1,43 0,217 1 шах и в песках к концу

Опыт 1,73 0,92 0,117 | эксперимента как прави-

Песок 3 Исх. 2,60 0,33 0,033 | ло ншсаиливались ВИС и

Конт. 10,48 2,13 0,234 | УПС (табл. 4), причем в

Опыт 3,66 2,02 0,300 | менее загрязненных

Песок 4 Исх. 7,16 0,41 0,038 | грунтах значительнее

Конт. 7,97 1,90 0,302 | при отсутствии нере-

Опыт 6,60 2,82 0,297 1 исов. В загрязненном

Песок к о Исх. 17,09 0,33 .0,036 | илу и песках 3-5 вари-

Конт. 9,76 1,43 0,134 | антов количество этих

Сг.:ыт 9,72 1,77 0,177 | соединений в контроле и

Пробы грунта анализировали перед началом эксперимента и через 4 мес., причем в конце эксперимента отбирали отдельно пробы поверх-

--------------—-1 опыте существенно не

различалось. К концу эксперимента содержание ХБ в верхнем слое в присутствии поли-хет ниже, чем в контроле, кроме наиболее загрязненных грунтов (ил 2 и песок 5). Разница содержания хлороформенного битумоида в контроле к в присутствии нереисов снижается с увеличением исходною содержания ХБ в грунте. Ко&(М)ИЦиент'корреляции этих величин составил -0,67. Получено уравнение, связывающее уровень концентрации ХБ в верхнем слое грунта и степень снижения накопления данных соединений:

У - 28,04 - 1.39Х , где

- 15 -

Y - величина снижения содержания ХВ в верхнем сдое грунта в присутствии нереид, !лг.г/г*сут.; X - исходная концентрация ХБ в грунте.

Так как в присутствие нереисов отмечаются определеннее изменения не только в поверхностном, но и более глубоких слоях грунта, исследозали различия характеристик грунта в норках по-лихет и остальной толщи. Опыты проводили с различны,«! грунтами, однако количество углеводородов в норках, как правило было выше, чем в остальной толш;е грунта (различия в основном не превышает1 15-20%). Шесте с тем, спектры флуоресценции битумо-идов из норок и толщи грунта несколько различаются. Так, биту-моиды толщи грунта имеют два максимума флуоресценции при длинах волн 330 и 350 нм. В спектрах флуоресценции битумоидов в норках коротковолновый максимум сглаживается, и данный спектр имеет форму спектра флуоресценции битумоидов фекалий нереисов из загрязненных грунтов.

ГЛАВА б. Nereis diversicolor как элемент системы гидробиологической очистки.

Способность гидробионтов-фильтраторов к очищению воды известна достаточно давно и в настоящее время начинает целенаправленно использоваться при разработке систем гидробиологической очистки (ОГО) различных типов, з которых основным звеном являются мидии С Миронов,1969,19853. Однако, в определенных условиях фекалии и псевдофекалии фильтратеров могут служить источником накопления органических веществ в дошл« осадках Г Миронов, 1988; Makoto, 1980J.

Нами изучалось влияние N. diversicolor на интенсивность накопления органических соединений в моделируемых условиях Функционирования СГС. В устш:ов.:у, состоящую из четирзк емкостей (10 л) о грунтом (4-5 с?0 поддали проток из Севастопольской бjrau, где уровень нефтяного загрязнения достаточно зелик. В одной емкости (опыт 1) над грунтом на сетке разметали мидий, з другой (опьгг 2) в грунт помещали полихет , в третьей (опыт 3) содержали совместно мадий и пшшхет, контроль был оставлен без макроорганивмов. Через месяц в нижнем слое грунта в весеннем эксперименте содержанке различных классов органи-

Гаолица 5. Содержание органических соединений в грунте, мг/г.

Органические соединения Ншший слой Верхний слой

К Опыт 1 Опыт 2 Опыт. 3 К Опыт 1 Опыт 2 Опыт

БПС 0,12 0,12 Весна 0,09 0,07 0,42 0.40 0,51 0,52

УШ 1,09 0,81 1,30 1,89 6,03 9,02 2,92 1,83

УВ 0,10 X 0,13 0,07 1,45 1,39 1,09 1,11

СМ 0,17 X 0,05 0,11 1.64 1,44 0,86 1.01

Л1Ю 0,50 X 0,32 0,30 2,47 2,24 1,45 1,80

Сумма ОС БИС 1,98 0,21 1,43 0,28 1,88 2,44 Лето 0,24 0,23 11.02 2,16 14,63 2,48 6,83 2,35 6,28 2,55

УШ 0,36 0,51 0,79 0,60 4,10 4,67 5,70 5,03

УВ 0,19 0,18 0,14 0,09 2,11 3,74 1,13 2.95

СМ 0,27 0,31 0,23 0.16 2,67 2,83 3192 4,46

ЛИС 0,34 0,35 0.20 0.13 1,60 2,57 1,89 1,55

Сумма ОС 1,37 1,62 2,03 1,33 12,63 16.59 15.00 15,86

к - не определяли

ческих соединений и их суммы (суммарное количество БПС, УТЮ, ЛИС, УВ, СМ'(смолы) - в дальнейшем сумма ОС) в опыте и контроле в основном характеризовались сходными величинами. Летом наблюдали увеличение УПС в емкости с кереисамл по отношению к контролю, но в условиях совместного содержания мидий и нереид количество УПС снижалось.

В верхнем слое грунта весной увеличивалось количество УШ в присутствии мидий , тогда как в аквариуме с червями (опыт 2 и опыт 3) содержание УШ было значительно них», чем в контроле. Отмечено также статистически значимое снижение суммарного количества органических соединений -(табл. 5). В легкий период, в присутствий мидий отмечалось увеличение содержания соединений липидио-углеводородного- комплекса, тогда как наименьшее содержание углеводородов - в емкости с червями (опыт ?,). Содержание углеводородов в грунте опыта 3 значимо не отличается от контроля. Сумма ОС в различных условиях опыта летом выше, чем в контроле.

Таким:образом, в присутствии полихет интенсивность накоп-

Таблица б. Содержание органических соединений в верхнем слое грунта к концу эксперимента (мг/г).

Условия БПС УТЮ ЛГО УВ Сумма ОС

Сумма Пар* | Ма**

верхний слой Контроль 1 0,51 0,64 Исходный 4,82 1,18 1,06 Конец эксперимента 8,56 2,72 3,35 0,80 3,24 0,26 0,11 7,35 15,27

Контроль 2 0,64 7,84 1,89 1,54 1,47 0,07 11,91

Контроль 3 0,74 8,55 6,15 6,45 5,86 0,59 21,89

Опыт 1 0,77 8,55 1,90 2,03 1,94 0,09 13,25

Опыт 2 0,80 6,25 1,06 1,01 0,99 0,02 9,12

Опыт 3 0,58 5,39 2,10 1,38 1,29 0,09 9,45

^Парафины; ноаромат иче с кие соединения

ления органических соединений в донных осад!сах, определяемая фильтрационной активностью мидий, снижалась: весной до значений ниже контроля, летом - близких к контролю. Содержание углеводородов в верхнем слое грунта при совместном содержании мидий и полихет всегда было ниже, чем в аквариумах только с мидиями.

Следующие эксперименты отличались тем, что помимо трех вариантов опыта (опыт 1, 2 и 3 аналогично предыдущему эксперименту) , имелось три варианта контроля: контроль 1 - емкость только с морской водой, контроль 2 - грунт без макроорганизмов, контроль 3 - емкость без грунта, в которой находились мидии. Кроме того, в подаваемую воду через распределительную емкость добавлялась по каплям нефтяная эмульсия из сосуда с содержанием нефти 10 мл на 1 л воды. Пробы грунта о1'бирали перед началом эксперимента и через две недели. По окончании эксперимента также брались пробы осевшей взвеси на дне емкостей в контроле 1 и 2.

К концу эксперимента в нижнем слое грунта в опыте 3 (мидии и нереисы) содержание БПС было ниже, чем в контроле. В верхнем слое грунта (табл. 6) при совместном содержании мидий и нереисов уменьшалось количество БГВ, УШ по сравнению с контролем, снижалась интенсивность накопления углеводородов.

Количество последних в верхнем слое грунта существенно ниже в присутствии червей, чем в контроле.

ГЛАВА 7. Оценка роли N. diversicolor в трансформации вещества и энергии бентосным сообществом.

В ходе проведения бентосных исследований 1988-1992 г. N. diversicolor встречался в небольшом количестве (численность 6-30 экз/м2, биомасса менее 0,1 г/м2) на илах в сильно загрязненных участках Севастопольской и Стрелецкой бухт, в Камышовой и Балаклавской бухтах. Чаще, чем в других районах, он отмечался в устье бухты Южная, где содержание хлороформенного битумоида в грунте достигает 3,0 г/100г сухого осадка. Здесь максимальные значения биомассы нереиса за указанный период составляют 2.9 г/м2. Еще выше - 6,3 г/м2 , биомасса N. diversicolor в вершинной мелководной части б. Омега Дно в этом районе покрыто зарослью морских трав, а содержание битумоида значительно ниже, чем в перечисленных выше районах. Плотное поселение нереис образует на глубинах 0-1,5 м в кутовой части б. Стрелецкая (содержание хлороформенного битумоида в грунте 0,3-1,5 г/ЮОг).

В июне 1990 г. в вершине б. Стрелецкая по трем поперечным! разрезам было сделано 8 станций. Общая площадь исследованного района составляет около 10 тыс. м2 в районе станций 1-5 (участок 1) и около 4 тыс. м2 - станций 6-8 (участок 2).

' Общая биомасса макрозообентоса в исследованной части бухты изменялась в пределах 15,56-128,48 г/м2, более высокие значения биомассы отмечались ближе к центральной части бухты. Численность макробентосных животных существенно различалась по станциям - 750-5019 эка/м2. Высокие значения численности определялись большим количеством моллюсков Hydrobta acuta и поли-хет N. diversicolor и С. capitata. Эти виды, а также Cerastoderma glaucum отмечены всех станциях. Количество видов макрозообентоса при продвижении к Еершине бухты снижается. В районе ст. 1-5 на илу с зарослями аостеры и рдеста основной комплекс видов Cerastoderma-Abra-Nereis-Hydrobla, который составлял 98% биомассы и 00,4% численности бентоса. На станциях, расположенных ближе к центральной части бухты (участок 2),

где в донных осадках увеличивается доля песчаных фракций, абр:) не встречена, хотя значетельно возрастала биомасса других мол люсков - Nana donovant, Mytllaster lineatus, Polititapes sp. Chamelea gallina. Количественные показатели популяции нереиеа возрастают при продвижении к вершине бухты, максимальные значения численности и биомассы - соответственно 2901 экз/м2 и 16,48 г/м2. Средний вес нереисов 2,3-12,7 мг на ст. 1-5 и 1,1-1,7 мг на ст. 6-8.

С использованием показателя функционального обилия С Мальцев, 1990] показано, что в мелководной части (участок 1) поток энергии черев популяцию нереиеа составляет в среднем 21Z общего потока через сообщество (на отдельных станциях до 43£). На ст. 6-8 эти вначения на порядок ниже - в среднем 2,4%.

Оценку роли нереиеа в утилизации органического вещества проводили по расчету количества ассимилируемой энергии по суше продукции и трат на обмен. Величину продукции рассчитывали по удельной суточной продукции 0,03 для летнего периода С Заика,1972; Крылова,1980] и средних значений биомассы нереиеа для различных участков бухты. Полученные величины составили 0,236 и 0,020 г/м^ут. в сыром весе для участка 1 и 2 соответственно, что с учетом среднего содержания воды в теле нереисов [Oglesby, 1978], в сухом весе 0,044 и 0,004 г/м^ут. Калорийность сухих тканей нереиеа 5,04-б,05кал/мг ГИвлева,1972; Карзинкин,Махмудов,1968], следовательно, траты на рост популяции N. diversicolor составят 222,2 и 20,2 кал/м^сут на участ-icax 1 и 2 соответственно.

Интенсивность трат на обмен оценивали ДЕумя способами : 1) по коэффициенту Kg СИвлева,1972;Крылова,1980] и рассчитанной величине продукции; 2) по количеству потребляемого кислорода з зависимости от веса нереисов С Иванова.1969]. По 1 способу интенсивность трат на обмен составила 0,035 и 0,003 г/м^асут. сухого веаэства для участков бухты 1 и 2 или 189,3 к 17,2 кал/к^асут. соответственно. Потребление кислорода 1 экз. Н. diversicolor в этих районах оценено в 0,586 и 0,184 мкл/час., а траты на обмен с учетом оксикалорийного коэффициента и средней численности - 95,8 и 10,0 кал/м^ут. Приняв, что 1 мл кислорода идет на окисление 1 мг сухого органического вещества, получим величину энергетического обмена

популяции нереиса 0,020 и 0,002 гЛ^лсут. сухого вещества на участках 1 и 2 бухты. Средние по двум способам расчета значения энергетического обмена на разных участках бухты 27,5 и 2,5 мг/к&зут. Таким образом, интенсивность ассимиляции в летний период ва сутки для нереисов на участках 1 и 2 составляет 71,5 и 6,7 г/м2, или с учетом площадей районов 715 г и 26 г сух. вещества (6140 и 220 ккал соответственно).

Суточное потребление грунта нереисами составляет 300 Z от сырого веса тела и 570 % от сухого [Яблонская,19521. Средняя концентрация углеводородов в грунте 7,5 мг/г. В течение суток нереисами потребляется 20,9-135,5 мг/м2 углеводородов на ст. 1-5 и 2,4-11,03 мг/м2 на ст. 6-8. Как было показано в гл. 4. в фекалиях выделяется углеводородов значительно меньше, чем попадает в организм с грунтом (в среднем в 3 раза, если не учитывать наиболее высокие эначения, которые могут быть обусловлены условиями эксперимента). Таким образом, величина трансформации углеводородов по всему району (14 тью. м2 ) составит около 450 г/сут., что равноценно переработке 900 м3 сточных вод с концентрацией нефтепродуктов в 10 раз превышающей гщк.

Фильтрационная активность полихет может играть важную роль в поддержании качества воды в водной системе tDavies et al.,1989]. Численность сестонофагов на участках 1 и 2 кутовой части б. Стрелецкая существенно различается. Для приближенной оценки биофильтра моллюсков приняли их фильтрующую способность равной для мидий соответствующих размеров С Миронов,1948]. Результаты рассчетов показали снижение биофильтра моллюсков более чем е 2 раэа на участке 1 по сравнению с участком 2 (0,81 и 1,89 к^/сут. м2). С другой стороны, здесь лаз значительно выше численность нереиса. Величина фильтрующей активности нереиса, рассчитанная с использованием различных подходов CRlisgard, 19913 составила 0,97 i^/сут. ir на участке 1 и 0,21 tfi/сут. м2 на участке 2. Т.о., разница суммарного биофильтра (с учетом и моллюсков-сестонофагов и нереиса) на участках 1 и 2 составляет 10-20%. Следовательно, фильтрационная активность популяции М. diversicolor может' в значительной степени компенсировать уменьшение биофильтра при изменении численности моллюсков.

- 21 -ВЫВОДЫ.

1. Присутствующие в природных условиях уровни загрязнения грунтов (до 2 г/100 г) и характер загрязнения (преимущественно тяжелыми нефтяными фракциями) не оказывают существенного влияния на поведение Я. diversicolor.

2. Не отмечено существенного накопления углеводородов (в том числе ароматических соединений) в тканях нереисов в естественных условиях загрязненных грунтов и э1«:периментах с добавлением сырой нефти.

3. В фекалиях нереисов при обитании в загрязненном нефтепродуктами грунте увеличивается содержание углеводородов в составе липидко-углеводородной фракции до 65-70%. Однако, количество углеводородов э фекалиях нереисов в 2-14 раз меньиз, чем потребляется с грунтом.

4. При прохождении по кишечному тракту нереисов углеводородов происходит их трансформация, на что указывают сдвиг в коротковолновую область максимума флуоресценции экстрактов фекалий относительно максимума флуоресценции соответствующего грунта, а также различия характеристик Ж-спектров антрактов фекалий и грунта.

5. В присутствии нереисов уменьшатся содеркание хлоро-Фор'дюго битушида з загрязненных донных осадках. В составе битумоидов грунта снижается количество кислородсодер.гаслх и ароматичеасих соединений.

6. В условиях деятельности фильтраторов, приводящей к осаэдеиию значительного количества продуктов выведения, перепсы способны сникать интенсивность потопления органических соедтгений, в том числе углеводородов, в грунте.

7. Поток энергии через популяцию нерепса составляет от 2 до 40% общего потека через бентосное сообщество в различных yiacT/iax исследованного района С учетом полученных экспериментальных данных, на всей исследованной площади (14 тыо. iг) с участием нереисов трансформируется о!?оло 450 г углеводородов в течение суток. йш>трациошш активность нереисов шгзт в значительной степени сосполнять сштанне б:.и£лльтра сестоно-фагов.

8. N.diversicolor является перспективным при разработка

мероприятий, направленных на повышение самоочищашрй способности морской среды, и может быть использован в качестве одного иа звеньев в системах гидробиологической очистки морских вод.

'Список работ по теме диссертации.

1. Химический состав фекалий Nereis dtverslcolor 0. F. Maller, обитающих в грунтах различной степени нефтяного загрязнения / "Проблемы современной биологии. Труды 18 конф. молодых ученых биол. ф-та МГУ, Мэсква, 20-24 апр. 1987, ч. 1, С.Б1-63".- Ii: МГУ, 1987 (Деп. ВИНИТИ 14.09.87 Н 6652-В87)

2. Некоторые вопросы взаимодействия нереид с нефтяным загрязнением / Tea. докл. 3 научно-технической конференции молодых ученых Крьша.- Севастополь, 1987, с. 67.

3. Участие нереисов в преобразовании нефтяных смол в морских донных осадках // Гидробиол. журн. - 1990. - 26, N 2. -С.60-64. (в соавторстве с Георга-йопулос ДА.)

4. Царские полихеты как одно ив возможных звеньев в системах гидробиологической очистки морских нефгесодержаших вод // Химия и технология воды 1990,- 12, N 12.-С. 1118-1121.

б. Многощетинковый червь нереис: физиология, биология,

экология и Еэаимодействиэ с антропогенным загрязнением.- Киев.

"Наумова думка".- 162 маш. стр. (в печати). • i

ЛЯГ „ JO^JfrbCK.'^rjO Т SU. Т. IOC.