Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,813

МАКРО И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ОЛИГОХЕТАХ НИЖНЕГО ИРТЫША

Чемагин А.А. 1
1 ФГБУН «Тобольская комплексная научная станция» Уральского отделения РАН
Исследовали наличие и концентрацию макро- и микроэлементов, включая тяжелые металлы, в представителях макрозообентоса Нижнего Иртыша. Исследования проводились в пределах Тобольского и Уватского районов Тюменской области. Объектами исследования являются одни из наиболее резистентных представителей донной биоты к антропогенному загрязнению – олигохеты Limnodrilus hoffmeisteri Claparède, Tubifex tubifex O.F. Müller. Методика химического анализа работы основана на атомно-эмиссионном методе с индуктивно-связанной плазмой. Определяли концентрацию элементов, их биотическую аккумуляцию, корреляционную связь химического состава организмов и донных отложений. Установлено, что в тканях исследуемых видов макрозообентоса присутствуют ионы тяжелых металлов: свинца и меди. Также в результате выполненной работы определили, что олигохеты являются макроконцентраторами для Cu и Na, деконцентраторами для K, Mg, Al и Pb. Методом корреляционного анализа установлена высоко значимая прямая зависимость химического состава олигохет и донных отложений (ранговая корреляция Спирмена 0,96 (p<0,05)).
донные отложения
олигохеты
макрозообентос
тяжелые металлы
Иртыш
1. Винокуров Ю.И. Гидрологические водохозяйственные проблемы Обь-Иртышcкого бассейна / Ю.И. Винокуров, Г.В. Белоненко, В.П. Галахов, А.Т. Зиновьев // Водные проблемы крупных речных бассейнов и пути их решения : сб. научных трудов Всероссийской конференции. – Барнаул, 2009. - С. 43-59.
2. Ильин Ф.Е. Экологический мониторинг питьевой и поверхностных вод Иртыша и Тобола в районе Тобольска / Ф.Е. Ильин, Ю.А. Даринский // Известия Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена. - 2005. - № 13, том 5. - С. 281-290.
3. Никаноров А.Н. Биомониторинг тяжелых металлов в пресноводных экосистемах / А.Н. Никаноров, А.В. Жулидов, А.Д. Покаржевский. - Л. : Гидрометеоиздат, 1985. - 144 с.
4. Экологическое состояние, использование природных данных ресурсов, охрана окружающей среды Тюменской области : обзор. – Тюмень : Департамент недропользования и экологии Тюменской области, 2006. – 145 с.
5. Попченко В.И. Использование донных сообществ в биомониторинге пресных вод // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 1999. - № 2. - С. 212-217.
6. Попченко В.И. Устойчивость малощетинковых червей к химическим загрязнениям / В.И. Попченко, Т.В. Попченко // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 1999. - № 2. - С. 201-203.
7. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений / ред. В.А. Абакумов. - Л. : Гидрометеоиздат, 1983. - 240 с.
8. Чекановская О.В. Водные малощетинковые черви фауны СССР. — М.; Л. : АН СССР, 1962. - 411 с.
9. Экология рыб Обь-Иртышского бассейна. - М. : КМК, 2006. – 596 c.
10. Barry G.D. Proc. Roy. Soc. / G.D. Barry, H.A.O. Hill, P.I. Sadler, R.S.P. Williams. – London, 1973. - P. 493-504.

Река Иртыш это самый длинный приток в мире. Площадь водосбора Иртыша 1 643 000 км2 и охватывает 5 субъектов РФ, республику Казахстан и КНР. Сток Иртыша формируется на территории 4 государств: Китая, Монголии, Казахстана, России [1].

В таких крупных реках, как Иртыш, скорость течения может достигать более 1 м/с, из-за этого здесь не формируется значительных скоплений зоопланктона в русле реки, а основными кормовыми объектами для мирных рыб служат водные беспозвоночные, ведущие малоподвижный образ жизни - перифитон, бентос. Кормовыми объектами для взрослых особей и молоди сибирского осетра в районе нижнего Иртыша служат личинки хирономид, ручейников, поденок, веснянок, а также моллюски, икра и молодь окуня, плотвы, ерша. Основу питания взрослых особей составляют бентосные личинки хирономид, а также двустворчатые моллюски родов Sphaerium и Pisidium. Ведущее место в питании стерляди принадлежит личинкам хирономид и моллюскам. Стерлядь активно потребляет олигохет, а также личинок мокрецов, ручейников, поденок, веснянок, а ее молодь в первые месяцы после покатной миграции с нерестилищ больше всего потребляет личинок хирономид и ручейников [9].

На современном этапе Обь-Иртышского бассейна, в сравнении с данными 1950-х гг., из спектра питания осетра и стерляди начали исчезать личинки поденок и ручейников, возрастает хирономид и олигохет. Подобное явление, вероятно, связано со снижением численности поденок и ручейников, что вызвано антропогенным загрязнением водоемов, к которому устойчивы личинки некоторых видов хирономид и олигохеты [9].

Молодь нельмы также активно питается зообентосом. Спектр ее питания включает хирономид, ручейников, поденок. Взрослые особи леща являются типичными бентофагами. В спектр их питания входят моллюски, личинки хирономид и поденок, но иногда лещ хищничает. Молодь леща нагуливается в прибрежной зоне и пойменно-соровой системе рек, питаясь при этом зоопланктоном. Один из самых массовых видов рыб семейства карповых плотва - типичный эврифаг, который обладает высокой пищевой пластичностью, поскольку потребляет все доступные виды водных гидробионтов, включая растительность. Подобно плотве, эврифагом является и язь, наиболее активно питаясь в устьевых участках рек.

Хозяйственная деятельность в бассейне Иртыша является мощным фактором преобразования его экосистемы. Результаты мониторинга р. Иртыш от границы с Казахстаном до устья в 2003 г. показали, что на всем протяжении содержание загрязняющих веществ превышает ПДК: Fe – в 1,5-10 раз, Mn – в 7-22 раза, Cu – в 4,8-35 раз, Zn – в 1,5-20 раз, НП – в 1,2-8,5 раза, фенолы – в 2,2-3,8 раза. В створе с. Татарка - граница с Казахстаном: НП – 6 ПДК, Fe и Cu – 4 ПДК, Zu – 2 ПДК, Mn – 16 ПДК.

Основными загрязняющими веществами Нижнего Иртыша являются фенолы, нефтепродукты, аммонийный и нитритный азот, в меньшей степени пестициды, ионы Al и тяжелых металлов - Fe, Mn, Cu, Zn, Cr и др. В районе г. Тобольска содержание ЗВ колеблется в следующих пределах: нефтепродукты - 7-74 ПДК, фенолы - 2-7 ПДК, ионы железа - 9-19 ПДК, меди - 2-34 ПДК, цинка - 2-7 ПДК, марганца - 3-24 ПДК, азот нитритный – 2-6 ПДК Повышенное содержание в воде железа, марганца, меди, частично фенола имеет как природный, так и техногенный характер [2; 4].

Материал и методика

Исследования реки Иртыш в нижнем течении проводились в период открытой воды 2012-2015 гг. (рис. 1).

Рис. 1. Карта-схема района исследований (масштаб 1:500000)

(1 - станции отбора проб бентоса, донных отложений; 2 - границы муниципальных районов; 3 - границы г.Тобольска; 4 - направление течения реки; 5 - населенные пункты)

Исследования проводились на участке р. Иртыш (179 км) в пределах Тобольского и Уватского районов Тюменской области (699-520 км), в русле реки, в том числе и в районе Горнослинкинской русловой ямы. На этом участке р. Иртыш имеет ширину русла более 500 м, среднюю глубину 7-10 м. Горнослинкинская русловая яма расположена в координатах: N 58° 44’; Е 68° 41’. Акватория этого уникального водного объекта в период паводка превышает 100 га, а глубина достигает 50 м.

Ниже представлена характеристика створов отбора проб (таблица).

Характеристика створов отбора проб по руслу р. Иртыш

№ створа, разрез

Район

Расстояние от устья, км

Характер грунтов

левый берег

стрежень

правый берег

1, выше п. Абалак

Тобольский

699

глинистый

песчаный

песчаный

2, выше г.Тобольск (п. Бизино)

Тобольский

672

илисто-песчаный

песчано-илистый

песчано-илистый

3, ниже г. Тобольска (район Речного порта)

Тобольский

652

илистый

песчано-илистый

песчано-илистый

4, район п. Медведчикова

Тобольский

624

илистый

песчано-илистый

илисто-песчаный

5, ниже п. Бронниково

Тобольский

608

илисто-песчаный

песчано-илистый

песчано-илистый

6, выше научно-исследовательского стационара «Миссия»

Уватский

531

песчаный

песчано-илистый

глинисто-песчаный

7, ниже п. Горнослинкино

Уватский

520

илисто-песчаный

песчано-илистый

илисто-песчаный

Отбор проб донных отложений (ДО) производили стандартными методами. Для отбора проб ДО использовали дночерпатель Петерсена с площадью захвата 0,025 м2. Для определения содержания ионов металлов в организмах макрозообентоса использовали атомно-эмиссионный метод с индуктивно-связанной плазмой на спектрометре Optima 7000 DV. Предварительно перед определением выполняли пробоподготовку: для организмов бентофауны брали навеску 4 г высушенных и измельченных проб - не менее 50 мг.

На каждом створе (разрезе) пробы отбирались у левого, правого берега и на стрежне реки. По 2 выемки с каждой точки разреза при помощи обычного и утяжеленного дночерпателя Петерсена с площадью захвата 0,025 м2 . Грунт промывали через газ-сито № 23, организмы макрозообентоса извлекались и фиксировались 70%-ным этиловым спиртом.

Фиксация и взвешивание производились согласно общепринятой методике [7].

Качественный состав олигохет определяли с помощью методических пособий [8]. Дополнительно для макро- и микроэлементов был рассчитан коэффициент накопления (КБАдо) веществ в гидробионтах [3; 7], равный концентрации веществ в гидробионтах (Сгидробионт) по отношению к концентрации тех же веществ в донных отложениях (Сдо):

КБАдо = Сгидробионт / Сдо.

По классификации авторов [3] животные, у которых КБАдо>2, являются макроконцентраторами, КБАдо=1-2 микроконцентраторами, КБАдо<1 - деконцентраторами.

Результаты и их обсуждение. Из олигохет в составе макрозообентоса нами были определены 2 вида из 2 родов: Limnodrilus hoffmeisteri Claparède, Tubifex tubifex O.F. Müller.

Индивидуальная потребность гидробионтов в металлах невелика, и поступление избыточного их количества приводит к острой интоксикации, в частности к тяжелым нарушениям метаболизма, патологии органов и тканей.

К ионам тяжелых металлов неустойчивы олигохеты, выдерживающие высокое содержание в воде органических загрязнителей. Имеются данные, что тубифициды могут обитать в донных грунтах водоемов при значительных концентрациях меди, ртути, свинца и активно аккумулируют вещества и элементы, содержащиеся в донных отложениях водоема [5; 6].

Представители исследуемой группы содержали K, Na, Ca, Mg, Fe и Al, поскольку эти элементы участвуют в построении тел (внутренних и наружных скелетов), мышечной и нервной ткани, ферментов, в том числе - K, Na, Ca – АТФ, основные неорганические компоненты плазмы крови и гемолимфы, пигментов. Содержание K в среднем на порядок меньше, чем Ca (рис. 2).

Известно, что Zn, Cu, Fe, Mo - важнейшие эссенциальные металлы, входящие в состав большого числа ферментов, катализирующих многие окислительно-восстановительные биохимические реакции, в том числе антиоксидантной системы. Физиологическая роль цинка связана с более чем 300 белками, в том числе ферментами и гормонами, играющими важнейшую роль в питании, развитии и росте организмов. По важности для живых организмов Zn стоит на втором месте после Fe [10].

А

Б

Рис. 2. Среднее содержание макро- и микроэлементов: А - К, Ca, Mg, Al; Б - Na, Cu, Pb; 1 - в донных отложениях, мг/кг; 2 – в олигохетах, мг/кг

Также в организмах олигохет обнаруживалась и Cu, столь же необходимая для них. Средняя концентрация Cu – 26,64 мг/кг.

Известно, что Pb является канцерогеном и тератогеном, его соединения очень токсичны. Они оказывают значительное влияние на картину крови и нервную систему, в результате может наступать падение уровня гемоглобина (анемия) и дисфункция нервной системы, вызывающая нарушение работы органов и тканей. Концентрация этого токсиканта в организмах олигохет - до 19,7 мг/кг.

Интересна закономерность того, что олигохеты, как правило, обитая в толще грунта и «прогоняя» его через свое тело, не показывают значительного накопления тяжелых металлов (рис. 2, 3), при этом олигохеты являются достаточно устойчивыми организмами к нефтяному загрязнению.

Рис. 3. Коэффициент биотической аккумуляции для олигохет нижнего Иртыша (2013 г.)

Установлена прямая коррелятивная связь между химическим составом донных отложений и химическим составом организмов макрозообентоса рассматриваемых показателей, ранговая корреляция Спирмена составила 0,96, (p<0,05).

Таким образом, в соответствии с классификацией А.М. Никанорова и др. [3] олигохеты Limnodrilus hoffmeisteri, Tubifex tubifex являются макроконцентраторами (КБАДО>2) для Cu и Na, деконцентраторами (КБАДО<1) для K, Mg, Al и Pb (рис. 3).


Библиографическая ссылка

Чемагин А.А. МАКРО И МИКРОЭЛЕМЕНТЫ В ОЛИГОХЕТАХ НИЖНЕГО ИРТЫША // Современные проблемы науки и образования. – 2016. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=25370 (дата обращения: 28.02.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074