Оценка токсичности вод и донных отложений антропогенно загрязненных экосистем методом биотестирования (на примере бассейна нижнего дона)
Скачать 406.37 Kb.
|
На правах рукописи ИГНАТОВА НАДЕЖДА АНАТОЛЬЕВНА ОЦЕНКА ТОКСИЧНОСТИ ВОД И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ АНТРОПОГЕННО ЗАГРЯЗНЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ МЕТОДОМ БИОТЕСТИРОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ БАССЕЙНА НИЖНЕГО ДОНА) 03.00.16 – экология А В Т О Р Е Ф Е Р А Т диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук Ростов-на-Дону - 2009Работа выполнена в ГУ «Гидрохимический институт» Росгидромета (ГУ ГХИ) Научный руководитель: член-корреспондент РАН, профессор Никаноров Анатолий Максимович Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Абросимова Нина Акоповна кандидат биологических наук, доцент Зинчук Ольга Анатольевна Ведущая организация: Кубанский государственный университет, г. Краснодар Защита диссертации состоится 24 декабря 2009 г. в 17.00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ЮФУ, зал заседаний ЮФУ, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)2638723). С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148) и на сайте Южного федерального университета по адресу: www.sfedu.ru Автореферат разослан «19» ноября 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук Денисова Т.В. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность исследования. Поверхностные воды (пресноводные водоемы и водотоки) являются наиболее важными для жизнедеятельности человека. Исследование вод и донных отложений экосистем водных объектов важно с точки зрения изучения их токсического действия, так как известна общая тенденция последнего времени – активное распределение токсикантов в водной среде и аккумуляция их в донных отложениях. Токсичность – характеристика биологическая, и может быть определена только с использованием живых организмов, поскольку получаемые аналитическими методами концентрации отдельных загрязняющих веществ не позволяют оценить их экологическое влияние на биоту. В мировой практике методу биотестирования (из числа биологических методов) все больше отводится роль скрининга загрязнения, результатом которого является сигнальная информация о местах и степени токсичности водного объекта. Использование водных ресурсов бассейна Нижнего Дона многопланово: водоснабжение, ирригация, гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, рекреационное обслуживание. В связи с этим водная экосистема Нижнего Дона испытывает все возрастающее антропогенное воздействие, одним из негативных последствий которого является токсическое действие на гидробиоту. Это делает необходимым и актуальным изучение водных экосистем бассейна Нижнего Дона в выбранном ключе. Работа включала теоретические проработки и натурные исследования. Цель и задачи исследования. Цель работы – оценить методом биотестирования с помощью тест-объектов различных трофических групп и систематической принадлежности токсичность вод и донных отложений антропогенно загрязненных экосистем бассейна Нижнего Дона. В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:
Основные защищаемые положения:
Научная новизна работы. Получены новые данные о токсичности вод и донных отложений экосистем бассейна Нижнего Дона методом биотестирования. Впервые по многолетним данным биотестирования: - показана динамика пространственно-временной токсичности вод экосистемы реки Дон в пределах мегаполиса; - выявлено ускоренное появление токсичности вод и донных отложений экосистемы водоема, испытывающего рекреационную нагрузку (озеро Голубое); - установлено снижение токсичности экосистем рек Грушевка, Темерник после мероприятий по очистке рек; - по комплексу данных о токсичности вод и донных отложений охарактеризовано состояние водных экосистем озеро Голубое, отдельных створов Цимлянского водохранилища. Составлен список гидробионтов (реальных и потенциальных тест-объектов для биотестирования) с указанием их экологических особенностей. Разработан определитель для определения структуры популяции коловратки Brachionus calyciflorus. Практическая значимость. По материалам проведенных исследований разработаны методики биотестирования по оценке токсичности вод и донных отложений экосистем, утвержденные Росгидрометом. Сетевые подразделения Росгидромета обеспечены руководящими документами Р 52.24.662-2004, РД 52.24.669-2005, Р 52.24.690-2006. Рекомендации могут быть использованы специалистами по мониторингу, контролю и охране окружающей среды и водных ресурсов. Материалы данной работы используются в учебном процессе ЮФУ при чтении курсов лекций, прохождении студентами производственной практики, написании курсовых и дипломных работ экологической специализации. Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на отчетных сессиях ГХИ, международных, всероссийских конференциях: «250-летию МГУ им. М.В. Ломоносова» (Москва, 2002), «Промышленная экология» (Ростов-на-Дону, 2003), «Комплексные исследования биологических ресурсов южных морей и рек» (Астрахань, 2004), «10 лет сотрудничества России и Беларуси в области гидрометеорологии и мониторинга загрязнения природной среды и перспективы дальнейшего развития» (Москва, 2006), «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Лиманчик, 2006, 2007, 2008), «Современные проблемы альгологии» (Ростов-на-Дону, 2008), «Современные фундаментальные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод России» (Азов, 2009), «Техносферная безопасность, надежность, качество, ресурсосбережение» (Ростов-на-Дону-Шепси, 2005), «Антропогенное влияние на водные организмы и экосистемы» (Борок, 2008), Конференции «Экология. Экономика. Информатика» (Дюрсо, 2008, 2009), 9 Гидробиологический съезд (Тольятти, 2006). Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 научных работ, объемом 9,2 п.л., из них 1 статья в издании, рекомендованном ВАК, три руководящих документа, утвержденных Росгидрометом. Доля участия автора в публикациях составляет 46% (4,2 п.л.). Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 161страницах печатного текста. Состоит из введения, шести глав, выводов, списка использованной литературы, включающей 128 источника отечественных и 19 зарубежных авторов. Содержит 47 таблиц и 30 рисунков. Исследования выполнены в рамках ЦНТП Гидрохимического института «Научные исследования и разработки в области гидрометеорологии и мониторинга окружающей среды» и Южного отдела Института водных проблем РАН «Исследования внутриводоемных процессов в пресноводных экосистемах Юга России и оценка их влияния на качество вод». Личный вклад автора в работу заключается в непосредственном выполнении экспериментальных исследований с тремя тест-объектами (представителями беспозвоночных) по всем разделам диссертационной работы, проведении анализа и обобщения результатов работы, сбор, систематизация и анализ литературных и экспериментальных данных. Автор выражает благодарность сотрудникам и коллегам лаборатории экспериментальной гидрохимии Гидрохимического института и Южного отдела института водных проблем РАН за помощь в экспедиционных работах, ценные советы и важные замечания в ходе выполнения работы. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНКЕ ТОКСИЧНОСТИ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ БИОЛОГИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ В главе проанализированы современные биологические методы оценки качества вод. Указаны отличия методов биоиндикации и биотестирования. Выявлена специфика биотестирования поверхностных вод. Очерчены проблемы использования метода биотестирования в мониторинге токсичности поверхностных вод. Глава 2. МЕТОД БИОТЕСТИРОВАНИЯ В ОЦЕНКЕ ТОКСИЧНОСТИ ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ В главе проанализирован современный биологический метод оценки токсичности донных отложений на основе биотестирования. Приведена характеристика донных отложений водных экосистем, показана природа токсичности донных отложений. Выявлены особенности и основные принципы биотестирования донных отложений. Приведены разработанные шкалы для оценки состояния экосистемы водного объекта или его участка по данным биотестирования вод и донных отложений, проведенных одновременно. Глава 3. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1. Методики и объем исследований Материалом для работы послужили исследования, проведенные в 2003-2008 годы на базе ГУ ГХИ. В качестве объектов токсикологических исследований были выбраны следующие объекты Нижнего Дона: 1) экосистемы водотоков: участок р. Дон в пределах мегаполиса (г. Аксай, Ворошиловский мост, впадение р. Темерник, Кумжинская роща); река Дон (11 створов наблюдения Северо-Кавказским УГМС в районе городов и населенных пунктов г. Ростов-на-Дону, г. Азов, п. Колузаево); река Темерник (3 пункта наблюдений: Ростовское море, район железнодорожного моста, устье); река Грушевка (3 пункта в пределах г. Шахты); 2) экосистемы водоемов: озеро Голубое, расположенное в рекреационной зоне левобережья р. Дон; отдельные створы Цимлянского водохранилища (створы 19, 20, 23, 24, 69 наблюдений УГМС). Для выполнения работы были использованы материалы собственных исследований по биотестированию поверхностных вод и ДО экосистем (2003-2007 г.г.). Для анализа привлечены материалы по токсичности, полученные ранее сотрудниками ГУ ГХИ; материалы по фитопланктону – инженера ЮО ИВП РАН Черниковой Г.Г. и данные «Экологических вестников Ростовской области», химического загрязнения – по «Ежегодникам» Росгидромета. Пробы на токсичность отбирали одновременно с отбором проб на гидробиологический анализ. Исследования выполняли с использованием методик биотестирования, установленных документами, действующими в системе мониторинга Росгидромета, в том числе рекомендациями по оценке токсического состояния водных объектов [Р 52.24.565-94; Р 52.24.662-2004; Р 52.24.669-2005], разработанными ГУ ГХИ с учетом требований международных и европейских стандартов. Для оценки токсичности вод, донных отложений (необработанных «нативных» и их водных вытяжек) использовали пять тест-объектов различных трофических уровней и систематических групп: общепринятый ветвистоусый рачок Daphnia magna, коловратку Brachionus calyciflorus, ресничные инфузории Paramecium caudatum, зеленые микроводоросли Scenedesmus obliquus, личинки комаров Chironomus plumosus. Важным при работе с коловратками является определение в популяции самок и яиц различной категории. Использовали составленный нами определитель структуры популяции коловратки Brachionus calyciflorus. В лаборатории ГУ ГХИ поддерживали маточные культуры всех используемых в качестве тест-объектов гидробионтов, хирономид брали из природных водоемов. Оценка токсичности является экспертной, ее характеризуют словесно. Степень токсичности оценивали по наличию острого, подострого или хронического токсического действия (ОТД, П/ОТД, ХТД соответственно) исследуемых проб воды и донных отложений на тест-объекты. Экспериментальные исследования включали острый опыт с экспозицией 96 часов для дафний и хирономид, 72 часа – для инфузорий и коловраток. В случае отсутствия ОТД проводили анализ на выявление ХТД по показателям плодовитости дафний и коловраток, прироста численности микроводорослей. Эксперименты проводили в сосудах различной вместимости в зависимости от используемого тест-объекта (от 0,5 мл для парамеций и коловраток до 1 л для дафний). При исследовании токсичности необработанных донных отложений их освобождали от инородных включений, помещали в плоские сосуды и доливали отстоянной водопроводной водой до уровня 1-2 см выше слоя отложений. Водную вытяжку готовили в объемном соотношении 1:4 с дехлорированной водопроводной водой с последующим экстрагированием на шейкере в течение часа. Для анализа брали отстоянную в течение получаса надосадочную жидкость. В качестве тест-показателей использовали гибель (или выживаемость) всех тест-объектов, плодовитость коловраток и дафний, поведенческие реакции хирономид, прирост численности микроводорослей. В качестве контроля использовали две серии: дехлорированную водопроводную воду и воду из условно «чистого» участка. Все эксперименты проведены в трехкратной повторности. Критерием токсичности пробы являются отличия в показателях токсичности на 25 % и более, от контроля. При оценке уровня токсического статуса р. Темерник использовали шкалу Л.П.Брагинского (1985) для сточных вод с очень высокой степенью токсичности. Направления и объем исследований представлены в таблице 1. Таблица 1. - Направления и объем работ
Приведена эколого-биологическая характеристика используемых тест-объектов. 3.2. Физико-географическая характеристика бассейна Нижнего Дона В разделе описаны географические условия, особенности климата, почв бассейна Нижнего Дона. 3.3. Антропогенное воздействие и источники загрязнения бассейна Нижнего Дона Рассмотрены виды и источники антропогенного воздействия на экосистему бассейна Нижнего Дона. Охарактеризовано состояние водных объектов по данным наблюдений ГСН Росгидромета. Данные о токсичности вод и донных отложений экосистемы бассейна Нижнего Дона, полученные методом биотестирования, крайне малочисленны. Сведений о систематических наблюдениях в доступной литературе не обнаружено. Имеется информация по результатам отдельных наблюдений научно-исследовательских институтов. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Геохимия подземных вод бассейна среднего и нижнего течения р. Катунь Правила подготовки к печати оригиналов, предназначенных для изданий пияф в форме препринтов, сообщений и авторефератов |  | Естественные радионуклиды в донных отложениях р. Обь (лесная и лесостепная зоны) Алтай. Остальная часть бассейна представляет собой плоскую, в центральной части сильно заболоченную равнину. Верхняя часть бассейна... |
| Дмитрия Александровича Субетто № п/п Название научного труда Печатный или руко Литологические особенности донных отложений Ладожско-го озера по результа-там исследований длинных колонок | | Аллелопатические свойства растительных доминант в оптимизированных... |
| Тематический план п/№ Тема Недели семестра Основные физико-химические процессы взаимодействия загрязненных стоков, подземных вод и пород | | Диагностика минерального питания кукурузы на черноземе обыкновенном карбонатном нижнего дона Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии биолого-почвенного факультета Ростовского государственного университета |
| Темы рефератов Хирургическое лечение фибрилляции предсердий у пациентов... Оценка биосовместимости сосудистых протезов, изготовленных методом электроспининга | | Генетические типы и фации четвертичных отложений Учебно-методическое пособие для практических занятий по курсу «Геология четвертичных отложений» |
| Анализ запасов подземных вод освещает проблемные аспекты В исследованиях определяли также степень воздействия на каждый ресурс и необходимый объем подпитки для восстановления и поддержания... | | Интенсификация растворения кольматирующих отложений водозаборных скважин Поэтому для повышения качества и сокращения времени обработки актуальной является задача интенсификации растворения отложений |
| Оценка и типизация продуктивных коллекторов башкирских отложений... Специальность 25. 00. 10 Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых | | Актуальные проблемы нефтегазовой геологии ... |
| Дипломный проект на тему: «Разработка системы сервиса при зачистке... Целью дипломного проекта является разработка проекта системы сервиса при зачистке стальных вертикальных резервуаров для хранения... | | Методические рекомендации: Оборудование для бассейна «Проведение занятий с детьми по водному поло в условиях пляжа, бассейна. Техника безопасности на воде» |
| Экологические аспекты применения биоудобрений на черноземе обыкновенном... Защита состоится 14 ноября 2007 г в 1430 на заседании диссертационного совета д 212. 208. 16 по биологическим наукам при Южном Федеральном... | | Отчет по Дополнительному соглашению №2 к Государственному контракту... «Разработка проекта скиово бассейна реки Нарва и рек бассейна Псковско-Чудского озера» (С-10-01) |
