Публикация доступна для обсуждения в рамках функционирования постоянно действующей
интернет-конференции “Химические основы рационального использования возобновляемых природных ресурсов”. http:///natural_resources/
Поступила в редакцию 15 февраля 2014 г. УДК 574.5.
Мшанки Plumatella fungosa (bryozoa) в составе гидробиоценоза мобильного биоплато как аккумуляторы загрязняющих веществ
© *+ и
Кафедра «Водные биоресурсы и аквакультура». Казанский государственный энергетический университет. Ул. Красносельская, 51. г. Казань, 420066. Республика Татарстан. Россия.
Тел.: (843) 519-43-53. Е-mail: *****@***ru
_______________________________________________
*Ведущий направление; +Поддерживающий переписку
Ключевые слова: загрязнение окружающей среды, тяжелые металлы, гидробионты, рентгенофлуоресцентный анализ, концентрации загрязняющих веществ, мобильное биоплато.
Аннотация
Изучены особенности накопления загрязняющих веществ в гидробионтах в составе биоценоза мобильного биоплато, функционировавшего в озере Средний Кабан г. Казани. Показан вклад в выведение тяжелых металлов разными гидробионтами. Выделена роль клубчатых мшанок, способных дополнительно повысить эффективность функционирования биоплато.
Введение
В 2013 г. в работах по мониторингу состояния озера Средний Кабан, на котором активно проводились спортивные соревнования Универсиады-2013 использовалось мобильное био-плато, состоящее из 14 секций объемом 1000 м3 [2]. Особенностью озера является то, что оно выступает как водоем-охладитель Казанской ТЭЦ-1, расположено в центральной части города и подвержено существенному антропогенному воздействию. Другой важной особенностью озера является наличие проточности, обусловленной забором и сбросом воды ТЭЦ. Водозабор ТЭЦ составляет около 29245000 м3/год. Объем озера – 7988076 м3. За год воды озера почти три раза проходят через систему охлаждения ТЭЦ. Интенсивное использование водоема: забор вод и сброс теплых вод Казанской ТЭЦ-1, оказывают значительное влияние на гидро-биоценоз.
Экспериментальная часть
Материалом для данной работы послужили пробы гидробионтов, отобранные из секций мобиль-ного биоплато, фунционировавшего с начала июня до конца августа 2013 г. Камеральная обработка проб проводилась по общепринятым методикам [1], исследование мшанок на содержание химических элементов проводилось по пробам, отобранным в конце августа 2013 года. Подготовка материала проводились по ГОСТ 26929 [2]. Исследование содержания тяжелых металлов проводилось рентгено-флуоресцентным методом анализа.
При использовании мобильного биоплато были разработаны компьютерные модели оценки выведения водными растениями загрязняющих веществ при доочистке вод в условиях озер в г. Казань [3, 4].
При оценке эффективности выведения загрязняющих веществ гидробионтами особый интерес представляют экспериментальные натурные исследования комплекса видов гидробионтов, сформиро-вавших временный гидробиоценоз на базе водной растительности, входящей с состав загрузки био-плато.
Результаты и их обсуждение
Среди обнаруженных видов пресноводные мшанки представляют особый интерес, поскольку эти колониальные животные (рис. 1), ведущие прикрепленный образ жизни явля-ются фильтраторами и поселяясь в мобильном биоплато служат дополнительным элементом очистки вод. Особенно важно оценить количественные характеристики накопления загряз-няющих веществ в мшанках для прогнозных оценок по результатам очистки вод методом установки мобильного биоплато.
Рис. 1. Внешний вид клубчатой мшанки |
Обычно субстратом для мшанок служат камни, водные растения, коряги, раковины мол-люсков и другие предметы. Большинство мшанок – сидячие прикрепленные формы. Однако встре-чаются и подвижные мшанки, как, например, встречающаяся в водоемах Республики Татарстан, Cristatella mucedo Guv., колония которой может передвигаться со скоростью нескольких мили-метров в день в виде червеобразного организма на мускулистой подошве.
В мобильном биоплато мшанки поселились на поверхности сетчатого пластикового дна и встречались на моллюсках дрейссена. После веге-тационного сезона функционирования мобиль-ного биоплато средняя плотность клубчатой мшанки составила 37 колоний на 1 м2 дна секции при биомассе 46.38 г/м2. При этом размеры колоний варьировали от 8 мм до 56 мм. Внешний вид колоний – коричневатые корочкоподобные объемные клубки.
При исследовании скорости заселения биоплато и скорости и последовательности обрас-таний искусственных субстратов, размещенных в озере, было отмечено, что первыми в составе макрозооперифитона появились клубчатые мшанки Plumatella fungosa – в начале июня. Они имели наибольшую среднюю биомассу за весь период наблюдений – 1640 г/м2. Из доминант в составе обрастаний [8] выделялись мшанки (Plumatella fungosa), моллюски (D. polymorpha, L. ovata) пиявки (H. octoculata) и олигохеты (S. lacustris). Максимальные индексы плотности были отмечены у мшанок Plumatella fungosa (332.79), у D. polymorpha (174.92) и L. ovata (69.99).
Из трех отмеченных в Республике Татарстан видов мшанок (Cristatella mucedo Guv., Plumatella repens L., Plumatella fungosa L.) в озере Средний Кабан встречаются Plumatella fungosa – клубчатая мшанка, обычный для водоемов региона вид, образующий компактные плотные тела трубчатого строения и ползучая мшанка (Plumatella repens), образующая ветвистые трубки, стелющиеся по субстрату. Гребенчатая мшанка (Cristatella mucedo), напоминающая червя и способная к медленному передвижению в озере не была встречена ни разу.
В последний период мшанки привлекают внимание исследователей и как переносчики болезни лососевых, получившей название «Пролиферативной болезни почек» (Proliferative Kidney Disease, или PKD) [3, 4] (Ferguson, Needham, 1978), впервые описанной в конце 70-х годов в Великобритании. Эта болезнь обнаруживается как у выращиваемых культурных видов лососей: радужной форели, атлантического лосося, так и у рыб из естественных популяций, включая хариуса [3, 4].
В России эта болезнь пока не отмечена. Однако споры миксоспоридий Тetracapsula bryozoides, формирующиеся в толстостенной капсуле, развивающейся в полости пресновод-ных мшанок были обнаружены в видах Cristatella mucedo, Plumatella rugosa и других. Обследование мшанок рода Plumatella выявило наличие зараженности 20% с интенсивностью заражения – одна капсула Т. bryozoides в одном зооиде мшанки. При этом болезнетворные споры из Plumatella были на разных стадиях развития. Этот аспект заставляет пристальнее рассматривать мшанок как важный объект водных биоресурсов, особенно, при садковом выращивании лососевых в водоемах озерного типа.
Мшанки, являясь типичными фильтраторами, накапливают в себе различные химичес-кие элементы (рис. 2). Проведенное исследование выявило, что в мшанках содержится в среднем 91.85% воды. Из 19 химических элементов, выявленных в составе сухого остатка различных видов гидробионтов, в мшанках обнаружены 13 в определяемых количествах: Ca, K, Ti, Cr, Mn, Fe, Cu, Sr, Zn, Br, Ni, Pb, Rb (рис. 2). В них отсутствовали такие элементы как Р, S и Si, встреченные ранее, например, в химическом составе личинок хирономид из этого озера [9].
Рис. 2. Соотношение (% по сухой массе) химических элементов в клубчатой
мшанке из мобильного биоплато в озере Средний Кабан в г. Казань
Мшанки относятся к «кальциевым» организмам, для которых характерно содержание кальция до 38%. У ряда кораллов моллюсков содержание кальция достигает величин 53-51% их сырой массы [10]. В изученных мшанках содержание кальция достигало 19.23% их сырой массы и до 472.5 г/кг сухой массы.
В последние годы к наиболее опасным загрязнителям окружающей среды относят ионы тяжелых металлов, поступление которых неуклонно возрастает в результате антропогенного воздействия [11-14]. Тяжелые металлы имеют тенденцию к накоплению в водных экосистемах и могут вызывать токсический эффект [15]. Сохраняясь в течение длительного времени, метал-лы мигрируют по звеньям цепи циркуляции веществ в водоеме и при очистке вод биологи-ческими методами должны выводиться вместе с изымаемой из водоема биомассой. С этих позиций мшанки являются удобным концент-ратором ряда тяжелых металлов и могут быть удалены из водоема при выемке секций мобильного биоплато. Из тяжелых металлов максимальные концентрации у мшанок отмечены у марганца и железа (таблица).
В то же время ряд тяжелых металлов относится к микроэлементам [10, 15]. Активными концентраторами ряда элементов являются сальвиния, рдесты и нитчатые водоросли [15]. В прудах в районе Нижней Волги характер распределения металлов в планктоне повторял закономерности распределения элементов в грунте и воде: железо>марганец>цинк>медь. Железа в общих пробах планктона содержалось в среднем 20600 (1350-31200), а меди, мар-ганца и цинка соответственно 378 (189-557), 5300 (2140-8450), 1480 (695-1960) мг/кг сухой массы [15]. Дафнии кумулировали в среднем 1800 мг/кг железа, 304 мг/кг меди, 5250 мг/кг марганца и 1701 мг/кг цинка.
В условиях озера Средний Кабан аналогичный характер распределения железо > марганец > цинк > медь наблюдался только у нитчатых водорослей. У остальных исследован-ных гидробионтов распределение элементов было иным (таблица). У роголистника отмеча-лась высокая концентрация марганца и меди, рдест аккумулировал меди больше, чем цинка. Значительно отличались по накоп-лению микроэлементов и брюхоногие моллюски (таблица).
Таблица. Содержание тяжелых металлов в клубчатой мшанке в мобильном
биоплато и других гидробионтах в озере Средний Кабан г. Казань
Гидробионты | ТМ, мг/кг сухой массы | ||||||||
Fe | Zn | Cu | Mn | Ni | Cr | Сo | Pb | Sr | |
Нитчатые зеленые водоросли | 1075.4 | 108 | - | 1029.6 | - | - | - | 6.8 | |
Роголистник темнозеленый | 4313.6 | 1075.4 | 235 | 5502.7 | 37.6 | - | - | 19.0 | 693.4 |
Рдест | 2989.4 | 56.3 | 71.0 | 2683.2 | - | - | - | 12.3 | 970.8 |
Мшанка клубчатая | 15697.2 | 954.5 | 352.2 | 28024.0 | 62.3 | 24.9 | - | 60.5 | - |
Личинки хирономид по [9] | 2653 | - | 82.3 | 523 | - | - | - | - | - |
Брюхоногие моллюски по [9] | 160 | - | - | 100 | - | - | 100 |
Как видно из приведенных данных, наиболее активно за одинаковый промежуток времени – вегетационный сезон – тяжелые металлы накапливают мшанки, которые помимо накопления металлов – микроэлементов, накапливают и такие токсиканты как свинец – до 60 мг/кг сухой массы (таблица). При плотности клубчатых мшанок до 1640 г/м2 одна секция мобильного биоплато площадью 1 м2 может вывести до 60 г тяжелых металлов дополни-тельно к загрязняющим веществам, выводимым загрузкой биоплато.
Выводы
Из всех изученных гидробионтов в составе биоценоза мобильного биоплато и гидро-бионтов из озера Средний Кабан по способности аккумулировать загрязняющие вещества выделяются мшанки, которые являются значительными аккумуляторами тяжелых металлов и способны выполнять функцию биологических фильтраторов при доочистке воды.
Литература
Калайда биоплато на озере Средний Кабан как биологический метод очистки вод. Экология Татарстана. 2012. №4. С.26-30. Руководство по методам гидробиологического анализа поверхностных вод и донных отложений. Ленинград: Гидрометеоиздат. 1983. 240с. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов: ГОСТ 26929 – 94. – Утв. 21.02.95. М., 1994. 12с. Свидетельство РФ об отраслевой регистрации электронного ресурса № 000 от 01.01.2001. Компьютерная программа моделирования работы водоочистного сооружения с использованием высшей водной растительности «CLEANING». , , Петров о регистрации электронного ресурса № 000 ИНИИПИ РАО ОФЭРНиО от 01.01.2001. Компьютерная программа моделирования работы водоочистного сооружения с использованием высшей водной растительности «БИОПЛАТО». , , H. W. Ferguson, E. A. Needham. Proliferative kidney disease in rainbow trout Salmo gardneri Richardson. J. Fish Diseases. 1978. Vol.1. Nо.1. P.91-108. , Бауер мшанки (Вryozoa: Рhylactolaemata) – переносчики болезни лососевых. Паразитология. 2000. Т.34. №3. С.247-249. , , Хамитова как способ доочистки дренажных вод города и сточных вод промышленных предприятий. Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2009. №7-8. С.123-129. , , Асхадуллина исследования водных организмов на содержание тяжелых металлов в условиях разной степени антропогенной нагрузки. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.22. №12. С.61-66. Зернов гидробиология. М.-Л.: Гос. изд-во биол. и мед. литературы. 1934. 503с. , Аккумулирование загрязняющих веществ водными растениями и возможности утилизации растительной массы. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.21. №9. С.33-39. , Бариева листового опада березы повислой насодержание тяжелых металлов в условиях разной степени антропогенной нагрузки. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.22. №10. С.59-66. , Синютина снижения остаточного токсического действия нанобиоцидов при борьбе с дрейссеной в составе биообрастаний. Бутлеровские сообщения. 2010. Т.22. №11. С.76-81. , , Зеленков воды от загрязнений водными растениями. Бутлеровские сообщения. 2012. Т.31. №7. С.85-92. Роль микроэлементов в жизни водоемов. М.: Наука. 1980. 140с.