Россия
Статья посвящена анализу токсичности водной фракции нефти, образующейся в растворах 13 и 35 г/л, методом биотестирования. Из раствора обезвоженной нефти из месторождения им. Корчагина в концентрации 50 мкл на литр среды на основе 13 и 35 г/л водных растворов NaCl отбирали водную фазу через 1 и 2-е сут после добавления нефти. Флуориметрическим методом было определено содержание углеводородов, составившее 0,53 мг/л после 24 ч инкубации и 1,07 мг/л после 48 ч инкубации в растворе 13 г/л и 2,29 и 0,78 мг/л в растворе 35 г/л соответственно. В качестве тест-объекта использовали рачка Artemia salina в стадии науплиев (2-е сут от выклева). Подсчет науплиев осуществляли через 24 и 48 ч после помещения в среду с углеводородами. Выявлено, что выход науплиев из цист выше в инкубационной среде с минерализацией 35 г/л – 60 особей на 10 мл среды против 27 особей при 13 г/л, но выживаемость через 24 и 48 ч эксперимента (3 и 4 сут после выхода из цист) ниже на 43 %. Данные биотестирования хорошо согласовывались с результатами химического анализа. Наибольшей гибели тест-объектов соответствуют более высокие концентрации углеводородов в инкубационной среде, при этом токсический эффект тем выше, чем дольше длится контакт науплиев с токсикантами. Чувствительность A. salina к концентрации углеводородов в воде и ее толерантность к минерализации 13 г/л делают ее перспективным тест-объектом тестирования вод Северного Каспия при его нефтяном загрязнении.
Artemia salina, науплии, биотестирование, нефтяное загрязнение, соленость, содержание углеводородов в воде
Введение
Одной из наиболее острых проблем Каспийского моря является проблема нефтяного загрязнения. Разработка нефтяных месторождений, транспортировка нефти, аварийные ситуации на буровых платформах привели к нарушению экологического равновесия в экосистемах Северного Каспия, загрязнению вод, дна и побережья углеводородами. Причем именно в Северном Каспии риск загрязнения максимален из-за мелководья и высоких пластовых давлений [1]. Попадая в природную среду, углеводороды меняют ее физические и химические параметры: запах, вкус, окраску, поверхностное натяжение, вязкость, содержание кислорода, в результате чего среда приобретает токсические свойства, представляя угрозу для человека и для биоты в целом [2]. Углеводороды, растворенные в воде, разрушают жабры (при этом нарушаются водно-солевой обмен и процессы дыхания), воздействуют на нервно-мышечную систему, снижают чувствительность организмов к химически опасным веществам. При воздействии нефти и нефтепродуктов хотя бы на одного из представителей цепи питания в водоеме может привести к деградации и гибели всего биоценоза водоема [3]. Сложный состав нефти и нефтепродуктов, их реакционная способность по отношению друг к другу и компонентам водной среды, делают химический мониторинг необходимым, но недостаточным. В данных условиях биоиндикация загрязнения воды по физиологическим реакциям организмов – комплексный показатель, учитывающий не только токсичность определенных поллютантов, но и возможные синергические эффекты их взаимодействия. Целью статьи являлся анализ токсичности водной фракции нефти, образующейся в растворах с различной минерализацией, методом биотестирования.
Материалы и методы
Для анализа токсичности был приготовлен раствор обезвоженной нефти из месторождения им. Корчагина в концентрации 50 мкл на литр среды.
В качестве среды были использованы 13 и 35 г/л водные растворы NaCl. Водную фракцию углеводородов получали с помощью делительной воронки через 1 и 2е сут после добавления нефти. В отобранных растворах флуориметрическим методом было определено содержание углеводродов [4].
В качестве тест-объекта использовали рачка Artemia salina в стадии науплиев. Сухие цисты артемий в концентрации 1 мг/мл помещали в подготовленную культивационную среду (13 и 35 г/л) и ставили на свет для выклева. Через 48 ч инкубации при 25 °С производили подсчет рачков под бинокулярной лупой в камере Богорова и помещали аликвоту инкубационной среды в среду с углеводородами. Критерием токсичности исследуемых растворов выступала выживаемость науплиев, анализируемая через 24 и 48 ч после начала эксперимента.
Результаты и обсуждение
Анализ содержаний углеводородов в водной среде под нефтяной пленкой представлен в таблице.
Количество углеводородов в водной фракции раствора нефти, мг/л
The amount of hydrocarbons in the aqueous fraction of the oil solution, mg/l
|
Среда с содержанием NaCl |
Время инкубации |
|
|
1 сутки |
2 суток |
|
|
13 г/л |
0,53 |
1,07 |
|
35 г/л |
2,29 |
0,78 |
В растворе, содержавшем 13 г/л солей, количество углеводородов нарастало в течение эксперимента, на 2-е сут их содержание выросло вдвое по сравнению с первыми замерами. В растворе соленостью 35 г/л максимальное количество углеводородов было обнаружено через 24 ч после добавления нефти к раствору, в то время как к концу эксперимента выделение гидрофобной фазы на поверхности раствора привело к снижению количества растворенных углеводородов. В литературе отмечено, что образование эмульсионных растворов при растворении нефти в воде – многофакторный процесс, на который оказывают влияние общая минерализация растворов, определяющих межфазное натяжение [5] и скорость всплытия частицы нефти в водной среде [6], а также ряд других факторов, таких как концентрации отдельных солей, состав нефти, температура. Снижение концентрации углеводородов в водном растворе под нефтяной пленкой может быть результатом установления равновесия в эмульсионной системе «нефть – вода», в результате которого часть поступивших первоначально в воду веществ вернулись
в гидрофобную фазу. Артемия относится к эвригалинным видам и переносит достаточно высокие колебания солености. Между тем в инкубационной среде с 35 г/л на 2-е сут инкубации количество науплиев было в 2 раза выше (65 рачков на 1 мл), чем в среде, минерализация которой составляла всего 13 г/л (30 рачков на
1 мл). После добавления аликвоты с науплиями концентрация рачков в экспериментальных емкостях составила 27 особей на 10 мл для 13 г/л и 60 особей на 10 мл для 35 г/л. Выживаемость науплиев при минерализации 13 г/л в контрольных пробах составила 96 и 93 % через 1 и 2-е сут эксперимента соответственно (рис. 1).
Рис. 1. Процент выживших науплиев в растворах с минерализацией в 13 г/л
Fig. 1. Percentage of surviving nauplii in solutions with a mineralization of 13 g/l
В среде на основе суточной экстракции углеводородов содержание рачков через 24 ч инкубации оказалось на 26 % ниже исходного, а на 2-е сут эксперимента концентрация тест-объектов снизилась до 63 % от первоначального количества, внесенного в инкубационную емкость.
В среде, контактировавшей c нефтью в течение 2-е сут и содержащей согласно анализу в 2 раза больше углеводородов, к концу 2-х сут инкубации выжило 70 % от исходного количества науплиев, к концу периода наблюдения их осталось только 22 %.
Данные биотестирования хорошо согласуются с результатами химического анализа. Наибольшей гибели тест-объектов соответствуют более высокие концентрации углеводородов в инкубационной среде, при этом токсический эффект тем выше, чем дольше длится контакт науплиев с токсикантами.
В контрольной пробе, содержащей раствор соли 35 г/л, выживаемость артемии через 24 ч эксперимента составила 53 %, а через 48 ч – 50 % от исходного (рис. 2).
Рис. 2. Процент выживших науплиев в растворах с минерализацией в 35 г/л
Fig. 2. Percentage of surviving nauplii in solutions with a mineralization of 35 g/l
Наличие суточной экстракции нефтяного раствора (2,29 мг/л) в инкубационной среде привело к гибели 75 % тест-объектов уже через 24 ч после контакта рачков с токсикантом, а ко 2-м сут эксперимента их содержание снизилось до 12 %. Водный экстракт нефти, образовавшийся после выстаивания в течение 2-х сут и вследствие процесса расслоения, содержащий на 76 % меньше углеводородов, чем в случае суточной экстракции, приводил к резкому сокращению количества тест-объектов уже через 24 ч инкубации (до 18 % от исходного, помещенного в пробу). Процент выживших науплиев к концу эксперимента (48 ч инкубации) в этой пробе практически не изменился, находясь в пределах ошибки измерения. Так же как и в случае с тестированием соляных растворов 13 г/л, для 35 г/л наибольший процент гибели тест-объектов был выявлен в среде, содержащей наиболее высокие концентрации углеводородов по данным химического анализа, но только на 2-е сут инкубации.
Заключение
Таким образом, во влиянии солености водной среды на токсичность нефти для водных организмов можно выделить два аспекта.
1. Соленость участвует в процессе установления физико-химического равновесия в системе «нефть – вода», результатом которого будет определяться количество углеводородов, переходящих в водную фазу.
2. Минерализация, как участник установления водно-солевого баланса организма, может облегчать или же препятствовать проникновению токсикантов в его внутреннюю среду.
Поскольку оба эти процесса нелинейны, данные биотестирования согласуются с результатами химического анализа содержания углеводородов в экспериментальных растворах, но не обнаруживают кратности увеличения смертности тест-объектов при кратном возрастании углеводородов в инкубационной среде. Если этого не обнаруживается даже в контролируемых условиях эксперимента, то в реальных условиях аварийных ситуаций ущерб кормовой базе морских экосистем может оказаться больше прогнозируемого расчетными методами.
Тем не менее следует отметить, что чувствительность к углеводородам и выживаемость A. salina в растворах с минерализацией 13 г/л позволяют использовать этот тест-объект для определения токсичности морских вод Северного Каспия при его нефтяном загрязнении.
1. Ибрагимли Г. А., Ракчеева-Актопрак И. Ф. Нефтяное загрязнение Северного Каспия, его влияние на морские экосистемы и методы борьбы с ним // Молодой ученый. 2023. Т. 461, № 14 (461). С. 77–86. URL: https://moluch.ru/archive/461/101396 (дата обращения: 01.10.2025).
2. Вятчина О. Ф., Жданова О. Ф., Стом Д. И. Использование дрожжей Saccharomyces cerevisiae для биотестирования нефтезагрязнений // Изв. Иркут. гос. ун-та. 2008. Т. 1, № 1. С. 14–17.
3. Картамышева Е. С., Иванченко Д. С. Последствия добычи нефти и газа на Каспийском море // Молодой ученый. 2017. № 25 (159). С. 113–117.
4. МУК 4.1.1262-03. Методические указания по методам контроля. 4.1. Методы контроля. Химические факторы. Измерение массовой концентрации нефтепродуктов флуориметрическим методом в пробах питьевой воды и воды поверхностных и подземных источников водопользования. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200034289 (дата обращения: 01.10.2025).
5. Турнаева Е. А., Сидоровская Е. А., Адаховский Д. С., Кикирева Е. В. и др. Характеристики эмульсий и их значение при прогнозе эффективности нефтевытесняющих композиций на основе поверхностно-активных веществ // Изв. высш. учебн. заведений. Нефть и газ. 2021. № 3 (147). С. 91–107.
6. Денисламов И. З., Гафаров Ш. А., Чемезов Д. П., Ихсанов Д. Р. Режимы эксплуатации вертикальных резервуаров для доочистки сточной воды системы поддержания пластового давления // Проблемы сбора, подготовки и транспорта нефти и нефтепродуктов. 2022. № 3. С. 35–47. http://doihttps://doi.org/10.17122/ntj-oil-2022-3-35-47.
