ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАССЕЯННЫХ МЕТАЛЛОВ В БЕНТОСНЫХ СООБЩЕСТВАХ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО КАСПИЯ
Авторы:
1.
Астраханский государственный технический университет
2.
Ассоциация государственных университетов и научно-исследовательских центров Прикаспийских государств
(директор)
Россия
Россия
3.
Астраханский государственный технический университет
4.
Волжско-Каспийский филиал Всероссийского научно-исследовательского института рыбного хозяйства и океанографии
(канд. биол. наук; научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики и физиологии)
Тип:
Статья
Страницы:
с 106
по 110
Статус:
Опубликован
Получено:
05.06.2013
Одобрено:
25.06.2013
Опубликовано:
25.06.2013
Классификаторы:
УДК 574.587(262.81):576.3/7
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ББК 28.082.32(961):24.115.1
ГРНТИ 34.39 Физиология человека и животных
ГРНТИ 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
ГРНТИ 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
ГРНТИ 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
ГРНТИ 69.31 Промышленное рыболовство
ГРНТИ 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
ГРНТИ 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
ББК 28.082.32(961):24.115.1
Язык материала:
русский
Ключевые слова:
бентос, грунт, биогеохимические циклы, водоросли, моллюски, медь, цинк, никель, Северо-Западный Каспий
Аннотация (русский):
Исследуются особенности распределения меди, цинка и никеля в грунтах и бентосных организмах Северо-Западного Каспия. Особое внимание уделено изучению механизма и характера минерального обмена между водными организмами и окружающей средой, в том числе биогеохимических циклов миграции химических элементов в системе «грунт-бентос». Установлено, что распределение меди, цинка и никеля в бентосных сообществах Северо-Западного Каспия от глубины моря зависит слабо. Грунты Северо-Западного Каспия характеризуются очень низким содержанием цинка и меди и пониженным содержанием никеля. С помощью вычисленных коэффициентов миграции определено, что в исследованных бентосных сообществах никель в большей степени накапливают бентосные животные, а медь и цинк – растения.
Исследуются особенности распределения меди, цинка и никеля в грунтах и бентосных организмах Северо-Западного Каспия. Особое внимание уделено изучению механизма и характера минерального обмена между водными организмами и окружающей средой, в том числе биогеохимических циклов миграции химических элементов в системе «грунт-бентос». Установлено, что распределение меди, цинка и никеля в бентосных сообществах Северо-Западного Каспия от глубины моря зависит слабо. Грунты Северо-Западного Каспия характеризуются очень низким содержанием цинка и меди и пониженным содержанием никеля. С помощью вычисленных коэффициентов миграции определено, что в исследованных бентосных сообществах никель в большей степени накапливают бентосные животные, а медь и цинк – растения.
Ключевые слова:
бентос, грунт, биогеохимические циклы, водоросли, моллюски, медь, цинк, никель, Северо-Западный Каспий
бентос, грунт, биогеохимические циклы, водоросли, моллюски, медь, цинк, никель, Северо-Западный Каспий
Оптимизация любых биоценозов, в том числе и водных, достигается прежде всего сбалансированным поступлением химических элементов в живые организмы, что требует изучения различных экосистем на биогеохимическом уровне. Для водных экосистем это исследования сходства и различий в содержании микроэлементов между компонентами биоценозов с учетом пространственного распределения, при изучении сообществ бентосных организмов – в зависимости от изменения глубины водоема, а также типа грунта. В различных геохимических условиях среды биогеохимическая пищевая цепь, благодаря количественным и качественным изменениям, может быть использована для характеристики субрегионов биосферы. Изменчивость биогеохимической цепи может достигать значительных величин, но она должна быть в определенной степени лимитирована содержанием химических элементов в компонентах экосистемы. Водные экосистемы характеризуются значительным разнообразием распределения и миграции элементов. Понимание закономерностей миграции химических элементов в водоемах невозможно без выяснения путей и процессов их концентрирования и обмена в организмах, потребности гидробионтов в микроэлементах, установления их пороговых, токсических и биотических концентраций и природы естественных, содержащих металлы соединений, формы которых могут изменяться в процессе миграции через грунты, воды, первичную продукцию, планктон, макрофиты, бентосную фауну и рыб. Следует отметить, что в пищевых цепях происходит процесс отсеивания – уменьшения количества одних элементов и накопления – увеличения концентрации других [1]. Целью предпринятых нами исследований являлся биогеохимический анализ грунта, а именно распределение меди, цинка и никеля в грунтах и в некоторых представителях зоо- и фитобентоса Северо-Западного Каспия. Выявленные закономерности изменения содержания меди, цинка и никеля в составе бентосных сообществ, удаленных от берега, позволят проследить пространственное и глубинное распределение этих микроэлементов в грунтах и бентосных организмах северо-западной части Каспийского моря. Материал и методы исследования Объекты исследования – пробы грунтов, различающихся по типу (ракушечный, песчано-ракушечный и илисто-ракушечный); донных водорослей, обитающих на данных грунтах – энтероморфа извилистая (Enteromorpha flexuosa), кладофора сборная (Сladophora glomerata); раковинных моллюсков – митилястер (Mytilaster lineatus), церастодерма (Cerastoderma lamarcki); усоногих ракообразных – балянус или морской желудь (Balanus improvisus), который живет, прикрепляясь к субстрату. Пробы отбирали и подготавливали по существующему стандарту по отбору и подготовке проб для химического анализа грунтов. Количественный анализ металлов проводили по методическим указаниям атомно-абсорбционного анализа [2, 3] на атомно-адсорбционном спектрофотометре Hitachi 180-50. Применялась трехщелевая ацетилено-пропановая горелка, газ – пропан, окислитель – воздух. Для каждого металла использовалась отдельная лампа с полым катодом. Результаты исследований Никель. Результаты анализа показали, что количество никеля в донных отложениях несколько возрастает в южном направлении – от 19,6 мг/кг на мелководной станции до 29 мг/кг на станции с глубинами до 50 м, а по направлению к востоку концентрация никеля снижается до 7,2 мг/кг на станции с глубинами до 5 м. Среднее содержание этого элемента в грунтах Северо-Западного Каспия составляет 19,6 мг/кг. Согласно результатам анализа, самыми бедными по содержанию никеля являются илисто-ракушечные грунты (7,2 мг/кг), наиболее богатыми – ракушечные грунты (23,45 мг/кг), песчано-ракушечные грунты содержат среднее количество никеля – 18,6 мг/кг. Для никеля коэффициент концентрации в морских грунтах равен 0,37, что говорит о низком содержании никеля в грунтах по сравнению с литосферой. Следует отметить, что нет принципиального различия в аккумуляции никеля в фито- и зообентосе. Среднее содержание этого элемента в растительных и животных образцах отличается незначительно – 20,1 и 24,9 мг/кг соответственно. Установлено, что концентрация никеля имеет положительную корреляцию у таких представителей зообентоса, как митилястер и балянус (коэффициент корреляции r = 0,96). Положительная корреляция по никелю наблюдается также у раковины и тела церастодермы (r = 0,7). Раковины этих моллюсков утилизируют никеля больше, чем тела – 23,9 и 16,0 мг/кг соответственно. На примере церастодермы прослеживается положительная корреляция в изменении содержания никеля в системе «грунт – моллюск» с увеличением глубины от 3 до 50 м (коэффициент корреляции r = 0,62). Содержание никеля у водорослей энтероморфа извилистая и кладофора сборная положительно коррелирует только на небольших глубинах (3–10 м, r = 0,7), а на большой глубине характер корреляции меняется на отрицательный, т. е. содержание никеля в энтероморфе падает, а в кладофоре растет. Медь. Содержание меди в грунтах, как и содержание других микроэлементов, определяется главным образом их содержанием в материнских породах, а также характером органических отложений. Для меди характерна значительная биогенность, высокая контрастность миграции, склонность к комплексообразованию и адсорбции. Содержание меди в грунтах в южном направлении сначала немного возрастает, достигая величины 10 мг/кг на глубинах 5–10 м , затем, с увеличением глубины до 50 м, плавно снижается. Среднее содержание этого металла в грунтах на изученных станциях Северо-Западного Каспия составляет 5,6 мг/кг. Определенной зависимости содержания меди от типа грунта нами не выявлено. Коэффициенты концентрации (Кк) меди в изученных экотопах, рассчитанные нами, свидетельствуют о том, что грунты исследованных водоемов характеризуются относительно низкой способностью к накоплению меди, концентрация которой в исследованных грунтах значительно ниже ее средних концентраций в литосфере [4]. Микроэлементный анализ грунтов и организмов бентоса в зависимости от глубины показал, что концентрация меди в биотических компонентах бентосных сообществ зависит от глубины моря. Отмечено, что с увеличением глубины моря изменение содержания меди носит неоднородный характер. Однако можно отметить следующие особенности: – низкое содержание меди в грунтах – 5,6 мг/кг; – различие в аккумуляции меди между фито- и зообентосом – 22,8 и 6,45 мг/кг соответственно, т. е. концентрация меди в водорослях в 3,5 раза выше. Следует отметить, что среднее содержание меди в теле изученных морских двустворчатых моллюсков очень низкое, оно значительно меньше, чем ее количество в грунтах – 5,2 мг/кг и 5,6 мг/кг соответственно. Так, усоногий рак-балянус содержит вдвое больше меди (10,1 мг/кг), чем изученные морские двустворчатые моллюски. Концентрация меди в раковинах церастодермы положительно коррелирует с ее содержанием в грунтах (коэффициент корреляции r = 0,65). Макрофиты – растительные организмы, имеющие большое значение в продукционном балансе водоёма. Они создают основную часть первичного органического вещества – материальную и энергетическую основу существования водных и околоводных животных, оказывают сильное средообразующее влияние, изменяют газовый режим и активируют реакцию воды, определяют локальную гидродинамическую обстановку, участвуют в обмене макро- и микроэлементов и трансформации донных отложений, служат средой обитания и пищей многих бентосных животных и рыб. Нами установлена высокая степень накопления меди донными водорослями – 22,8 мг/кг, особенно кладофорой – 30,7 мг/кг. Четко выраженной динамики утилизации меди кладофорой сборной не установлено, а для энтероморфы извилистой характерно некоторое снижение концентрации меди по мере увеличения глубины. Цинк. Содержание цинка в грунтах в южном направлении сначала резко возрастает, достигая 37,8 мг/кг на глубинах 3–20 м, затем, на глубинах 10–50 м, снижается до 2 мг/кг, после чего снова увеличивается и на глубинах близких к 50 м достигает концентрации 30 мг/кг. Среднее содержание этого элемента в донных отложениях Северо-Западного Каспия составляет 13,9 мг/кг. Определенной зависимости содержания цинка от типа грунта нами не обнаружено. Грунты Северо-Западного Каспия характеризуются относительно низкой способностью к накоплению цинка, концентрация которого в исследованных грунтах значительно ниже средних концентраций этого элемента в литосфере [4]. Коэффициент концентрации составляет всего 0,17. Нами выявлены изменения концентрации цинка в компонентах бентосных сообществ в зависимости от характеристики экотопа (донных отложений), которые заключаются в следующем: – с увеличением глубины моря однозначной динамики содержания цинка в грунтах не обнаружено; – установлено повышение концентраций цинка на глубине 5–10 м как в грунтах (37,8 мг/кг), так и в бентосных организмах (в среднем – 24 мг/кг) по сравнению с грунтом и донными организмами на других глубинах; – различий в аккумуляции цинка между фито- и зообентосом не выявлено. Следует отметить положительную корелляцию между содержанием цинка в грунтах и в теле церастодермы (r = 0,2). Определено принципиальное различие между содержанием цинка в раковине и теле церастодермы – 2,3 и 40,5 мг/кг соответственно. Установлено, что среднее содержание цинка в фитобентосе уменьшается с глубиной от 28,3 до 20,0 мг/кг сухого вещества. Таким образом, в результате исследований выявлено, что самыми бедными по содержанию никеля являются илисто-ракушечные грунты (7,2 мг/кг), наиболее богатыми – ракушечные грунты (23,45 мг/кг), при среднем содержании 19,6 мг/кг. Среднее содержание меди и цинка в грунтах Северо-Западного Каспия составляет 5,6 и 13,9 мг/кг соответственно. В целом грунты Северо-Западного Каспия характеризуются очень низким содержанием цинка и меди и пониженным содержанием никеля. Коэффициенты концентраций (по отношению к кларку) приведены в таблице. Коэффициент концентрации меди, цинка и никеля в грунтах Северо-Западного Каспия ЭлементКларк, мг/кг сухого веществаСодержание элементов в грунтах, мг/кгКк Cu475,60,12 Zn8313,90,17 Ni5319,60,37 Заключение Таким образом, результаты исследований показали, что распределение Cu, Zn и Ni в бентосных сообществах Северо-Западного Каспия зависит от глубины моря. Повышение концентрации меди и цинка в них отмечено уже на глубине 10 м, а повышенная утилизация никеля бентосными организмами характерна для более глубоких районов моря (50 м). Накопление рассеянных элементов моллюсками и макрофитами имеет свои особенности. В связи с тем, что они являются малоподвижными организмами, окружающая среда оказывает на их химический состав более выраженное действие, чем на планктонные организмы. Моллюски могут накапливать большое количество микроэлементов, в несколько раз превышающее их концентрацию в воде и грунте. Большее количество микроэлементов моллюски накапливают телом. Концентрация накопленных элементов зависит от видовых особенностей животных и мест их обитания [5]. Определены особенности утилизации никеля, меди и цинка зоо- и фитобентосом. Концентрация меди в водорослях выше, чем у представителей зообентоса – 22,8 и 6,45 мг/кг соответственно. Наиболее выраженная утилизирующая способность меди обнаружена для кладофоры сборной – 30,7 мг/кг. Представитель усоногих раков – балянус – содержит вдвое больше меди (10,1 мг/кг), чем изученные виды двустворчатых моллюсков (5,2 мг/кг). Определены коэффициенты миграции для Cu, Zn и Ni в системах «грунт – зообентос», «грунт – водоросли», которые составляют для никеля в системе «грунт – зообентос» 1,27, а в системе «грунт – водоросли» – 1,01. Никель в большей степени накапливается зообентосом, а медь и цинк лучше аккумулируются водорослями. Для меди коэффициент миграции в системе «грунт – зообентос» составляет 1,15, а в системе «грунт – водоросли» – 4,05; для цинка коэффициенты миграции в изученных системах соответственно равны – 1,4 и 1,6. Из полученных результатов видно, что распределение Cu, Zn и Ni в бентосных сообществах Северо-Западного Каспия от глубины моря зависит слабо. С помощью вычисленных коэффициентов миграции определено, что в исследованных бентосных сообществах никель в большей степени накапливают бентосные животные, а медь и цинк – растения. Изученные химические элементы по содержанию в грунтах, фито- и зообентосе имеют одинаковый в качественном отношении убывающий ряд: Ni > Zn > Cu. Полученные данные могут быть использованы при изучении сезонного мониторинга содержания этих металлов, а также динамики их миграционной способности в процессе сукцессии и с изменением глубины.
1. Ковальский В. В. Геохимическая экология / В. В. Ковальский. М.: Наука, 1974. 300 с.
2. Брицке М. Э. Атомно-абсорбционный спектрохимический анализ / М. Э. Брицке. М.: Химия, 1982. 232 с.
3. Прайс С. В. Аналитическая атомно-абсорбционная спектроскопия / С. В. Прайс. М.: Мир, 1976. 355 с.
4. Виноградов А. П. Микроэлементы и задачи науки / А. П. Виноградов. М.: Агрохимия, 1965. № 8. С. 20-31.
5. Ермаков В. В. Геохимическая экология животных / В. В. Ермаков, С. Ф. Тютиков. М.: Наука, 2008. 315 с.
