Текст произведения
(PDF):
Читать
Скачать
Введение Геохимические и биогеохимические процессы, протекающие в биосфере, а также деятельность человека обусловливают миграцию, рассеивание и концентрацию химических элементов (в том числе микроэлементов) в породах, почвах, грунтах, водах, воздухе, растительных и животных организмах, оказывая влияние на геохимическую обстановку, складывающуюся в данной геохимической провинции [1, 2]. В последнее время проблема выяснения биологической роли микроэлементов в жизни населения водных экосистем стала привлекать внимание специалистов в области гидробиологии, ихтиологии, рыбоводства и др., т. к. пресноводные экосистемы считаются наиболее уязвимыми перед антропогенным воздействием. Воздействие загрязняющих веществ на водную экосистему достаточно сложное, поэтому определение общей антропогенной нагрузки на водную среду обитания в общем и на водные организмы в частности - весьма актуальная задача. Известно, что рыбы занимают вершину пищевой цепи водоема и могут являться оптимальным биоиндикатором содержания микроэлементов [1, 3]. В связи с вышеизложенным целью исследований являлось изучение миграции селена в водной экологической системе на примере р. Волги в границах Саратовской области. Материалы и методы исследований Первым этапом исследований было определение селена в воде и донных грунтах р. Волги. Экспериментальная часть исследований проводилась в 2014 г. в лаборатории экологического мониторинга кафедры «Морфология, патология животных и биология» Саратовского государственного аграрного университета им. Н. И. Вавилова. В качестве объектов исследований были выбраны: - по 12 особей различных видов рыб, распространённых в бассейне р. Волги: сазан европейский Cyprinus carpio (L., 1758), карась серебряный Carassius gibelio (Bloch, 1782), синец Ballerus ballerus (L., 1758), белый толстолобик - Hypophthalmichthys molitrix (Valenciennes, 1844) и красноперка Scardinius erythrophthalmus [4]; - макрофиты: рогоз широколистный Typha latifolia (L., 1753), элодея канадская Elodea canadensis (Michx, 1803), рдест пронзеннолистный Potamogeton perfoliatus (L., 1753), роголистник полупогруженный Ceratophyllum submersum (L., 1753) [5, 6]; - моллюски: беззубка рыбья Anodonta piscinalis (Nilsson, 1822); перловица клиновидная Unio tumidus (Philipsson, 1788); прудовик озерный Lymnaea stagnalis (Linne, 1758); речная дрейссена Dreissena polymorpha (Pallas, 1771); - планктонные и бентосные организмы - бокоплавы Amphipoda (Latreille, 1816), олигохеты (Oligochaeta) и хирономиды Chironomidae (Jacobs, 1900) [7]. Содержание селена определяли флуориметрическим методом [8]. Цифровой материал подвергался статистической обработке с вычислением критерия Стьюдента на персональном компьютере с использованием стандартной программы вариационной статистики Microsoft Excel. Результаты исследований Содержание селена в воде р. Волги. Согласно данным табл. 1, в ходе исследований наивысшая концентрация микроэлемента была зафиксирована вблизи берегов, в середине реки концентрация селена ниже. Таблица 1 Концентрация селена в воде р. Волги Пункт наблюдений Правый берег Середина Левый берег Концентрация селена, мкг/мл Устье р. Гусёлка 0,023 ± 0,003 0,021 ± 0,004 0,024 ± 0,002 Село Пристанное 0,027 ± 0,002 0,023 ± 0,002 0,022 ± 0,003 Город Энгельс 0,023 ± 0,004 0,022 ± 0,003 0,020 ± 0,004 Город Саратов: Овраг Белоглинский Овраг Крутенький Овраг Токмаковский Овраг Назаровский 0,025 ± 0,002 0,021 ± 0,003 0,014 ± 0,005 0,022 ± 0,001 0,021 ± 0,002 0,019 ± 0,003 0,025 ± 0,004 0,019 ± 0,004 0,020 ± 0,003 0,028 ± 0,002 0,017 ± 0,002 0,022 ± 0,001 Наибольшая концентрация селена была зафиксирована в районах оврагов Токмаковский и Назаровский - 0,028 и 0,025 мкг/мл соответственно. Концентрация микроэлемента у правого берега оказалась несколько выше, чем у левого берега. Содержание селена в донных грунтах р. Волги. Грунты пресноводных континентальных водоемов до сих пор изучены мало. Донные отложения водоемов образуются в результате механического осаждения и химико-биологических процессов, протекающих внутри каждого водоема. Количество подвижных форм микроэлементов, в частности селена, в донных отложениях увеличивается по мере утяжеления их механического состава с переходом от песчаных к суглинистым. На концентрацию селена влияет также состав материнских пород и почв, климат, рельеф местности, свойства воды, жизнедеятельность гидробионтов и другие факторы [9]. Результаты нашего исследования грунта р. Волги на территории Саратовской области представлены в табл. 2. Таблица 2 Концентрация селена в донных отложениях р. Волги Пункт наблюдений Правый берег Середина Левый берег Концентрация селена, мкг/г Устье р. Гусёлка 0,087 ± 0,004 0,091 ± 0,004 0,083 ± 0,003 Село Пристанное 0,072 ± 0,002 0,075 ± 0,002 0,068 ± 0,004 Город Энгельс 0,068 ± 0,002 0,079 ± 0,002 0,062 ± 0,001 Город Саратов: Овраг Белоглинский Овраг Крутенький Овраг Токмаковский Овраг Назаровский 0,083 ± 0,004 0,095 ± 0,004 0,088 ± 0,005 0,091 ± 0,002 0,099 ± 0,005 0,090 ± 0,003 0,085 ± 0,003 0,090 ± 0,004 0,082 ± 0,001 0,088 ± 0,001 0,093 ± 0,004 0,081 ± 0,003 По наши данным, в почвах обследованных мест дна количество селена составило от 0,062 до 0,099 мкг/г. Концентрация селена в донном грунте Левобережья колебалась в пределах 0,062-0,090 мкг/г. Наименьшая концентрация селена отмечалась около г. Энгельса - 0,062 мкг/г и с. Пристанное - 0,068 мкг/г, наибольшая - около оврагов Крутенький и Белоглинский - 0,090 и 0,088 мкг/г соответственно. Содержание селена в донном грунте Правобережья варьирует от 0,068 до 0,091 мкг/г. Наименьшая концентрация этого элемента отмечалась около г. Энгельса - 0,068 мкг/г и с. Пристанное - 0,072 мкг/г, наибольшая - около оврагов Крутенький и Назаровский - 0,091 и 0,088 мкг/г соответственно. Содержание селена в макрофитах р. Волги. Особую роль в миграции микроэлементов, в частности селена, играют водные растения - макрофиты. Результаты наших исследований по содержанию наиболее распространенных макрофитов представлены в табл. 3. Таблица 3 Концентрация селена, в макрофитах р. Волги Пункт наблюдений Рдест пронзеннолистный Элодея канадская Рогоз широколистный Рогозник полупогруженный Концентрация селена, мкг/г Устье р. Гусёлка 0,063 ± 0,005 0,045 ± 0,004 0,031 ± 0,003 0,023 ± 0,004 Село Пристанное 0,051 ± 0,003 0,043 ± 0,001 0,028 ± 0,002 0,019 ± 0,003 Город Энгельс 0,051 ± 0,006 0,049 ± 0,005 0,033 ± 0,004 0,025 ± 0,003 Город Саратов: Овраг Белоглинский Овраг Крутенький Овраг Токмаковский Овраг Назаровский 0,059 ± 0,004 0,042 ± 0,005 0,025 ± 0,001 0,020 ± 0,002 0,058 ± 0,003 0,043 ± 0,001 0,023 ± 0,005 0,024 ± 0,001 0,071 ± 0,007 0,051 ± 0,003 0,032 ± 0,002 0,018 ± 0,002 0,072 ± 0,006 0,047 ± 0,004 0,029 ± 0,004 0,021 ± 0,003 Согласно данным табл. 3, все исследуемые растения по содержанию селена можно расположить в следующем порядке: рдест пронзеннолистный (0,061 мг/г), элодея канадская (0,046 мг/г), рогоз широколистный (0,029 мг/г), рогозник полупогруженный (0,021 мг/г). Наиболее обеспечен селеном рдест пронзеннолистный, наименее - рогозник полупогруженный. Прибрежный макрофит - рогоз широколистный содержит селен в меньших концентрациях, чем погруженные растения - рдест пронзеннолистный и элодея канадская. Содержание селена в планктоне и бентосе. Селен этими организмами извлекается из воды в виде неорганических соединений. Планктонные и бентосные формы необходимо рассматривать как наиболее важные звенья в пищевых цепях водоемов, играющие огромную роль в концентрации и биогенной миграции селена. Совершая большую биогенную работу, планктонные и бентосные организмы извлекают из воды неорганические соединения микроэлемента и переводят их в органические, которые далее переходят на более высокой уровень пищевой цепи. Результаты исследований по концентрации селена в планктонных и бентосных живых формах представлены в табл. 4. Таблица 4 Концентрация селена в гидробионтах, обитающих в р. Волге Пункт наблюдений Вид организма Бокоплавы Олигохеты Хирономиды Концентрация селена, мкг/г Устье р. Гусёлка 0,038 ± 0,005 0,043 ± 0,004 0,039 ± 0,005 Село Пристанное 0,039 ± 0,004 0,041 ± 0,003 0,042 ± 0,003 Город Энгельс 0,040 ± 0,004 0,042 ± 0,006 0,035 ± 0,003 Город Саратов: Овраг Белоглинский Овраг Крутенький Овраг Токмаковский Овраг Назаровский 0,036 ± 0,003 0,040 ± 0,005 0,042 ± 0,004 0,038 ± 0,004 0,042 ± 0,005 0,050 ± 0,004 0,042 ± 0,005 0,043 ± 0,003 0,039 ± 0,005 0,039 ± 0,002 0,041 ± 0,003 0,038 ± 0,004 Согласно данным табл. 4, накопление селена во всех планктонных и бентосных организмах происходит примерно с одинаковой интенсивностью. Наибольшая концентрация микроэлементов зафиксирована в олигохетах. Изучаемые виды по средней величине содержания селена можно расположить в следующем порядке: олигохеты (0,042 мкг/г) > хирономиды (0,041 мкг/г) > бокоплавы (0,039 мкг/г). Содержание селена в моллюсках. Моллюски играют особую роль в жизни водной экосистемы, однако содержание селена в моллюсках, обитающих в р. Волге, изучено мало. Для исследований нами были взяты наиболее широко распространенные виды моллюсков, обитающих в р. Волге (табл. 5). Таблица 5 Концентрация селена в моллюсках, обитающих в р. Волге Пункт наблюдений Вид моллюска Беззубка рыбья Перловица клиновидная Прудовик озерный, Речная дрейссена Концентрация селена, мкг/г Устье р. Гусёлка 0,045 ± 0,001 0,042 ± 0,005 0,041 ± 0,004 0,035 ± 0,004 Село Пристанное 0,049 ± 0,005 0,042 ± 0,004 0,042 ± 0,003 0,041 ± 0,005 Город Энгельс 0,042 ± 0,003 0,038 ± 0,001 0,039 ± 0,002 0,037 ± 0,003 Город Саратов: Овраг Белоглинский Овраг Крутенький Овраг Токмаковский Овраг Назаровский 0,042 ± 0,005 0,039 ± 0,003 0,040 ± 0,004 0,039 ± 0,002 0,045 ± 0,002 0,049 ± 0,002 0,039 ± 0,003 0,044 ± 0,003 0,047 ± 0,003 0,037 ± 0,001 0,042 ± 0,004 0,042 ± 0,005 0,044 ± 0,002 0,043 ± 0,002 0,043 ± 0,005 0,039 ± 0,004 Согласно данным табл. 5, концентрация селена у всех изучаемых видов моллюсков находится примерно на одном уровне, однако у беззубки рыбьей этот показатель выше, чем у остальных. По средней величине концентрации селена изучаемые виды можно расположить в следующем порядке: беззубка рыбья (0,044 мкг/г) > перловица клиновидная (0,042 мкг/г) > прудовик озерный (0,041 мкг/г) > речная дрейссена (0,040 мкг/г). Содержание селена в организме рыб. В ходе исследований было изучено содержание селена в организме некоторых карповых видов рыб, наиболее распространенных в р. Волге (табл. 6). Таблица 6 Концентрация селена в тканях различных видов рыб семейства карповых Орган Вид рыб Карась Синец Толстолобик Сазан Красноперка Концентрация селена, мкг/г Жабры 0,078 ± 0,007 0,085 ± 0,008 0,088 ± 0,007 0,071 ± 0,003 0,073 ± 0,006 Кишечник 0,067 ± 0,005 0,069 ± 0,006 0,080 ± 0,004 0,056 ± 0,004 0,071 ± 0,002 Гонады 0,074 ± 0,004 0,079 ± 0,005 0,084 ± 0,005 0,068 ± 0,006 0,069 ± 0,003 Мышцы 0,047 ± 0,003 0,052 ± 0,006 0,065 ± 0,003 0,058 ± 0,003 0,053 ± 0,003 Печень 0,089 ± 0,008 0,091 ± 0,009 0,095 ± 0,007 0,086 ± 0,007 0,079 ± 0,005 Плавательный пузырь 0,051 ± 0,006 0,057 ± 0,003 0,053 ± 0,004 0,043 ± 0,002 0,046 ± 0,004 Чешуя 0,082 ± 0,003 0,072 ± 0,006 0,069 ± 0,001 0,077 ± 0,003 0,088 ± 0,008 Анализ данных табл. 6 показывает, что по способности аккумулировать селен исследованные виды можно расположить в следующем порядке: карась (0,079 мкг/г) > толстолобик (0,073 мкг/г) > синец (0,072 мкг/г) > сазан (0,069 мкг/г) > красноперка (0,068 мкг/г). Межвидовые различия составили до 14 %. В жаберной ткани концентрация селена составила от 0,088 до 0,071 мкг/г. По содержанию микроэлемента в жаберных лепестках изучаемые виды можно расположить в следующем порядке: толстолобик (0,088 мкг/г) > синец (0,085 мкг/г) > карась (0,078 мкг/г) > красноперка (0,073 мкг/г) > сазан (0,071 мкг/г). Основная масса селена поступает в организм рыб с пищей. В кишечнике концентрация микроэлемента составляла 0,056-0,080 мкг/г. Наибольшее содержание микроэлемента отмечено в кишечнике толстолобика. В гонадах наименьшая концентрация селена установлена у сазана и красноперки (0,068 и 0,069 мкг/г соответственно), наивысшая - у толстолобика (0,084 мкг/г). Межвидовые различия составили 23,5 %. Высокое содержание селена отмечено также в чешуе исследуемых видов рыб - от 0,069 до 0,088 мкг/г. По содержанию селена в скелетной мускулатуре исследуемые виды рыб можно расположить в следующем порядке: карась > синец > красноперка > сазан > толстолобик. Обсуждение результатов исследования Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что концентрация селена в воде р. Волги неоднородная и на содержание микроэлемента оказывают влияние различные природные и антропогенные факторы. Содержание селена в середине реки ниже, чем у берегов. Это связано, возможно, с более быстрым течением и более интенсивным перемешиванием воды. На содержание микроэлемента влияет также интенсивность промышленных сбросов, которые в наибольших количествах поступают в нижней урбанизированной зоне (районы оврагов Токмаковский и Назаровский), где была зафиксирована наибольшая концентрация селена - 0,028 и 0,025 мкг/мл соответственно. Концентрация микроэлемента у правого берега несколько выше, чем левого берега, что можно объяснить более высокой антропогенной нагрузкой на данную территорию. При изучении содержания селена в донном грунте установлено, что концентрация селена в донном грунте посередине реки выше, чем у берегов. Это возможно объяснить более низкой микробиологической активностью при разложении органических остатков и малым количеством произрастающих растений. Установлено, что наибольшее количество микроэлемента фиксируется в придонном слое, куда он попадает с осадочными породами [2]. При изучении концентрации микроэлемента в макрофитах определено, что содержание селена в водных растениях выше, чем в береговых. Это, возможно, связано с тем, что в погруженные растения селен поступает по всей их поверхности. Приведенные примеры растений с полной очевидностью подтверждают геохимическую неоднородность водных экосистем. Селен в водных экосистемах является одним из регуляторов метаболизма водных организмов, и его недостаток в основных компонентах экосистем водоемов ограничивает процесс превращения материи, уменьшает интенсивность фотосинтеза, что отрицательно влияет на рыбопродуктивность водоёма [2]. На содержание селена в организме планктонных, бентосных форм и организмах моллюсков наиболее значительное влияние оказывает содержание микроэлемента в воде, т. к. большинство моллюсков ведет относительно оседлый образ жизни, фильтруя воду для отцеживания пищевых частиц из воды. На накопление селена влияет также глубина обитания видов. При определении содержании селена в организме пресноводных рыб самое высокое содержание селена было зафиксировано в печени, что закономерно с позиции детоксицирующей и белковосинтезирующей функций данного органа. Относительно высокая концентрация микроэлемента установлена также в чешуе, что, возможно, связано с депонирующей функцией данной ткани. Высокий уровень микроэлемента в жаберных лепестках связан с функциональной особенностью данного органа, т. к. некоторое количество селена поступает из воды в процессе дыхания [9]. Установлено, что у травоядных видов рыб концентрация селена в организме выше, чем у всеядных. В тканях рыб, которые питаются беспозвоночными организмами, селен редко накапливают выше концентраций, характерных для пищи. Высокое содержание в половых продуктах белков и легкоокисляемых субстратов приводит к накоплению селена в данной ткани, т. к. он входит в состав некоторых белков. Кроме того, половые клетки содержат минеральные вещества, которые необходимы для полноценного развития зародыша [10]. Наименьшее содержание селена в организме изучаемых видов отмечено в скелетной мускулатуре, но т. к. мышцы по массе занимают первое место в организме, то, возможно, они выполняют депонирующую функцию и функцию перераспределения микроэлемента в организме. Выводы Таким образом, концентрация селена в воде неоднородна. Наибольшая концентрация селена была зафиксирована в районах оврагов Токмаковский и Назаровский - 0,028 и 0,025 мкг/мл соответственно. Концентрация микроэлемента у правого берега несколько выше, чем у левого берега. Концентрация селена в донном грунте Левобережья колебалась в пределах 0,062-0,090 мкг/г. Наименьшая концентрация селена отмечалась около г. Энгельса - 0,062 мкг/г и с. Пристанное - 0,068 мкг/г, наибольшая - около оврагов Крутенький и Белоглинский - 0,090 и 0,088 мкг/г соответственно. Все исследованные растения по содержанию селена можно расположить в следующем порядке: рдест пронзеннолистный (0,061 мг/г), элодея канадская (0,046 мг/г), рогоз широколистный (0,029 мг/г), рогозник полупогруженный (0,021 мг/г). В целом по средней величине содержания селена в изучаемых планктонных и бентосных формах их можно расположить в следующем порядке: олигохеты (0,042 мкг/г) > хирономиды (0,041 мкг/г) > бокоплавы (0,039 мкг/г). По средней величине концентрации селена виды моллюсков располагаются в следующем порядке: беззубка рыбья (0,044 мкг/г); перловица клиновидная (0,042 мкг/г); прудовик озерный (0,041 мкг/г); речная дрейссена (0,040 мкг/г). По способности аккумулировать селен исследованные виды рыб можно расположить в следующем порядке: карась (0,079 мкг/г); толстолобик (0,073 мкг/г); синец (0,072 мкг/г); сазан (0,069 мкг/г), красноперка (0,068 мкг/г). Межвидовые различия составили до 14 %.