Романенко Основы гидроэкологии. Р69 Основы гидроэкологии Учебн для студентов высших учебных заведений. К генеза, 2004. 664 с 1
 Скачать 7.62 Mb.
|
|
1,8—6,3 мкг/дм 3 . Вводе Днестровского и Дубоссарского водохранилищ этот показатель равен соответственно 1,3-2,2 и 1,5-3,0 мкг/дм 3 . В связи с уменьшением скорости течения в водохранилищах значительное количество взвешенных частиц вместе с адсорбированной на них медью оседает на дно, где ее концентрация соответственно повышается. Так, в донных отложениях Днестровского водохранилища содержание меди достигает а Дубоссарского - 8,3-13,3 мг/кг (табл. Таблица 7. Содержание меди вводе (мкг/дм 3 ) и донных отложениях (мг/кг сухой массы) некоторых водных объектов Украины [61, Водные объекты Днестр: верхний Днестр Днестровское водохранилище средний Днестр Дубоссарское водохранилище нижний Днестр Водохранилища Днепра: Киевское Каневское Кременчугское Запорожское Лиманы: Днепровско-Бугский Днестровский Килийская дельта Дуная Вода 0,0-3,4 1,5-3,0 1,8-6,3 2,0-7,2 6,4-51,4 6,0-78,4 5,8-88,6 8,0-85,8 7,5-126,8 4,8-135,6 отложения на глубине 0-5 см 12,2-19,6 8,3-13,3 3,8-25,8 22,3-38,9 32,3-61,3 27,0-56,8 31,6-86,5 24,8-69,4 30,6-118,0 Примечание Указаны предельные величины концентрации. В воде озер и прудов на содержание меди влияет характер донных грунтов. Кроме того, значительная разница в ее концентрации наблюдается по сезонам года. Так, при весеннем таянии снегов медь вымывается, а осенью, наоборот, накапливается в грунтах за счет отмирания растительной биомассы. В летние месяцы содержание меди может быть даже ниже, чем весной. Это обусловлено ее утилизацией гидробионтами на протяжении вегетационного периода. Из высших водных растений наибольшей аккумулирующей способностью по отношению к меди отличаются сальвиния, рдест пронзеннолистный, а наименьшей - тростник обыкновенный. Особенно интенсивно накапливают медь макрофиты с хорошо развитой корневой системой. В организме рыб максимальное количество меди сосредоточено в печени - органе, в котором наиболее интенсивно протекают Раздел III. Абиотические факторы водных экосистем биоэнергетические и биосинтетические процессы. Так, тканевое содержание меди в печени леща достигает в среднем 26—27, в мышцах около 1,0, у жереха — соответственно 50-53 и 0,3—0,6 мг на кг сухой массы. У осетровых рыб концентрация меди в печени самая высокая по сравнению с другими внутренними органами. Так, у осетра она составляет в печени в крови - 41,1, ау севрюги — соответственно и 9,73 мг на 1 кг сухой массы. Содержание меди у хрящевых (осетровых) рыб значительно выше, чему костистых (лещ, жерех). В организме гидробионтов медь играет важную роль в метаболических процессах. Она входит в состав многих ферментов и выступает как катализатор окислительно-восстановительных реакций. Некоторые ее соединения с белками используют молекулярный кислород в качестве акцептора электронов. Это относится в частности, к церулоплазмину, принимающему участие в переносе кислорода в плазме крови, а также цереброкупреину — в его запасании в мозговых тканях позвоночных животных. Известна роль меди в процессах кроветворения, синтеза пигментных белков (с участием железа) ив транспорте кислорода. Среди медьсодержащих ферментов, участвующих в окислительно-восстанови- тельных процессах, ключевую роль играет цитохромоксидаза, катализирующая завершающий этап тканевого дыхания. Функция меди в каталитических реакциях тесно связана с функцией таких биологически активных веществ, как пиридоксин и аскорбиновая кислота. К содержанию меди вводе высокую чувствительность проявляют водоросли многих таксономических групп. Зеленые водоросли переносят довольно высокие концентрации этого металла вводе, а синезеленые и диатомовые менее устойчивы к альгицидно- му действию меди. Сравнение отдельных групп водорослей по способности к накоплению меди не дает однозначного ответа на вопрос, что лежит в основе их разной чувствительности к действию этого микроэлемента. Так, при близких концентрациях меди вводе содержание этого металла в клетках водорослей не зависело от их чувствительности к нему. Учитывая чувствительность синезеленых водорослей к меди, неоднократно проводились исследования с целью применения ее соединений (преимущественно для борьбы с «цветением» воды. Медь в концентрации 50 мкг/дм 3 и выше угнетает фотосинтез или вызывает гибель (лизис) водорослевых клеток. Но постепенно фотосинтез восстанавливается до исходного уровня, и опять начинается массовое развитие водорослей. В естественных водоемах медь с органическими веществами комплексные соединения, снижающие ее токсичность по отношению кво Основы гидроэкологии дорослям. К тому же медь ядовита для беспозвоночных и рыб, поэтому ее широкое применение экологически опасно. Использование соединений меди для борьбы с цветением воды (главным образом синезелеными водорослями) ограничивается техническими и декоративными водоемами. Марганец Марганец относится к металлам с переменной валентностью что определяет его участие в окислительно- восстановительных реакциях ключевых метаболических процессов. В поверхностные воды он поступает вследствие вымывания из грунта и минералов, главным образом железомарганцевых руда также со сточными водами марганцевых горно-обогати- тельных комбинатов, металлургических заводов и других пред- приятий. Формирование содержания марганца в поверхностных водах связано сего привносом с подземным стоком и смывом с водосборной площади. В его круговороте вводных экосистемах важную роль играют органические вещества растительного и животного В континентальных и морских водах марганец встречается в растворенной, взвешенной и коллоидной формах. Верхний Днепр и его притоки (особенно Припять) содержат значительное количество растворенных форм марганца, часть которых, адсорбируясь на взвесях, оседает в Киевском водохранилище. В растворенных формах марганец чаще всего встречается в степени окисления +а в форме взвешенных частиц в степени окисления +4. При высокой концентрации вводе гидрокарбонатных или сульфатных ионов определенная часть растворенного марганца может находиться в комплексных соединениях сними. Он может также образовывать комплексы с фосфат-ионами и некоторыми органическими лигандами. В поверхностных водах марганец в степени окисления +2 термодинамически нестабилен и легко окисляется, превращаясь в диоксид марганца и другие оксиды. В речной воде миграция ионов происходит преимущественно в составе взвешенных форм. Так, до зарегулирования Днепра на их долю приходилось около 81 %, а в Припяти — 73 % общей концентрации марганца вводе. Как взвешенные формы можно рассматривать содержание марганца в клетках водорослей, с которыми он может мигрировать, а также адсорбированный на оксиде железа, глинистых частицах и других органических и неорганических субстратах Раздел III. Абиотические факторы водных экосистем Растворенные формы марганца — это в основном его комплексные соединения с органическими веществами разной молекулярной массы, в частности с гуминовыми и фульвокислотами. Эти комплексы составляют лишь 2-27 % общего количества растворенного марганца. По сравнению с другими металлами, комплексы марганца с веществами гумусовой природы не отличаются высокой стабильностью. По количеству связанного с органическими веществами металла марганец занимает последнее место среди наиболее распространенных в природных водах микроэлементов > > > Вводах Киевского водохранилища и близ устья Десны растворенные формы марганца представлены комплексными соединениями с молекулярной массой > 120-150 тыс, 60-70 тыс. и тыс. атомных единиц массы (а. ем. В деснянской воде преобладают комплексы марганца с органическими веществами с молекулярной массой в пределах 0,5—5 тыс. а. ем. Наименьшее количество комплексного марганца обнаруживается в зимне-ве- сенний периода в летне-осенний - содержание комплексных форм выше, чем гидратированных (свободных) ионов Среди органических веществ, с которыми марганец образует комплексные соединения, преобладают гумусовые. Комплексообразование аллохтонного марганца в водохранилищах в летне- осенний период происходит в два раза быстрее, чем в зимне-ве- сенний. Приуменьшении скорости течения марганец постепенно перемещается в донные отложения. В каскаде днепровских водохранилищ больше всего марганца аккумулируется в Кременчугском ив расположенных ниже водохранилищах. В более теплые летние месяцы, в периоды цветения воды, содержание марганца в сестоне (планктон вместе со взвешенными частицами и отмершими организмами) почти на четыре порядка выше, чем вводе. В последней в результате биологического усвоения оно может снижаться до 5-8 мкг/дм 3 . С приближением осени, когда водоросли начинают отмирать, а деструктивные процессы преобладают над продукционными, количество марганца вводе воз- растает. Процесс трансформации растворенных форм марганца в труднорастворимые вследствие адсорбции и окисления и их седиментация приводят к постепенному уменьшению его концентрации вводе. В тоже время по мере накопления марганца в донных отложениях при дефиците кислорода начинается его миграция в толщу воды. Особенно интенсивно этот процесс происходит зимой, в подледный период. Концентрация марганца наиболее высокая вводе Киевского, Каневского и Кременчугского водохранилищ (табл. 8). В зимний период, когда увеличивается поступление марганца из притоков Основы гидроэкологии и донных отложений, она значительно возрастает. Этим объясняется большой диапазон колебаний содержания марганца вводе водных объектов. Таблица 8. Содержание марганца вводе и донных отложениях (г/кг сухой массы) некоторых водных объектов Украины [61, Водные объекты Днестр: верхний Днестр Днестровское водохранилище средний Днестр Дубоссарское водохранилище нижний Днестр устье Днестра Водохранилища Днепра: Киевское Каневское Кременчугское Запорожское Лиманы: Днепровско Бугский Днестровский Килийская дельта Дуная Вода 0,0-6,3 10,9-46,8 5,6-86,0 4,0-24,0 43,0-228,0 8,0-495,0 21,5-340,0 11,6-640,0 4,5-225,0 15,0-160,5 16,5-163,0 Донные отложения на глубине см 0,22-0,54 0,20-0,32 0,16-0,46 0,90-3,40 1,48-3,80 0,90-2,60 1,80-2,9 0,80-1,60 1,17-6,80 Примечание Указаны предельные величины концентрации. В морской и океанической воде также присутствуют растворенные и взвешенные формы марганца. Ближе к местам впадения рек его содержание выше, чем в основной акватории. По нарастающей концентрации марганца водные объекты располагается в такой ряд океаны — моря — эстуарии - реки. При впадении речных вод в эстуарии (лиманы) вследствие уменьшения скорости течения происходит интенсивное оседание взвешенных форм марганца. В результате их содержание в этих водах снижается в десятки раз. В контактной зоне речных и морских вод планктонные организмы, накапливающие марганец, развиваются более интенсивно, и это еще в большей степени уменьшает его концентрацию в морской воде. В речной воде она составляет в среднем около 53 мкг/дм 3 , а в эстуариях снижается до 2,5, в морях - до в океанах — до 0,43 мкг/дм 3 Марганцу принадлежит важная роль во многих процессах, происходящих в организме гидробионтов. Он является одним из основных элементов, необходимых для окисления воды в процессах фотосинтеза и утилизации углерода изв реакциях кар- ирования у зеленых растений. Марганец входит в состав Раздел III. Абиотические факторы водных экосистем многих ферментных систем, регулирующих тканевое дыхание и биосинтез белков, липидов, полисахаридов (гликогену водных Гидробионты получают марганец из воды и кормовых объектов. Существует избирательная аккумулирующая способность отдельных систематических групп водных организмов по отношению к марганцу. Из макрофитов наиболее высокое его содержание обнаружено у сальвинии плавающей (4790—9347 мг на 1 кг сухой массы, а наименьшее — у тростника обыкновенного мг на 1 кг сухой массы. В обмене марганца в организме разных рыб имеются отличия. Так, у осетровых рыб его концентрация в печени значительно выше, чему костистых (лещ, сазан). Существует разница ив накоплении марганца разными органами и тканями организма. Например, у осетров в мышцах содержание марганца составляет 0,48-1,12, в крови - 5,4-8,7, а в печени - мг на 1 кг сухой массы. Сходные результаты получены для белуги и севрюги. В печени леща марганца не больше 1 кг сухой массы, у сазана мг. В крови сазана этот показатель составляет в летне-осенний период, в зимне-весенний - 2,01-2,60 мг на 1 кг сухой массы. В теле морских рыб содержание марганца меньше, чему речных. Существует определенная зависимость между концентрацией марганца вводной среде и его содержанием в крови и тканях рыб. Больше всего марганца обнаруживается у полупроходных, несколько меньше — у морских и меньше всего — у океанических рыб. В мышцах концентрация марганца составляет соответственно и 0,4 мг на 1 кг сухой массы. Биологическая активность марганца вводных экосистемах зависит от рН среды, наличия органических и других комплексообразующих веществ, концентрации взвешенных компонентов и окислительно-восстановительных свойств воды. В связи с этим оценивать роль данного металла в водоемах можно лишь с учетом указанных факторов. В отличие от других микроэлементов, у марганца способность к комплексообразованию выражена слабо. В тоже время в процессе окисления и адсорбции на взвешенных частицах он переходит в формы, накапливающиеся в донных отложениях, обусловливая тем самым вторичное загрязнение водоемов. Выход марганца из донных отложений значительно ухудшает качество воды в водоемах, что представляет угрозу для питьевого водоснабжения. Поэтому при оценке состояния водных экосистем необходимо учитывать комплекс факторов, определяющих содержание марганца в водоемах Основы гидроэкологии 12.5. Цинк В природе существует пять стабильных изотопов цинка, среди которых наиболее распространены (8,89 %) и (27,81 % ) Из девяти радиоактивных изотопов наибольшее биологическое значение имеет с периодом полураспада 245 суток. В соединениях цинк проявляет степень окисления +2, а как восстановитель легко замещает в растворах Fe, Ni, и некоторые другие элементы. По растворимости вводе приближается к железу и меди, но он более подвижный в связи с большей растворимостью его оксидов и Соединения цинка по растворимости располагаются в такой последовательности наиболее легкорастворимые и менее растворимым является его карбоната к слаборастворимым относятся фосфат и сульфид цинка ZnS. Для природных вод наиболее характерны его гидроксокомплексы ив меньшей мере -Среди минералов, в состав которых входит цинк, наиболее распространены сфалерит (сульфид цинка) и смитсонит, содержащий до 65 % цинка. Источниками поступления цинка в гидросферу являются океанические железо-магниевые конкреции и донные осадки вулканического происхождения. Только за счет гидротермических процессов, связанных с океанической вулканической деятельностью, в гидросферу поступает в среднем 4-Ю 17 г/год цинка, или приблизительно 1/90 его ежегодного поступления с речным стоком. В грунтах цинк легкоподвижен, но при миграции довольно быстро сорбируется органическими и минеральными веществами, в состав которых входят алюминий, железо, кремний, марганец и другие элементы. Именно высокая сорбционная способность некоторых веществ относительно цинка определяет его наибольшее содержание в приповерхностном слое грунта. В грунтах цинк находится в разных формах в составе слаборастворимых оксосульфатов, карбонатов, фосфатов, силикатов и других соединений, в комплексах с гуминовыми и фульвокислотами. В кислых почвах растворимость Zn выше, чем в нейтральных и щелочных. При высоком содержании фульвокислот и глицина его растворимость снижается. Эти факторы влияют на переход Zn с водосборной площади вводные объекты. Значительное количество цинка поступает вводные объекты в результате техногенного загрязнения. Так, его накопление в хвостохранилищах - накопителях отработанных магнетитовых производств на протяжении года достигает 4 тыс. т. В зоне расположения фабрик по обогащению полиметаллических руд его содержание в грунтах достигает 0,3 %. Важные источники поступления цинка вводные объекты — рудниковые смывные воды и Раздел ИГ. Абиотические факторы водных экосистем сточные воды гальванических цехов, производств лаков икра- сок, химических средств защиты растений, комбинатов цветной металлургии и тепловых электростанций, работающих на каменном угле. В поверхностных водах суши содержание цинка оценивается несколькими микрограммами в 1 л воды (мкг/дм 3 ). Его количество вводе и грубодетритном иле имеет тенденцию к увеличению от гумидных к аридным ландшафтным зонам. Данные о содержании цинка вводе и донных отложениях некоторых водоемов Украины приведены в таблице Таблица 9. Содержание цинка вводе (мкг/дм 3 ) и донных отложениях (мг/кг сухой массы) некоторых водных объектов Украины [61, Водные объекты Днестр: Днестровское водохранилище средний Днестр Дубоссарское водохранилище нижний Днестр устье Днестра Водохранилища Днепра: Киевское Каневское Кременчугское Запорожское Лиманы: Днепровско-Бугский Днестровский Килийская дельта Дуная Вода 102,7-228,8 78,4-94,9 17,5-78,9 23,0-162,0 9,4-158,5 7,5-72,8 9,6-94,4 6,4-176,8 16,5-175,0 10,3-145,0 Донные отложения на глубине 0-5 см 47,5-59,4 47,5-62,5 37,5-102,5 - 43,6-105,8 — 48,2-91,6 90,6-186,5 Примечание Указаны предельные величины концентрации. В воде цинк находится в растворенной форме ив составе взвешенных частиц органического и минерального происхождения. В реках, формирующих водность Киевского водохранилища, взвешенные формы Zn составляют 50-90 % его общего содержания, из них до 30—40 % постепенно оседают на дно и накапливаются в донных отложениях. На соотношение отдельных форм цинка вводе влияет содержание и комплексообразующая способность органических и минеральных соединений, поступающих в водоемы с водосборной площади. Так, в речном стоке Припяти на долю растворенных форм приходится 77,5 %, в верхнем Днепре — 40, в Тетереве - 54 %. В Десне, наоборот, до 70 % цинка составляют его взвешенные формы, те. комплексы с органическими ими- неральными веществами Основы гидроэкологии Каскадное расположение днепровских водохранилищ обусловливает постепенное оседание (седиментацию) взвешенных форм цинка, что и определяет возрастание его концентрации в донных отложениях от верхнего Киевского к нижерасположенному Ка- невскому водохранилищу. В процессах сорбции цинка важную роль играют гидробионты. Планктонные организмы могут адсорбировать до 40-48 % растворенного вводе цинка. Содержание цинка в океанических и морских водах значительно меньше, чем в речных. Для океанических вод средняя концентрация цинка оценивается в 7,6 мкг/дм 3 (в том числе 7,0 - растворенных и 0,6 - взвешенных форм. Для морских вод эти величины несколько выше. При общей концентрации 11,0 мкг/дм 3 на долю растворенных форм приходится 10,0, взвешенных - 1,0 мкг/дм 3 . В формировании микроэлементного состава морских вод исключительная роль принадлежит речному стоку. Это четко проявляется при сравнении содержания цинка в речной и морской водах, а также вводе эстуариев, в которые поступает речной сток. Так, содержание цинка вводе устьевых участков рек составляет в среднем 90 мкг/дм 3 . В эстуариях или заливах вследствие уменьшения скорости течения и резкого ускорения седиментации общая концентрация цинка вводе снижается до 14,3 мкг/дм 3 , а в близлежащей акватории моря - еще в 2-3 раза. Указанные факторы обусловливают значительно меньшую концентрацию не только цинка, но и других микроэлементов (меди, марганца) в морских (океанических) водах по сравнению с речными. В процессах, связанных с круговоротом цинка вводных экосистемах, важная роль принадлежит гидробионтам. Способность водных организмов к аккумуляции этого металла давно интересует ученых сточки зрения возможности их использования как показателей (мониторов) загрязнения водоемов и водотоков. Установлено, что водные растения и беспозвоночные накапливают в своем теле значительное количество микроэлементов, тогда как вводе их содержание имеет лишь слабо выявленную тенденцию к возрастанию. Например, нар. Усмань (Воронежский биосферный заповедник) при довольно незначительной (12,3 %) разнице концентрации цинка вводе наиболее чистой южной и более загрязненной северной частей реки у растений эта разница была намного больше. Содержание цинка в сестоне на чистом и загрязненном участках различалось на 41,7, ау высших водных растений — на 110 %. У двустворчатого моллюска шаровки роговой из этих участков реки разница содержания цинка в мягких тканях составляла 85 %. Еще больше отличался этот показатель у брюхоногих моллюсков прудовика обыкновенного stagnalis) на 100 % и катушки роговой (Planorbarius corneus) - на 160 %. 284 Раздел HI. Абиотические факторы водных экосистем Наряду с пресноводными, многие морские (океанические) гидробионты служат концентраторами цинка. Содержание его в океанических организмах несколько меньше, чем в морских. Так, средняя концентрация цинка в морском фитопланктоне составляет мг на 1 кг сухой массы, а в океаническом - 61. Такая же тенденция обнаруживается ив зоопланктоне в морском содержание цинка равно в среднем 41, а в океаническом - 36 мг/кг сухой массы. В водных растениях роль цинка определяется его влиянием на ключевые реакции фотосинтеза, на превращение соединений, содержащих сульфгидрильные группы. Цинк необходим для синтеза нуклеиновых кислот и белков. Наряду с другими элементами он принимает участие в регуляции синтеза крахмала ив реакциях, связанных с углеводными фосфорным обменом у растений. Цинк входит в состав карбоангидразы, которая катализирует реакцию дегидратации угольной кислоты в организме водных животных. Он стимулирует активность кишечных ферментов — инвертазы, амилазы и пептидазы у рыб. При увеличении концентрации цинка вводе до 0,1 мг/дм 3 активируется синтез РНК и ДНК в печени, кишечнике и мышцах рыб. Более высокие концентрации угнетают их синтез. Известно влияние цинка на окислительно- восстановительные процессы, на связывание кислорода тканями. Как и другие микроэлементы, цинк в больших концентрациях может становиться токсичным, что проявляется в блокировании передачи нервных импульсов, торможении подвижности рыб и других функциональных нарушениях соматических органов. Токсичность действия растворенного вводе цинка зависит как от его концентрации, таки от наличия других химических элементов вводе. Так, в присутствии кадмия и меди вводе токсичность цинка для рыб возрастает, и, наоборот, вводе, насыщенной кальцием и магнием, токсическое действие проявляется при значительно более высокой его концентрации. В отличие отводных растений и беспозвоночных, у рыб высокая аккумулирующая способность по отношению к цинку не выявлена. Отмечается лишь неодинаковая его концентрация вот- дельных органах и тканях. Наибольшее количество цинка обнаруживается в костной ткани ив чешуе. При этом характер питания рыб не влияет на тканевое распределение цинка. Так, у чехони, являющейся планктофагом ив меньшей мере хищником, его среднее содержание в мышцах составляет 63 мг на 1 кг сухой массы. У бентофагов плотвы и леща этот показатель равен соответственно и 73,3 мг/кг. У окуня (смешанный тип питания) содержание цинка в мышцах достигает 102 мг/кг сухой массы. У типичных хищников — судака (84 мг/кг) и щуки мг/кг сухой массы) уровень цинка в мышцах близок к этому показателю у бентофагов. 285 Основы гидроэкологии Из внутренних органов рыб наиболее высокое содержание цинка отмечено в печени у осетра — 157, у белуги — 203 и у севрюги - 246 мг на 1 кг сухой массы. Концентрация цинка у леща несколько меньше — 139—158 мг на 1 кг сухой массы. Значительно более высокое содержание цинка обнаружено в органах и тканях сазана враз больше, чему других костистых рыб. На разных стадиях развития рыб содержание цинка в их организме может существенным образом изменяться. В конце каждого из периодов развития (эмбрионального, личиночного, малькового) возрастает его уровень как в отдельных органах, таки вор- ганизме в целом. У личинок цинка больше, чем в развивающейся икре. Это еще раз подтверждает важную метаболическую роль цинка в жизнедеятельности рыб. Известно, что в личиночный период развития у рыб резко возрастает потребность не только в макроэлементах, но ив микроэлементах, в частности в цинке. Он в большем количестве необходим для формирования костного скелета, плавников, чешуи. Как активатор щелочной фосфатазы цинк участвует в синтезе и активации ферментов, обеспечивающих процессы тканевого дыхания, которые в период раннего онтогенеза рыб протекают довольно интенсивно. Именно этими объясняется более высокая аккумулирующая способность организма рыб на ранних стадиях развития (личинки, мальки). Более четко проявляется у них и влияние характера питания на накопление цинка в организме, чему взрослых рыб. С возрастом удлиняются трофические цепи и сам характер питания. Например, сазан и лещ постепенно переходят к придонному образу жизни и начинают питаться организмами, содержащими меньше цинка и других микроэлементов (железо, марганец, чем планктонные. Все это и определяет динамику содержания цинка в организме рыб на разных стадиях онтогенеза Кобальт Кобальт относится к элементам, образующим соединения практически со всеми галогенами Все галогениды двухвалентного кобальта хорошо растворимы в воде. Из других соединений кобальта, встречающихся в природе, заслуживают внимания карбонат кобальта нитрат кобальта и сульфат кобальта В соединениях кобальт может быть двух- и трехвалентным Соли двухвалентного кобальта хорошо растворяются вводе. При наличии лигандов он легко окисляется молекулярным кислородом и может способствовать его транспорту. В природных водах кобальт находится в разных формах. На его взаимодей- 286 Раздел Абиотические факторы водных экосистем ствие с химическими веществами влияет рН и окислительно-вос- становительный потенциал (Eh) среды. Кобальт может образовывать комплексы с гуминовыми кислотами. При рН воды его способность к с фульвокислотами максимальная. Метаболическая роль кобальта связана сего участием в процессах кроветворения и переноса кислорода гемоглобином и другими пигментами крови. Он необходим для синтеза гемоглобина, в котором участвует опосредованно - через витамин в состав которого В организме животных кобальт активирует ионизацию и резорбцию железа, способствуя тем самым включению его атомов в молекулу гемоглобина. Влияние кобальта на эритропоэз (процесс образования эритроцитов) проявляется в возрастании в крови количества форменных элементов. Влияние кобальта на кроветворение наиболее эффективно, если в организме присутствуют железо и медь, те. элементы, участвующие в механизме переноса кислорода гемоглобином и другими пигментными белками. Кобальт активирует также синтез белков, способствует их накоплению в органах и тканях и ассимиляции азота. Введение в кормовые смеси рыб солей кобальта способствовало увеличению биомассы годовиков почти на 20 %, а дополнительное введение в гранулированные кормовые смеси комплекса микроэлементов, в который входят кобальт, марганец и молибден (в количестве 3 мг на 1 кг корма, стимулировало прирост биомассы у молоди карпа на 15, ау карпов - на 22 Кобальт влияет на обмен и биологическое действие кальция и фосфора. Так, недостаточное поступление в организм солей кобальта приводит к неполному усвоению кальция и фосфора. При дефиците кобальта вводе снижается и их утилизация моллюсками и другими Кобальт активирует костные и кишечные ферменты - фосфа- тазу аргиназу, каталазу и некоторые пептидазы. В тоже время он снижает активность сукцинат-дегидрогеназы и цитохромоксидазы. В поверхностных водах суши, в частности вводных объектах Украины, содержание кобальта может колебаться от следовых количеств (порог чувствительности приборов) до 0,01 мг/дм 3 Наблюдается снижение концентрации кобальта отвесны к лету, что связано сего оседанием со взвешенными частицами и утилизацией гидробионтами. Роль гидробионтов в круговороте кобальта довольно значительна. Например, в фитопланктоне рыбоводных прудов на 1 кг сухой массы приходится 30 мг кобальта. Из макрофитов больше всего кобальта накапливает сальвиния плавающая, а меньше все Основы гидроэкологии го — тростник обыкновенный. В организме беспозвоночных его содержание значительно выше, чем вводе, что свидетельствует о его аккумуляции в биологических жидкостях и тканях. Значительное количество кобальта накапливают олигохеты и личинки хирономид. Содержание кобальта в крови осетровых рыб неодинаковое у осетра оно составляет 2,66, у севрюги 2,29, у белуги 1,53 мг/кг сухой массы. В мышцах этих рыб его уровень колеблется в пределах мг/кг. 12.7. Кадмий, хром, алюминий Среди микроэлементов, которые при определенной концентрации вводе проявляют высокую токсичность, есть особо опасные, загрязняющие водную среду. В микроконцентрациях они отрицательно влияют на функциональное состояние водных экосистем. К таким элементам относятся, в частности, кадмий и хром. По распространенности в земной коре кадмий занимает среди элементов периодической системы Менделеева е место. Этим объясняется то, что продолжительное время на него мало обращали внимание как на возможный экологический фактор гидросферы. В водную среду кадмий поступает с такими минеральными соединениями, как CdO, CdS, и некоторыми другими. Важным источником загрязнения водных объектов являются сульфидные руды и сточные воды предприятий цветной металлургии и химических заводов. Уже в микроконцентра- циях он проявляет высокую Средняя концентрация кадмия в морской воде составляет мкг/дм 3 . В пресноводных водоемах Украины его содержание колеблется в довольно значительном диапазоне. Так, в Запорожском водохранилище оно составляет 0,30—10,40, а в Каховском — 0,30-4,80 мкг/дм 3 . В донных грунтах содержание кадмия значительно выше. Так, в верхнем сантиметровом слое донных грунтов днепровских водохранилищ оно колеблется от 0,6 до 3,9 мг/кг сухой массы. Кадмий обладает высокой токсичностью по отношению к гидробионтам разных трофических уровней. Уже при концентрации мкг/дм 3 наблюдается угнетение реакции фотосинтеза у высших водных растений, а начиная с 1 мкг/дм 3 его токсическое действие проявляется четко. При концентрации кадмия вводе мг/дм 3 гибнет на протяжении 72 ч до 50 % пресноводных беспозвоночных, ау рыб (речная форель) при концентрации мкг/дм 3 значительно угнетается ферментативная активность Раздел Абиотические факторы водных экосистем тканей печении некоторых других органов. Токсичность кадмия вводе зависит от наличия веществ, с которыми он может давать комплексные соединения. Так, при образовании комплексов сор- ганическими веществами, в частности с гуминовыми и фульво- кислотами, его токсичность резко снижается. К числу опасных элементов, загрязняющих водную среду, относится хром. В природе он встречается преимущественно в виде минералов хромита крокоита уваровита В соединениях степень его окисления равна +2, +3, +6. Вводной среде наибольшую опасность представляют соединения хрома со степенью окисления +6, обладающие высоким токсическими канцерогенным действием на организм. Для водоемов назначения предельно допустимая концентрация (ПДК) шестивалентного хрома составляет 1 мкг/дм 3 Содержание хрома в водоемах Украины зависит не столько от природных факторов, сколько от его антропогенного поступления. Так, вводе днепровских водохранилищ концентрация хрома колеблется в довольно широких пределах. Особенно она возрастает в водохранилищах Юга Украины, по берегам которых расположены большие металлургические и химические комбинаты (табл.10). Таблица 10. |