|
Романенко Основы гидроэкологии. Р69 Основы гидроэкологии Учебн для студентов высших учебных заведений. К генеза, 2004. 664 с 1
t
80 --
60
40 --
20 --
Вствистоусые рачки " Водоросли Мелкие рыбы Хищные рыбы Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы
ляет определять качество воды по бактериологическим показателям, например по общей численности бактериопланктона, по количеству бактерий группы кишечной палочки (коли-титр и коли-индекс) и сапрофитов. При органических загрязнениях численность бактерий вводе возрастает. В частности, наличие вводе кишечной палочки свидетельствует не только об антропогенном фекальном загрязнении, но и о повышенном содержании органических веществ, возникающем вследствие отмирания гидробионтов, преимущественно фитопланктона и высших водных растений.
Фотосинтетическая аэрация — это насыщение воды кислородом, выделяемым растениями в процессе фотосинтеза (в отличие от растворенного кислорода, поступающего вводу путем инвазии из атмосферы. Образующийся кислород окисляет растворимые органические вещества и поддерживает кислородный режим загрязненных вод (фотосинтетическая реаэрация). Этот процесс находит широкое применение в системах очистки сточных вод в так называемых биологических прудах, где массово развиваются хлорококковые водоросли-фотосинтетики.
Реаэрация способствует восстановлению газового режима загрязненных вод благодаря поступлению в них кислорода биогенного происхождения.
Развитие бактерий в водоемах, загрязненных органическими веществами, зависит от содержания соединений автохтонного и аллохтонного происхождения. Оно отражает поступление загрязнений с близлежащих территории и из источников водоснабжения, количественный и качественный состав взвешенных веществ, степень развития и физиологическое состояние фитопланктона, фитобентоса, высших водных растений. На содержание бактерий вводе влияют иловые отложения и их взмучивание вовремя ветрового перемешивания воды. При значительном поступлении легкодоступных органических веществ резко повышается численность сапрофитных бактерий. Возрастает численность бактериопланктона ив водоемах, мутность которых связана со взвешенными частицами. В теплые летние дни, когда массового развития достигают синезеленые водоросли, наблюдается и вспышка численности бактериопланктона. В тоже время при весеннем массовом развитии некоторых других воДорослей численность бактерий может даже уменьшаться вследствие угнетения экзометаболитами водорослей.
Последовательный ход процессов самоочищения в водотоках сопровождается соответствующим изменением сапробности — от полисапробной зоны ка далее к ной и олигосапробной.
Зоны сапробности наиболее четко выражены в малых реках с замедленным течением (при наличии одного источника загрязне-
395
Основы гидроэкологии
ния). По течению формируются последовательно поли-,
и зосапробная зоны. При отсутствии дополнительных источников загрязнения последняя постепенно переходит в олигосапробную.
Если на реке есть еще другие источники загрязнения, то опять восстанавливается зона высокого загрязнения (поли- или сапробная). Снесенные течением планктонты, характерные для высокого качества воды, могут смешиваться с гидробионтами - индикаторами более высокого уровня загрязнения. Поэтому как индикаторы загрязнения в таких случаях следует рассматривать прикрепленные формы (перифитон), то есть организмы - обраста- тели подводных сооружений, к которым относятся нитчатые водоросли и макрофиты, а также организмы зообентоса.
Исходя из этого, современная методология санитарно-гидро- биологических исследований предусматривает наряду с исследованием планктона, проведение обязательного анализа состава пе- рифитона, а также бентосных гидробионтов.
В озерах и водохранилищах поток загрязнений от сточных труби других точечных источников распространяется концентрически (по радиусам, поэтому зоны сапробности здесь формируются по кольцевой схеме, а при штормовом и турбулентном перемешивании вод границы между зонами сапробности размываются. Загрязнения могут разноситься локальными течениями,
поэтому зоны высокой и низкой сапробности чередуются мозаично и бессистемно. Итак, для правильного установления зон сап- робности необходимо выбирать места отбора проб соответственно гидрологическим особенностям водного объекта.
В зарегулированных крупных реках и гигантских водохранилищах типа Каховского или Кременчугского процессы органического загрязнения - самоочищения изучены еще недостаточно.
Глава 21. Эвтрофикация, ее причины и последствия для водных экосистем. Естественная и антропогенная эвтрофикация
Эвтрофикация заключается в обогащении воды биогенными элементами, особенно азотом и фосфором, вследствие чего возрастает первичная продукция органического вещества благодаря интенсификации фотосинтеза водорослей и высших водных рас- тений.
Содержание биогенных веществ вводных экосистемах может увеличиваться вследствие автохтонных процессов (естественная эвтрофикация) — разложения органических веществ, азотфикса-
396
Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы и перехода вводу биогенных элементов, захороненных в донных отложениях, и вследствие поступления биогенных веществ извне, из аллохтонных источников (антропогенная эвтрофика- — вымывания с полей, поступления сточных вод животноводческих комплексов, коммунально-бытовых и промышленных сточных вод, несущих значительное количество азота и фосфора. Причиной ускоренной может стать зарегулирование речного стока, когда большое количество биогенных элементов вымывается из затопленных грунтов. По источникам поступления биогенов можно выделить три типа антропогенной эвтрофикации: урбогенную, возникающую вследствие сброса неочищенных от соединений фосфора и азота городских сточных вод причиной которой является вымывание грунтовыми водами и дождевыми смывами минеральных удобрений с сельскохозяйственных угодий зоогенную к которой приводит загрязнение водоемов стоками животноводческих ферм или многоразовый водопой и купание больших стад скота. В прудовых рыбных хозяйствах при большой плотности посадки рыб может быть следствием накопления фосфорных и азотных соединений, экскретированных рыбами. Кроме того, в прудовых хозяйствах создают целенаправленно путем внесения минеральных удобрений для повышения количества планктона основного корма рыб. Основными признаками эвтрофикации водоемов является увеличение биомассы фитопланктона или других автотрофных организмов (фитомикробентос, нитчатые водоросли, массовое развитие водорослей до уровня цветения воды, уменьшение концентрации растворенного кислорода на заключительном этапе вегетации - при массовом отмирании водорослей и других организмов. В зависимости от количества биогенов, поступающих вводную экосистему, может ускоряться переход олиготрофных водоемов в мезотрофные и эвтрофные. Водоросли и высшие водные растения при поступлении вводную среду азота и фосфора способны накапливать эти элементы в значительном количестве. В этом состоит одна из важнейших особенностей биологии водорослей, служащая основой механизма развития эвтрофикации. В лентических экосистемах эвтрофикация приводит к массовому развитию водорослей. Между способностью водорослей к накоплению биогенных элементов и их потенциальными возможностями к массовому развитию существует прямая коррелятивная связь. Поэтому с возрастанием содержания этих элементов в экосистеме создаются благоприятные условия для массового развития фитопланктона, образования первичного органического вещества и обогащения водной среды кислородом Основы гидроэкологии Наращивание биомассы фитопланктона в определенной степени положительно влияет на функционирование водных экосистем повышается кормовая база для гидробионтов следующих трофических уровней, численность и биомасса гетеротрофов. Нос течением времени между наращиванием биомассы фитопланктона, образованием органического вещества и количеством кислорода, расходуемого на биологическую деструкцию и химическое окисление органического вещества, возникает дисбаланс. Органического вещества образуется больше, чем могут разложить микроорганизмы накапливается органическое вещество, загрязняющее водные массы в тоже время стимулируется дальнейшее возрастание биомассы фитопланктона, что еще больше углубляет и ускоряет процесс эвтрофикации. В эвтрофированных водоемах существенно изменяются физи- ко-химические свойства среды повышается содержание биогенных и органических веществ, снижается уровень насыщения воды кислородом, в придонных слоях воды появляются анаэробные зоны, возрастает мутность и уменьшается прозрачность воды. Накопление чрезмерного количества органических веществ в донных иловых отложениях сопровождается образованием метана, водорода, сероводорода, аммиака, которые могут выделяться в виде пузырьков. При растворении вводе эти вещества придают ей неприятный и оказывают токсическое воздействие на рыб и беспозвоночных, особенно зимой при наличии ледяного покрова, способствующего возникновению недостатка кислорода вводе и массовой гибели рыб. В высокоэвтрофных водоемах для большинства водных животных создаются неблагоприятные условия существования. Уменьшается видовое многообразие промыслово ценных видов рыб. В местах концентрирования и разложения синезеленых водорослей массово гибнет рыба вследствие отравления продуктами распада этих водорослей и дефицита кислорода, вызванного их гниением. Следует, однако, указать, что масштабы и скорость развития эвтрофикации не всегда определяются только поступлением биогенных элементов. Этот процесс зависит еще и от интенсивности водообмена, глубины водоема, объема воды и степени кислородного насыщения водных масс. В глубоких водоемах с достаточным водообменом эвтрофикация происходит очень медленно, тогда как в слабопроточных и неглубоких водоемах она протекает ус- коренно. Антропогенная эвтрофикация охватывает все большее количество водных объектов, расположенных на разных континентах Земли. Ее следствием является усиление цветения воды или массовое развитие нитчатых (бентосных) водорослей в озерах и Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы Для предупреждения эвтрофикации важнейшими мероприятиями являются ограничение загрязнения водоемов биогенными элементами путем очистки городских сточных вод, создание водоохранных зон по берегам рек, озер и водохранилищ. Перспективным направлением снижения эвтрофикации води защиты их от загрязнения может быть фитомелиорация, то есть культивирование высшей водной растительности в прибрежных зонах для задержания биогенных элементов, поступающих с полей, животноводческих ферми населенных пунктов. Цветение воды как гидробиологический процесс, обусловленный эвтрофикациейОдной из важнейших биологических особенностей водорослей является способность к накоплению азота и фосфора при их поступлении вводную среду в значительном количестве. Наличие этих элементов вводе стимулирует размножение водорослевых клеток, потенциальные возможности которых к делению чрезвычайно высоки. Так Microcystis на протяжении вегетационного сезона может образовывать от одной клетки до потомков Поэтому обогащение воды биогенными веществами, особенно азотом и фосфором, вызывает массовое развитие водорослей. В высоко эвтрофных водоемах видовое многообразие флоры обеднено. Преобладают, в основном, несколько видов водорослей, образующих значительную биомассу. В морях вследствие массового развития водорослей наблюдаются так называемые красные приливы. Причиной их возникновения являются водоросли родов Prymnesium (золотистые) и (динофитовые), очень опасные для рыб и многих беспозвоночных токсические вещества. В континентальных водоемах, особенно в малопроточных водохранилищах, наибольшее значение в развитии фитопланктона до уровня цветения воды имеют синезеленые водоросли, впер- вую очередь виды родов Microcystis, и Цветением это явление называется потому, что вследствие массового развития планктонных водорослей вода приобретает окраску (сине-зеленую, зеленую, красную, буро-желтую) в зависимости от пигментации видов-возбудителей. Развитие синезелених водорослей до уровня цветения лимитируется содержанием фосфатов, скоростью течения и мутностью воды. Этим объясняется тот факт, что в быстротекущих и мутных реках цветения воды практически не бывает. Экологический механизм цветения воды сложен и обусловлен взаимодействием естественных и антропогенных факторов. К последним относится Основы гидроэкологии например таких равнинных рек, как Днепр, Днестр, Волга, Дон. После заливания больших площадей суши, в результате перехода вводу биогенных веществ и образования мелководных застойных зон, где вода интенсивно прогревается и слабо перемешивается, создаются наиболее благоприятные экологические условия для массового развития синезеленых водорослей. В водохранилищах Украины к их числу относятся виды Microcystis aerugi- nosa, Anabaena sp., причем первый вид доминирует в водорослевых сообществах и часто образует монокультуру с биомассой до 40 кг/м 3 . В процессе развития микро- цистис проходит несколько стадий - донную, планктонную, нейстонную, стадию сухих корок и спор. Наличие спор в цикле развития делает этот вид водорослей довольно стойким к изменениям условий среды. Различают разные степени цветения воды в зависимости от количества образующейся биомассы в пределах 0,5-0,9 мг/дм 8 - слабое цветение, 1,0-9,9 мг/дм 3 - умеренное, 10-99,9 мг/дм 3 - интенсивное и «гиперцветение», когда биомасса превышает более мг/дм 3 Во время массового развития фитопланктона на поверхности водоемов образуются слизеподобные пленки, при слиянии которых формируются пятна цветения. В них можно выделить планктонную, нейстонную и гипонейстонную зоны, занимающие разные горизонты водной поверхности, а по окраске в пределах «пятен» обрисовываются зоны зеленой, голубой, бурой и белой пленок, где водоросли находятся на разных этапах деструкции. Вместе с основной колонией микроцистиса в таких пленках встречаются значительно меньшие скопления других видов водорослей (например, афанизоменона), а также бактерии разных физиологических групп и вирусы. Эти микроорганизмы утилизируют органические вещества отмерших и отмирающих водорослей. Таким образом, пятна цветения представляют собой довольно сложные образования (альго-бактериальные), в которых протекают преимущественно деструкционные процессы разложения биомассы. В период максимального накопления пятен цветения (июль- август) акватория водохранилища в штилевую погоду имеет вид мозаики из пятен и чистоводий. В штормовую погоду «пятна» разбиваются, нос восстановлением штиля быстро формируются снова. Ветры и течения разносят их по всей акватории. В зависимости от направлений ветра большие массы водорослей могут сгоняться к берегам водохранилища. Так, в Кременчугском и Кахов- ском водохранилищах сгоны направляются преимущественно к юго-западным берегам, а масса таких сгонов может достигать кг/м 8 . Здесь возникают зоны заморов, так как в нагонных Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы массах запутывается большое количество рыбы, которая гибнет вследствие засорения жабр, кислородного дефицита и отравления токсинами водорослей. Больше всего водорослей нагоняется в заливы и бухты, где нагонные массы настолько плотные, что препятствуют движению лодок. Рыбу, вынесенную волнами на песчаные берега, быстро склевывают птицы (цапли, аисты, бакланы и другие, прилетающие массовок местам скопления погибшей рыбы. Водоросли, остающиеся после нагонов на песчаных побережьях, высыхают, перемешиваются с песком и образуют сухие корки. Большая часть пятен цветения разлагается в местах нагона с образованием большого количества продуктов распада (фенол, индол, скатол, полипептиды и альготоксины), в основном токсических. При разложении выделяются также пигменты - фикоби- лины, фикоцианины, поэтому вода приобретает густо-синий цвет. Такие водные участки становятся непригодными для жизни многих гидробионтов. Определенная часть водорослевых пленок поддается лизису под воздействием вирусов и сопутствующих бактерий, а также собственных токсинов. Такое явление происходит довольно часто, и на месте распавшегося пятна остается только тонкая поверхностная пленка. При этом также выделяются токсины. Некоторая часть биомассы остается в толще воды в виде бурых скоплений, напоминающих фекальные массы, с соответствующим запахом, и, наконец, только небольшая часть продуцированной биомассы оседает на дно, где в иловом растворена стыке двух биотопов — водной массы и донного — образует зимующие колонии водорослей, покрытые слоем слизи. Цикл завершается на протяжении сентября-октября, и тогда место синезеленых водорослей как доминант в биоценозах занимают другие, более холодолюбивые водоросли, в частности диатомовые. Отмирание водорослевой биомассы обусловливает резкое ухудшение качества воды, показатели которой приближаются к уровню полиса пробной и даже зо- Загрязнение водоемов вследствие разложения больших масс водорослей характеризуется как биологическое самозагрязнение. Период доминирования синезеленых водорослей связан с угнетением всех других компонентов фитопланктона вследствие затемнения, перехвата биогенных элементов и влияния токсических выделений на другие планктонные виды. После Чернобыльской аварии установлено, что Microcystis aeru- ginosa является концентратором радионуклидов с коэффициентом накопления то есть в 10 тыс. раз по сравнению с концентрацией их вводе вовремя цветения » воды угнетен и состав его очень обеднен, так как питаться колониями микроцистиса зоопланктон Основы гидроэкологии ты не могут из-за их большого размера, кроме того, их отпугивают экзометаболиты. Рыбы избегают скоплений синезеленых водорослей по тем же причинам. Из представителей аборигенной ихтиофауны Днепра практически ни один вид не потребляет синезеле- ные водоросли, что дает им возможность размножаться соответственно своему огромному биотическому потенциалу. Итак, цветение воды — это экосистемное явление, связанное, прежде всего, с преобразованием лотических экосистем в ленти- ческие и имеющее глубокие корни в эволюционной истории гид- росферы. Значительный вклад в выяснение биологической сущности процесса цветение воды, его причини закономерностей сделан коллективом ученых Института гидробиологии Академии наук Украины во главе с академиком Топачевским. Глава 22. Токсическое загрязнение и его последствия для водных экосистем. Источники токсического загрязнения Одним из наиболее негативных проявлений антропогенного влияния на водные экосистемы и гидросферу в целом является химическое загрязнение, которое может приводить к отравлению водной среды и ее живого населения. Из химических веществ, поступающих в водоемы со сточными водами (токсикогенным стоком) и атмосферными осадками, большая часть оказывается токсичной для гидробионтов. Вещества, обладающие таким действием, называют токсикантами, асам процесс поступления ядовитых веществ вводные объекты - токсификацией.Токсические вещества бывают естественного происхождения и синтезированные человеком. Последние называются ксенобиотики. Отравленная токсикантами вода из среды жизнеобеспечения превращается в среду токсическую те. агрессивную, враждебную для нормального существования гидробионтов. В такой среде биологические процессы протекают по иным закономерностям. Существенным образом изменяются процессы формирования и динамика популяций и структура гидробиоценозов. Перечень ксенобиотиков, поступающих в наземные и водные экосистемы, с каждым годом растет. Поданным международных природоохранных организаций количество синтезированных и выделенных из естественных источников токсических веществ уже превысило 6 млн и продолжает возрастать ежегодно приблизительно на 5 %. Некоторые из них влияют на наследственность Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы водных животных, провоцируют возникновение опухолей (у рыб) и рождение уродливых особей. Сточные воды промышленных предприятий, как правило, содержат целый комплекс токсикантов разной химической природы. Основные токсические компоненты сточных вод различных производств приведены ниже. Отрасли народного хозяйстваЧерная металлургия Цветная металлургия Угольная Горнорудная промышленность Газовая и коксохимическая промышленность Нефтяная и нефтехимическая промышленность Атомная энергетика Химическая промышленность комплекс Водный транспорт Целлюлозно-бумажная промышленность Текстильная промышленность Сахарная промышленность Сельское хозяйство Городское коммунальное Медицинская промышленность Основные токсические компоненты Тяжелые металлы, соединения железа, цианиды, роданиды Медь, цинк, свинец, олово, хром, молибден, ванадий и другие тяжелые металлы Високоминерализованные шахтные воды Тяжелые и цветные металлы Фенолы Нефть и нефтепродукты (керосин, бензин, мазут) Тяжелые металлы, радионуклиды Щелочи, кислоты, соли, пестициды, детергенты, тяжелые металлы, поверхност- но-активные вещества, продукты органического синтеза Тяжелые металлы, радионуклиды, компоненты ракетного топлива, нефтепродукты Нефть и нефтепродукты Фенолы, крезолы, ортокрезолы, меркап- таны, Красители, детергенты Сапонины, хлорорганические пестициды Инсектициды, гербициды, дефолианты, фосфаты, нитраты, мочевина, навоз Фосфаты, детергенты, органические соединения, соли, щелочи, кислоты Антибиотики, фармацевтические препараты, бактериальное загрязнение Влияние токсикантов на водные экосистемы имеет комплексный характера роль отдельных компонентов не всегда можно выделить и оценить. Сельскохозяйственный сток с полей содержит главным образом остатки пестицидов, минеральные и органические удобрения. На протяжении последних десятилетий загрязнения водных экосистем остатками пестицидов было одной из острейших проблем. Токсиканты поступали в водоемы с сельскохозяйственным стоком, после массовых авиаопылений полей, со сточными водами предприятий, перерабатывающих сахарную свеклу и предприятий, производящих инсектициды Основы гидроэкологии Химические предприятия разных стран продолжают выпускать большое количество новых химических средств защиты растений, которые поступают ив Украину. Однако их применение ограничено. Эти вещества подлежат предварительному изучению сточки зрения токсичности для человека и окружающей среды. Создана специальная государственная комиссия, дающая разрешение на их применение после тщательной экологической и токсикологической оценки. В е гг. XX в. в разных странах мира широко применялись биоциды для борьбы с так называемыми вредными, или сорными, гидробионтами личинками кровососущих насекомых (инсектициды), клещами (акарициды, водными макрофитами (гербициды), водорослями - возбудителями цветения воды(аль- гициды), моллюсками сорными рыбами (их- тиоциды). Однако исследования влияния биоцидов на гидробионтов и водные экосистемы в целом показали, что они имеют большое количество нежелательных побочных эффектов и существенным образом нарушают экологическое равновесие в водоемах, в связи с чем их применение в последнее время ограничивается или полностью запрещается. Кроме загрязнения антропогенного происхождения токсичность водной среды может быть обусловлена жизнедеятельностью самих гидробионтов (естественная токсичность. Так, вовремя массового развития синезеленых водорослей (цветение воды) вводную среду поступает значительное количество токсических метаболитов, которые могут приводить к гибели зоопланктона и рыб. Среди них наиболее опасны алкалоиды, вызывающие тяжелые поражения нервной системы у людей и животных. Водоросли Microcystis aeruginosa выделяют вводу целый комплекс токсических веществ, преимущественно пептидной природы, a Aphanizomenon — вещества, близкие по своему действию к сакситоксинам динофитовых водорослей. Среди морских представителей токсического фитопланктона наиболее известна золотистая водоросль вызывающая так называемые красные приливы, а на Атлантическом побережье США стали обычными бурые приливы, связанные с массовым развитием разных видов динофитовых водорослей, большей частью токсичных. В Японии (залив Suruga Bay) распространен моллюск Babylo- nia japonica, из желудочных желез которого выделено несколько токсинов, имеющих бактериальное происхождение. Тетрадотоксин, которым смертельно отравилось немало людей, образуется в организме многих видов рыб семейства иглобрюхих, или скалозубых (Tetradontidae). Этот токсин вырабатывается также многими морскими беспозвоночными. Так, осьминог Hepaloch- 404 Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы выделяет его вводу вовремя охоты, что приводит к обездвиживанию добычи. Этот же токсин образуется в организмах моллюска Charonia sauliae, морской звезды Astropecten polyacan- thusi, красной морской водоросли Sania Изучением влияния токсического загрязнения на гидробионтов, их сообщества и экосистему в целом занимается водная токсикология Водная токсикология является одним из направлений антропогенной гидроэкологии, которая изучает миграцию, аккумуляцию и трансформацию токсических веществ вводных экосистемах и их влияние на жизнедеятельность гидробионтов на организменном, популяционном и биоценотическом уровнях. Реакция гидробионтов на токсическое
воздействие
Гидробионты реагируют на токсиканты по-разному, в зависимости от видовой принадлежности, возраста, пола, функционального состояния, численности популяции, содержания кислорода вводе и многих других факторов. Реакция (отклик) гидробионтов на воздействие токсических агентов — интоксикация или токсический эффект обнаруживается на генном, хромосомном, клеточном, тканевом, организменном и надорганизменном уровнях Под токсическим эффектом понимают патологические изменения в функционировании организма под влиянием токсикантов.
Он зависит от химической природы отравляющего вещества, его содержания в окружающей среде, особенностей метаболизма гидробионтов конкретного вида, абиотических факторов водной среды (температуры, содержания вводе кислорода, рН, жесткости воды и др, а также от продолжительности действия токсиканта.
Водная токсикология сосредоточивает внимание на эффектах надорганизменного (популяционного и биоценотического) уровня. Эффекты на субклеточном уровне являются предметом специальных цитофизиологических исследований, а изучением влияния токсикантов на глубинные процессы в хромосомах и генах занимается токсикогенетика и молекулярная биология.
Токсические эффекты, вызванные на низших уровнях организации живой материи, обычно нивелируются на более высоких уровнях и поэтому не всегда обнаруживаются в видимых реакциях гидробионтов, хотя они могут играть очень существенную роль в процессах наследования генетических признаков и воспроизводства потомства в более отдаленный период.
У водных растений (микро-, макроводорослей и макрофитов)
наиболее показательной реакцией на токсическое воздействие является снижение интенсивности или полное прекращение фотосинтеза. Вещества, влияющие таким образом, называются инги-
405
Основы гидроэкологии фотосинтеза К ним, в частности, относятся тяжелые металлы (особенно медь и цинк, пестициды и другие хлорорганические соединения. Под влиянием ингибиторов фотосинтеза у водных растений возможны два типа реакций а) угнетение фотосинтеза и возрастание интенсивности дыхания как проявление деструкционных процессов б) полное угнетение как фотосинтеза таки дыхания, вследствие чего растение погибает. При этом в водоемах возникает кислородный дефицит и погибают животные.
Высшие водные растения проходят различные стадии отмирания вначале изменяется окраска листьев — с зеленой на желтую,
бурую или коричневую, затем листья вянут, теряют тургор, и их масса постепенно разлагается. Одноклеточные водоросли подвергаются лизису, а продукты их разложения растворяются в воде.
Отличить живые клетки водорослей от мертвых и разлагающихся можно с помощью специальных красителей или люминесцентной микроскопии живые клетки светятся ярко-красным цветом, поврежденные — малиновым, мертвые — зеленым.
У животных (беспозвоночные, рыбы, высшие водные позвоночные) острое отравление чаще смертью организма, тогда как при хроническом отравлении возникают разного рода нарушения жизнедеятельности Токсикозы (или химическая болезнь) изучены довольно полно лишь у теплокровных животных, в меньшей степени - у рыб и почти совсем не исследованы у беспозвоночных. Важным признаком хронического отравления беспозвоночных является снижение плодовитости ряда поколений, что определяется при проведении специальных длительных
(хронических) экспериментов с применением довольно сложных методов.
Большое значение в процессе интоксикации гидробионтов имеет концентрация токсикантов. Высокие концентрации вызывают острую интоксикацию, приводящую к гибели гидробионтов за короткое время часы, минуты и даже секунды. Гибели животных, как правило, предшествуют судороги, торможение или кратковременное ускорение движения вводе, изменение положения тела (у рыб - движение на боку, положение животом кверху, асфиксия, выпрыгивание из воды. Иногда у животных изменяется окраска тела. У ветвистоусых ракообразных, для которых характерно партеногенетическое размножение, могут наблюдаться абортирование (выброс) яиц и эмбрионов, вращательные движения тела вокруг своей оси.
Невысокие концентрации токсикантов на первых этапах воздействия могут оказывать стимулирующее влияние на гидробионтов у водорослей и высших водных растений усиливается фотосинтезу беспозвоночных увеличивается подвижность, может даже возрастать плодовитость, рыбы проявляют признаки воз Раздел V. Антропогенное влияние на водные экосистемы. буждения. Но такие явления временны и быстро сменяются патологическими признаками. Развитие интоксикации, как правило, проходит три стадии стимуляция, депрессия и гибель. Концентрация токсиканта и время его влияния на организм связаны между собой простой зависимостью (уравнение Хабера): Т где Т — токсичность С — концентрация t — время воздействия токсиканта. Как вытекает из этого уравнения, низкие концентрации за продолжительное время, в конечном итоге, влияют так же, как и высокие за короткое время. Рыбы и беспозвоночные животные могут длительное время накапливать яд в своих органах и тканях. У рыб токсические вещества большей частью аккумулируются в печени, селезенке, жировой ткани, вообще в липидах, в которых они хорошо растворимы (в частности, хлорорганические пестициды — ДДТ, гексахлоран). У моллюсков токсиканты накапливаются в мантийной полости, в ноге (у двухстворчатых моллюсков) и гепатопанкреасе. Некоторые токсиканты аккумулируются в мышцах. Вследствие накопления токсикантов у рыб развивается кумулятивный токсикоз При резких перепадах температуры воды, дефиците кислорода, в преднерестовый период и вовремя нереста аккумулированный яд может переходить в кровь и вызывать острое отравление. Например, осетровые рыбы, осуществляющие далекие нерестовые миграции и проходящие через загрязненные токсическими веществами акватории, погибают почти сразу после начала виметывания икры. Хищные рыбы (судак, щука, жерех, окунь) могут продолжительное время накапливать хлорорганические пестициды, но погибают в половозрелом возрасте вовремя нереста, когда накопленный яд попадает в кровь и головной мозг Рыбы и крупные беспозвоночные, ослабленные вследствие кумулятивного токсикоза, чаще становятся жертвами хищников, поражаются патогенными микроорганизмами, а также менее способны противодействовать экто- и эндопаразитам. У рыб возникают токсикопаразитозы, то есть смешанные заболевания, в которых токсиканты и паразиты ослабляют хозяина и вызывают его гибель. При массовых токсикопаразитозах рыбное хозяйство несет значительные убытки. Кумулятивный токсикоз может возникать не только вследствие прямого поглощения токсикантов из воды. Одной из специфических особенностей водных экосистем является передача ток- сикантов по трофическим цепям от водорослей и простейших, усваивающих химические вещества из окружающей среды осмотическим путем, к гидробионтам-альгофагам, от них — к мирным рыбам, питающимся планктоном, и далее к хищникам Основы гидроэкологии поедающим мирных рыб. Именно хищники (щука, окунь, судак, жерех), завершающие трофические цепи водных экосистем, наиболее уязвимы, поскольку они выступают конечными концентраторами токсикантов в трофических цепях. В промежуточных звеньях трофических цепей также происходит накопление токсикантов. Например, дафнии и другие тоусые рачки-фильтраторы аккумулируют хлорорганические пестициды до концентраций, превышающих их содержание вводе в тысячи раз. Как носители токсикантов они опасны для организмов, их поедающих. В тоже время, изымая токсиканты из воды, фильтраторы выступают как агенты самоочищения водных масс. Негативным проявлением накопления токсикантов в трофических цепях является нарушение воспроизводства беспозвоночных и рыб, что ведет к постепенной деградации гидрофауны, снижению видового многообразия и уменьшению биологической продуктивности водоемов. Такие изменения характерны не только для планктонных организмов, но и для обитателей донных отложений, где токсиканты накапливаются вместе с оседающими взвешенными частицами и отмершими зоопланктонтами. Из ила токсиканты попадают в организм донных беспозвоночных, а через них - к бентосоядным рыбам. Степень кумуляции токсических веществ бентосными организмами может быть значительно выше, чем планктонными, вследствие чего бентосоядные рыбы (лещ, сазан, сом, линь) из загрязненных водоемов представляют угрозу для здоровья при потреблении их человеком. После вселения в водоемы Украины растительноядных рыб дальневосточного фаунистического комплекса (белый амур, белый и пестрый толстолобы) сформировались новые трофические цепи, по которым токсиканты поступают в организм этих рыб. Так, планктофаг белый толстолоб получает их в основном через фитопланктона пестрый толстолоб — через зоопланктон. При поедании высших водных растений токсиканты поступают в организм белого амура. В организм черного амура токсиканты могут поступать в значительных количествах через моллюсков-фильт- раторов, являющихся их основным кормом. Токсикометрия Количественное измерение токсичности отдельных химических веществ или их совокупного влияния на гидробионтов получило название токсикометрия. При количественной оценке действия токсикантов на гидробионтов основным является установление критериев токсичности. Считается, что таким первичным критерием является смертность (летальность В токсикологии смертность гидробионтов Раздел Антропогенное влияние на водные экосистемы
является количественным показателем возможного уменьшения естественной популяция или лабораторной культуры под воздействием определенной концентрации химического вещества за определенное время пребывания в токсичной среде. Поскольку особи одного вида имеют разную чувствительность и устойчивость к одному и тому же веществу, их гибель наступает за различное время. Статистически полученная концентрация, отвечающая % -ной смертности подопытных животных, называется медианной летальной концентрацией Используют также обратный показатель - выживаемость.
При наблюдениях за растительными организмами критерием токсичности обычно служит угнетение или полное прекращение фотосинтеза.
Под чувствительностью понимают видовое свойство реагировать на минимальные концентрации токсиканта в окружающей среде, под устойчивостью — способность выдерживать максимальные концентрации токсических вещества под переносимостью (толерантностью - возможность существовать в определенном диапазоне концентрации токсических веществ.
Для определения этого диапазона (зоны токсического действия) вводятся такие понятия, как минимальная смертельная (летальная) концентрация токсиканта и максимальная смертельная концентрация токсиканта
Большое значение имеет также понятие летальное время. Система основных ток- сикометрических единиц представлена в таблице Таблица 15. |
|
|
Скачать 7.62 Mb.