Аналіз екологічного стану води та донних субстратів методом біотестування Семенова О. О.

                         Український науковий центр екології моря (УкрНЦЕМ )

                               бульвар Французький, 89, 65009, Одеса-9, Україна

                              +38 (093) 55 22 77 5 - моб .; +38 (0482) 68 15 67 - робота.

                                     електронною поштою master_helga@ukr.net

 ВСТУП

 

Методом біотестування на лабораторній культурі водорості у осінній сезон 2020 року проведено біомоніторинг української частини ПЗЧМ. Актуальність робіт з оцінки якості чорноморського довкілля за методом біотестування обумовлена необхідністю застосування в морському моніторингу сучасних інтегральних та економічно ефективних досліджень, спрямованих на отримання інформації щодо змін екологічного стану чистих акваторій та тих,що знаходяться під антропогенним впливом.

 

MATEРІАЛИ ТА  METOДИ         

        

       Моделювання впливу морської води та екстрагованих забруднювачів донних відкладень на морське середовище проводилося у лабораторії на популяції мікроводорості для оцінки якості морського середовища та донних відкладень. Біотестування проводили за загальноприйнятою методикою біотестування на лабораторній культурі одноклітинної водорості. Критерієм токсичності були зміни в клітинах водоростей, що відображають зміни кількості та репродуктивну здатність водорості [1], [2]. Дослідження проводились із зразками води, переважно з поверхневого шару з місць відбору проб, та донних відкладів, відібраних восени 2020 року.

         В якості тестового об'єкта використовували лабораторну культуру планктонних водоростей Desmodesmus communis (E.Hegewald) E.Hegewald. Тест - функцією була відтворюваність тестового об'єкта. Досліджуваними концентраціями були 1,0 мл • l^-1-10,0 мл • l^-1 та 1,0 г • l^-1-10,0 г • l^-1 [3], [4].

         Нами розроблено експрес-інструмент для оцінки якості водного середовища (води та відкладень) за яким результат оцінки екологічної якості води та відкладень визначається та включається відповідно до власної ваги (за вибором експерта) у якісну відповідь: стимулююче -> 100%; посереднє - 75% - 100%; токсичне- 50% - 75%; гостро-токсичне - 25% -50%; летальне - <25%.

          Остаточна оцінка якості водного середовища коливається від - <25% до> 100% від контрольних значень і відповідає 5 класам (Табл.1).

                   Таблиця 1. Шкала екологічної якості води та донних відкладень за допомогою біоаналізу на мікроводоростях

 

% від контролю	Колір	Екологічний статус класу	Характеристика водного середовища
> 100 %	Блакитний	Високий	Стимулюючий
75 % - 100 %	Зелений	Добрий	Неактивний
50 % - 74 %	Жовтий	Посередній	Токсичний
25 % - 49 %	Помаранчевий	Поганий	Гостротоксичний
- < 25 %	Червоний	Недоброякісний	Летальний

 

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

   Дослідження проводилися в українських прибережних водних масивах; зонах рекреації, портових, міських зливних стічних вод і зонах їх впливу. Результати біотестування українських прибережних водних масивів і шельфові зони ПЗЧМ різних за характером впливу абіотичних чинників і антропогенного завантаження представлені в таблицях 2 і 3.

Taблиця2. Зміни чисельності клітин Desmodesmus communis за дії морської води прибережної зони ПЗЧМ восени  2020 р. (% від контролю)

Тривалість експерименту (доба)
Досліджувані концентрації морської води, мл· л-1	1		3		5		7		10
	% від контролю	середні значення ірН	% від контролю	середні значення ірН	% від контролю	середні значення ірН	% від контролю	середні значення ірН	% від контролю		середні значення ірН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10		11
Дністровський район ПЗЧМ CW4    пляж Затока (поверхневий шар)
1,0 10,0	26,15 56,92	8,62 8,46	117,36 107,64	8,75 8,55	152,35 69,13	8,78 8,60	141,58 88,42	8,72 8,54	82,84 75,99		8,65 8,55
Дністровський район ПЗЧМ     CW5 Дача Ковалевського (поверхневий шар)
1,0 10,0	40,00 87,69	8,61 8,52	83,33 70,14	8,71 8,78	95,30 67,11	8,71 8,57	67,37 83,68	8,67 8,61	58,82 53,92		8,63 8,48
Дністровський район ПЗЧМ  CW5 пляж Аркадія (поверхневий шар)
1,0 10,0	44,61 50,77	8,63 8,52	146,53 174,31	8,80 8,88	221,48 276,51	8,90 8,86	274,74 190,53	8,73 8,88	674,02 370,59		8,72 8,68
Дністровський район ПЗЧМ CW5 Мис Малий Фонтан (поверхневий шар)
1,0 10,0	23,08 13,85	8,62 8,48	163,89 79,17	8,74 8,61	232,22 132,89	8,78 8,79	378,42 179,47	8,79 8,77	257,31 55,88		8,77 8,61
Дністровський район ПЗЧМ CW5 поблизу пляжу санаторію імені Чкалова (поверхневий шар)
1,0 10,0	43,07 46,15	8,62 8,51	145,83 104,17	8,64 8,63	157,05 167,11	8,84 8,70	138,42 190,53	8,68 8,81	62,25 355,39		8,78 8,76
Дністровський район ПЗЧМ CW5 пляж Дельфін (поверхневий шар)
1,0 10,0	40,00 14,62	8,53 8,53	226,39 421,53	8,82 9,03	381,21 570,47	9,01 9,06	565,79 620,53	9,05 8,80	686,27 700,00		8,53 8,60
Дніпровський район ПЗЧМ CW6 пляж Лузанівка(поверхневий шар)
1,0 10,	36,92 38,46	8,64 8,52	152,08 65,28	8,69 8,57	128,19 64,43	8,66 8,57	68,42 90,53	8,67 8,49	107,35 46,08		8,50 8,57
Дніпровський район ПЗЧМ CW6  Одеса порт (поверхневий шар)
1,0 10,0	29,23 70,77	8,62 8,49	53,47 89,58	8,69 8,55	87,92 71,15	8,78 8,52	71,58 61,05	8,64 8,45		33,83 30,88	8,58 8,46
Дніпровський район ПЗЧМ CW7 поблизу пляжу Коблево (поверхневий шар)
1,0 10,0	35,39 160,00	8,62 8,45	108,33 62,50	8,67 8,70	95,30 60,40	8,69 8,68	78,42 164,74	8,65 8,55		51,96 477,94	8,62 8,48
Дніпровський район ПЗЧМ CW7 поблизу порту Южний (поверхневий шар)
1,0 10,0	50,77 33,85	8,58 8,47	110,42 53,47	8,70 8,45	111,41 55,03	8,70 8,48	167,89 53,68	8,65 8,47		102,94 37,75	8,70 8,45
Контроль	100,00	8,64	100,00	8,61	100,00	8,71	100,00	8,73		100,00	8,74

 

       Отримані дані показують, що восени 2020 року в більшості вивчаємих районів не було токсичних речовин. Ці небезпечні забруднювачі знаходилися частіше в поверхневому шарі води зон портових, міських зливних стічних вод; районі змішування річкових і морських вод (табл. 1, 2).

       Восени речовини, що під час біотестування мали токсичний вплив на репродукцію D. сommunis, знаходилися у поверхневому шарі води масиву CW6 – райони Одеса порт (30,88-33,83 % від контролю) та Дача Ковалевського (53,92- 58,82 % від контролю). За екологічним статусом ці райони оцінівають як "задовільні".

Taблиця3. Зміни чисельності клітин Desmodesmus communis за дії екстрактів донних відкладень прибережної зони ПЗЧМ восени  2020 р. (% від контролю)

 

Тривалість експерименту (доба)
Досліджувані концентрації екстрактів донних відкладень, г· л1	1		3		7		10
	% від контролю	середні значення ірН	% від контролю	середні значення ірН	% від контролю	середні значення ірН	% від контролю	середні значення ірН
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Дністровський район CW4    пляж Затока
1,0 10,0	118,24 151,56	8,76 8,70	88,10 119,74	9,01 9,02	94,58 125,42	8,96 8,91	64,93 751,13	8,78 9,01
Дністровський район CW5 Мис Малий Фонтан
1,0 10,0	45,46 54,55	8,22 8,24	92,24 91,38	8,71 8,74	62,96 63,49	8,67 8,93	115,17 63,98	8,82 8,77
Дністровський район  CW5 пляж Аркадія
1,0 10,0	122,73 90,91	8,67 8,66	356,90 695,69	8,68 8,98	367,73 602,11	9,11 9,64	966,83 753,88	8,79 9,83
Дністровський район  CW5 Дача Ковалевського
1,0 10,0	81,81 363,63	8,21 8,27	78,45 120,69	8,35 8,81	68,79 287,50	8,80 8,93	37,44 772,99	8,78 8,98
Дністровський район  CW5 поблизу пляжу санаторію імені Чкалова
1,0 10,0	181,82 122,73	8,65 8,68	407,76 341,38	8,82 8,91	483,60 342,53	9,27 9,72	927,86 879,62	8,83 8,80
Дністровський район CW5 пляж Дельфін
1,0 10,0	122,73 68,18	8,29 8,28	182,76 70,69	8,74 8,76	83,07 34,39	8,75 8,69	156,40 23,70	8,58 8,60
Дніпровський район ПЗЧМ CW6 пляж Лузанівка
1,0 10,0	63,63 122,72	7,95 8,22	83,62 104,10	8,61 8,75	69,31 187,30	8,75 8,74	99,05 469,67	8,75 9,17
Дніпровський район ПЗЧМ CW6  Одеса порт
1,0 10,0	286,36 86,36	8,11 8,03	611,21 697,41	9,10 8,88	669,84 1023,80	9,77 9,34	1065,88 >1658,77	9,06 9,08
Дніпровський район ПЗЧМ  CW7 поблизу пляжу Коблево
1,0 10,0	113,64 131,82	8,67 8,68	131,90 308,62	8,91 8,77	87,30 296,83	8,74 8,83	617,54 753,08	8,90 8,95
Дніпровський район ПЗЧМ   CW7 поблизу порту Южний
1,0 10,0	59,10 1127,27	8,69 8,68	224,14 517,24	8,85 8,88	283,60 452,38	8,98 9,17	941,71 917,90	8,91 8,80
Контроль	100,00	8,78	100,0	9,06	100,00	9,78	100,00	9,84

        Чисельність клітин водорості тест-об`єкту була нижче  контрольних значень у мінімальних та максимальних концентраціях зразків поверхневого шару нижчезазначених водних масивів. Так у зразках з мінімальними концентраціями, відібраними у акваторії пляжів CW 7  Коблево (62,50 % від контролю), CW5 санаторію імені Чкалова (51,96 %). Відповідно, ці водні масиви відносяться до класів вод - "посередній-високий".       

       Також у максимальних концентраціях зразків поверхневого шару району CW 7  порт Южний - 37,75 % від контролю, пляж Лузанівка - 46,08 %. Екологічна якість цих водних масивів відповідає класам "високий - задовільний", та CW5 (пляж Мису Малий Фонтан-55,88 % від контролю)  - " високий - посередній".

       Поверхневий шар води масивів CW4 (пляж Затока) відносився до екологічного класу вод "добрий"; CW5 - пляжів Аркадія та Дельфін, відноситься до класу вод - "високий". У місцях розташування цих пляжів знаходилися речовини, які значно посилювали репродукційні здібності водорості тест - об`єкту (табл.2).

        Восени, під час досліджень якості екстрагованих забруднювачів донних відкладень відібраних у прибережній смузі моря частіше, ніж при біотестуванні якості її вод, спостерігався значний стимулюючий вплив забруднюючих сполук на репродукцію D. сommunis (особливо у відкладеннях відібраних пляжі санаторію імені Чкалова, Аркадія - CW5;  у порту Одеса - CW6; Коблево та порту Южний CW7 (табл.3.). Екологічна якість цих донних масивів відповідає класам "високий". Донні седименти району CW6 відносяться до екологічного класу - "добрий-високий".                 

      У донних відкладеннях прибережній смуги моря також була встановлена наявність токсичних речовин. Репродукція клітин водорості тест-об`єкту була нижче  контрольних значень у мінімальних та максимальних концентраціях екстрагованих зразків забруднювачів донних відкладень районів досліджень. Так у зразках з мінімальними концентраціями, відібраними у акваторіях пляжів CW4  Затока, чисельність клітин водорості становила 64,73 % від контролю, CW5 Дача Ковалевського - 37,44 %. Ці донні масиви відносяться до екологічних класів - "посередній-високий" та "задовільний-високий".        

      У варіантах з максимальними концентраціями  зразків донних відкладень району CW 7  порт Южний чисельність клітин D. сommunis складала 37,75 %, пляжу Лузанівка - 46,08 % та CW5 пляж Мису Малий Фонтан- 55,88 % від контролю. Екологічна якість цих масивів відповідає класам CW7 "високий - задовільний", та CW5 - " високий - посередній",відповідно.

     Донні седименти у CW5 (пляж Дельфін) у максимальних концентраціях мають значну токсичність та характеризуються як такі, що відносяться до екологічного класу ""високий -летальний" (табл.3).

      Протягом дослідів отримані значення змін рН контрольного та дослідного середовищ, де культивували тест-об'єкт, недостатні для висновків. Показники змін лужності дослідного середовища обумовлені багатьма чинниками: процесами життєдіяльності водорості та зміною забруднюючих речовин.

 

.

 ВИСНОВКИ

 

У осінній сезон 2020 року в біомоніторінгу вод української частини ПЗЧМ використовували метод біотестування, який дозволив дослідити вплив довкілля на фізіолого - морфологічні та кількісні показники стану тест-об’єкту (лабораторної культури мікроводорості D. сommunis). Було встановлено, що на екологічний стан прибережних акваторій ПЗЧМ впливали як антропогенні чинники, так і природні, що відобразилося на показниках репродукції та розвитку тест-об’єкту у досліджених середовищах.

Найгіршими екологічними властивостями для життєдіяльності гідробіонтів характеризувалися поверхневі шари води масивів CW5 пляжу Дача Ковалевського; CW 7 – пляжу Лузанівка та порту Южний. Токсичні речовини знаходилися також у поверхневих водах масивів CW5 - санаторію імені Чкалова; CW6 – район Одеса порт (30,88-33,83 % від контролю); акваторії пляжу CW7 – Коблево та у донних відкладеннях CW4 - пляжу Затока.

          Донні відкладення у максимальних досліджуваних концентраціях району CW5 - пляж Дельфін (23,70% від контролю) мали значну токсичність, та характеризуються як такі, що відносяться до екологічного класу "летальний."

         Поверхневий шар води масивів CW5 - пляжу  Аркадія та донні седименти району CW5- пляжів  Аркадія, санаторію імені Чкалова; CW6 - Одеса порт; СW7 – пляж Коблево та порт Южний містили речовини, які значно посилювали репродукційні здібності водорості D. сommunis  Екологічна якість цих донних масивів відповідає класам "високий".

      Проведені дослідження свідчать, що екологічний стан прибережних та відкритих акваторій Чорного моря потребує постійного екологічного моніторингу.

                                             

 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

 

1 Tsyban A.V. (1980 ) Guide to the methods of biological analysis of sea water and bottom sediments. Gidrometeoizdat,-.100-105. (in Rus.)

2 Gypsy A.V. (1988) Methodological foundations of integrated environmental monitoring of the ocean .Moscow branch of Gidrometeoizdat.--. 185-200. (in Rus.)

3 Lanskaya L. A. (1971) Cultivation of algae. Ecological physiology of marine planktonic algae .Kiev, Naukova Dumka,.- 5 - 21. (in Rus.)

4 Semenova O.A., Bazeljan V..L (2006) Toxicity assessment of bottom sediments of Lake Kugurluy by biotesting method .Black Sea Ecological Bulletin. 3, Part 1.-125 - 135. (in Rus.)

5 Ukrainian V.V, Krasota L.L., Semenova O.O., Rachinska O.V. (2018)  Estimation of the marine life rate by the methods of biotestation and bioindicating // The basic assessment and the value of the Good Ecological Camp (DES) of the marine center of the Black Sea within the limits of the exclusive European economic zone of Ukraine Odessa.--V. 3.--143. - Bibliogr .: p. 108-118. - No. DR 0118U006641. -Inv. No. 0219U101293 (in Rus.)