Анализ экологического состояния воды и донных субстратов методом биотестирования Семенова О.А.

Украинский научный центр экологии моря (УкрНЦЭМ)

  бульвар Французский, 89, 65009, Одесса-9, Украина

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

 электронная почта master_helga@ukr.net

ВСТУПЛЕНИЕ

Методом биотестирования на лабораторной культуре водоросли в осенний сезон 2020 проведено биомониторинг украинской части СЗЧМ. Актуальность работ по оценке качества черноморского окружающей среды методом биотестирования обусловлена необходимостью применения в морском мониторинга современных интегральных и экономически эффективных исследований, направленных на получение информации об изменениях экологического состояния чистых акваторий и находящихся под антропогенным воздействием.

MATEРИАЛЫ И METOДЫ       

       Моделирование влияния морской воды и экстрагированных загрязнителей донных отложений на морскую среду проводилось в лаборатории на популяции микроводоросли для оценки качества морской среды и донных отложений. Биотестирования проводили по общепринятой методике биотестирования на лабораторной культуре одноклеточной водоросли. Критерием токсичности были изменения в клетках водорослей, отражающие изменения количества и репродуктивную способность водоросли [1], [2]. Исследования проводились с образцами воды, преимущественно из поверхностного слоя из мест отбора проб, и донных отложений, отобранных осенью 2020 года.

         В качестве тестового объекта использовали лабораторную культуру планктонных водорослей Desmodesmus communis (E.Hegewald) E.Hegewald. Тест - функцией была воспроизводимость тестового объекта. Исследуемыми концентрациями были 1,0 мл • l-1-10,0 мл • l-1 и 1,0 г • l-1-10,0 г • l-1 [3], [4].

         Мы разработали экспресс-инструмент для оценки качества водной среды (воды и отложений) по которым результат оценки экологического качества воды и отложений определяется и включается в соответствии с собственного веса (по выбору эксперта) в качественный ответ: стимулирующее -> 100%; посредственное - 75% - 100%; токсичне- 50% - 75%; остро токсическое - 25% -50%; летальное - <25%.  Окончательная оценка качества водной среды колеблется от - <25% до> 100% от контрольных значений и соответствует 5 классам (табл.1).

     

 Таблица 1. Шкала экологического качества воды и донных отложений с помощью биоанализа на микроводоросли

       

% от контроля	Цвет	Экологический статус класса	Характеристики водной среды
> 100 %	Голубой	Высокий	Стимулирующий
75 % - 100 %	Зеленый	Хороший	Неактивний
50 % - 74 %	Жолтый	Посредственный	Токсичный
25 % - 49 %	Оранжевый	Плохой	Остротоксичний
- < 25 %	Красный	Недоброкачественный	Летальний

     

      РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

   Исследования проводились в украинских прибрежных водных массивах; зонах рекреации, портовых, городских сливных сточных вод и зонах их влияния.Результаты биотестирования украинских прибрежных водных массивов и шельфовой зоны СЗЧМ разных по характеру воздействия абиотических факторов и антропогенной нагрузки представлены в таблицах 1 и 2. Полученные данные показывают, что осенью 2020 году в большинстве исследуемых районов не было токсичных веществ. Эти опасные загрязнители находились чаще в поверхностном слое воды зон портовых, городских сливных сточных вод; районе смешивания речных и морских вод (табл. 1, 2).

 Taблица 2 Изменения численности клеток Desmodesmus communis под влиянием морськой воды прибрежной  зоны СЗЧМ осенью  2020г. (% от контроля)

Длительность эксперимента (сутки)
Изучаемые Концентрации морськой води, мл· л-1	1		3		5		7		10
	% от контроля	Средниеез начения ірН	% от контроля	Средниеез начения ірН	% от контроля	Средниеез начения ірН	% от контроля	Средниеез начения ірН	% от контроля	Средниеез начения ірН
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Днестровский район CW4    пляж Затока (поверхностный слой)
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
Днестровский район CW5 Дача Ковалевского (поверхностный слой)
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
Днестровский район  CW5 пляж Аркадия (поверхностный слой)
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
Днестровский район CW5 Мыс Малый Фонтан (поверхностный слой)
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
Днестровский район CW5 вблизи пляжа санатория имени Чкалова (поверхностный слой)
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
Днестровский район CW5 пляж Дельфин  (поверхностный слой)
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
Днепровский район CW6 пляж Лузановка (поверхностный слой )
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
Днепровский район CW6  Одесса порт (поверхностный слой)
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
Днепровский район CW7 вблизи  пляжа Коблево (поверхностный слой )
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
Днепровский район CW7 вблизи порта Южный (поверхностный слой)
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

 

          Осенью вещества, которые во время биотестирования имели токсическое воздействие на репродукцию D. сommunis, находились в поверхностном слое воды массива CW6 - районы Одесса порт (30,88-33,83% от контроля) и Дача Ковалевского (53,92- 58,82 % от контроля). Согласно экологическим статусам эти районы оциниваються как "удовлетворительные".

Taблица 3. Изменения численности клеток Desmodesmus communis под влиянием экстрактов донних отложений прибрежной зони СЗЧМ осенью  2020 р. (% от контроля)

Длительность эксперимента (сутки)
Изучаемые концентрации экстрактовдонных отложений, г· л-1	1		3		5		7
	% от  контроля	Средниеез начения ірН	% от контроля	Средниеез начения ірН	% от контроля	Средниеез начения ірН	% от контроля	Средниеез начения ірН
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Днестровский 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
Днестровский район CW5 Мыс Малый 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
Днестровский район CW5 пляж Аркадия
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
Днестровский район  CW5 Дача Ковалевского
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
Днестровский район CW5 вблизи пляжа санатория имени 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
Днестровский район CW5 пляж Дельфин
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
Днепровский район CW6 пляж Лузановка
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
Днепровский район CW6  Одесса 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
Днепровский район  CW7 вблизи пляжа 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
Днепровский район  CW7 вблизи порта Южный
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

 

             Численность клеток водоросли тест-объекта была ниже контрольных значений в минимальных и максимальных концентрациях образцов поверхностного слоя нижеуказанных водных массивов. Так в образцах с минимальными концентрациями, отобранными в акватории пляжей CW 7 Коблево (62,50% от контроля), CW5 санатория имени Чкалова (51,96%). Соответственно, эти водные массивы относятся к классам вод - "посредственный-высокий".

        Также в максимальных концентрациях образцов поверхностного слоя района CW 7 порт Южный - 37,75% от контроля, пляж Лузановка - 46,08%. Экологическое качество этих водных массивов соответствует классам "высокий - удовлетворительное", и CW5 (пляж Мыса Малый Фонтан-55,88% от контроля) - "высокий - посредственный".

 Поверхностный слой воды массивов CW4 (пляж Затока) относился к экологическому классу вод "хороший"; CW5 - пляжей Аркадия и Дельфин, относится к классу вод - "высокий". В местах расположения этих пляжей находились вещества, которые значительно усиливали репродукционные способности водоросли тест - объекта (табл.1).

       Осенью, во время исследований качества экстрагированных загрязнителей донных отложений отобранных в прибрежной полосе моря чаще, чем при биотестирования качества ее вод, наблюдался значительный стимулирующее влияние загрязняющих соединений на репродукцию D. сommunis (особенно в отложениях отобранных пляже санатория имени Чкалова, Аркадия - CW5, у порта Одесса - CW6; Коблево и порта Южный CW7 (табл.2).

Экологическое качество этих донных массивов соответствует классам "высокий". Донные седиментов района CW6 относятся к экологическому классу - "хороший-высокий".

       В донных отложениях прибрежной полосы моря также было установлено наличие токсичных веществ. Репродукция клеток водоросли тест-объекта была ниже контрольных значений в минимальных и максимальных концентрациях экстрагированных образцов загрязнителей донных отложений районов исследований. Так в образцах с минимальными концентрациями, отобранными в акваториях пляжей CW4 Затока, численность клеток водоросли составила 64,73% от контроля, CW5 Дача Ковалевского - 37,44%. Эти донные массивы относятся к экологическим классов - "посредственный-высокий" и "удовлетворительный-высокий".

        В вариантах с максимальными концентрациями образцов донных отложений района CW 7 порт Южный численность клеток D. сommunis составляла 37,75%, пляжа Лузановка - 46,08% и CW5 пляж Мыса Малый Фонтан- 55,88% от контроля. Экологическое качество этих массивов соответствует классам CW7 "высокий - удовлетворительное", и CW5 - "высокий - посредственный", соответственно.

       Донные седиментов в CW5 (пляж Дельфин) в максимальных концентрациях, имеют значительную токсичность, и характеризуются как такие, которые относятся к экологическому классу "" высокий -летальний "(табл.2).

       В течение опытов полученные значения изменений рН контрольной и  опытной сред, где культивировали тест-объект, недостаточны для выводов. Показатели изменений щелочности исследовательского среды обусловлены многими факторами: процессами жизнедеятельности водорослей и изменением загрязняющих веществ.

 

.

 ВЫВОДЫ

 

         В осенний сезон 2020 году в биомониторинге вод украинской части СЗЧМ использовали метод биотестирования, который позволил исследовать влияние окружающей среды на физиолого - морфологические и количественные показатели состояния тест-объекта (лабораторной культуры микроводоросли D. сommunis).

         Наихудшими экологическими свойствами для жизнедеятельности гидробионтов характеризовались поверхностные слои воды массивов CW5 пляжа Дача Ковалевского; CW 7 - пляжа Лузановка и порта Южный. Токсичные вещества находились также в поверхностных водах массивов CW5 - санатория имени Чкалова; CW6 - район Одесса порт (30,88-33,83% от контроля); акватории пляжа CW7 - Коблево и в донных отложениях CW4 - пляжа Залив.

        Донные отложения в максимальных исследуемых концентрациях района CW5 - пляж Дельфин (23,70% от контроля) имели значительную токсичность, и характеризуются как такие, которые относятся к экологическому классу "летальный".

        Поверхностный слой воды массивов CW5 - пляжа Аркадия и донные седиментов района CW5- пляжей Аркадия, санатория имени Чкалова; CW6-Одесса порт; СW7 - пляж Коблево и порт Южный содержали вещества, которые значительно усиливали репродукционные способности водоросли D. сommunis Экологическое качество этих донных массивов соответствует классам "высокий".

       Проведенные исследования показывают, что экологическое состояние прибрежных и открытых акваторий Черного моря требует постоянного экологического мониторинга.

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

 

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.)