Гидробионты — биоиндикаторы нефтяных загрязнений

В районах добычи нефти и газа постоянно существует опасность попадания нефти в водоемы. Нефть и нефтепродукты относятся к числу наиболее распространенных и опасных загрязняющих веществ. Токсичностью и мутагенностью обладают водорастворимые фракции нефти, в состав которой входят полициклические ароматические углеводороды. Действие нефти и нефтепродуктов многопланово: поверхностная пленка нефти задерживает диффузию газов из атмосферы в воду, нарушает газовый обмен водоемов, создает дефицит растворенного в воде кислорода. Нефтяные продукты и их производные, оса-ждаясь на дно, оказывают токсическое действие на бентосные организмы. Нефтяное загрязнение отрицательно сказывается на качестве воды и условиях обитания гидробионтов. При оценке последствий загрязнения нефтью водоемов необходимо учитывать реакции биологических систем. Беспозвоночные являются обязательным компонентом в экосистемах природных водоемов. Наиболее опасна нефть для организмов, находящихся на ранних стадиях развития.

По влиянию нефти на гидробионтов выделяют два типа загрязнений: нетоксичной органикой нефти и биогенами, вызывающими изменение показателей бентоса и токсическое влияние на сообщества организмов. Нефть не является специфическим токсикантом, поражающим какую-либо одну систему, она вызывает изменения в содержании белка, свободных нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

Устойчивость водных экосистем при токсическом действии нефти определяют тремя основными факторами:

• • эластичностью — адаптивность к высокой вариабельности факторов окружающей среды;
• • выносливостью — структурное, видовое и функциональное изобилие в экосистемах;
• • самоочищающей способностью, которая определяется гидрологическими свойствами — разведением, перемешиванием, и биогеохимическими — аккумуляцией, сорбцией, инактивацией, седиментацией и др.

Нефтяные углеводороды в концентрации от 0,05 до 0,5 мг/л не влияли на выживаемость организмов, если их токсическое действие не усугублялось действием других факторов. Практически во всех тканях наблюдались физиологические и биохимические изменения, которые приобретали необратимый характер при увеличении концентрации нефти от 0,5 до 50 мг/л. Многие гидробионты чувствительны к нефти в концентрациях ниже ПДК. Так, в воде с содержанием 0,1 мг/дм³ нефти (2 ПДК) рыба приобретает вкус нефти. По результатам исследований, наиболее устойчивыми к нефтяному загрязнению по показателю ЬС₅₀ являлись макрофиты, олигохеты, сеголетки карпа, хирономиды, моллюски, простейшие, мальки карпа, ракообразные, эмбрионы и личинки осетра (табл. 2.3).

Наиболее чувствительны к нефти по функциональным показателям являются эмбрионы и личинки осетра, ракообразные, моллюски, микроорганизмы, олигохеты, простейшие, мальки карпа, макрофиты и хирономиды.

Нефть в концентрации 0,025—0,1 г/кг вызывала стимуляцию сапрофитных и нефтеокисляющих микроорганизмов, торможение роста амфипод, личинок рыб и регенерацию червей, нарушала метаморфоз у хирономид, интенсивность дыхания у моллюсков и личинок карпа. Происходила смена ведущих видов хирономид — замена мелких форм на крупные устойчивые виды рода Chirori.om.us и массовое развитие олигохет.

Таблица 2.3

Сравнительная устойчивость и чувствительность гидробионтов по отношению к нефтезагрязнениям

При концентрации нефти 0,12—1 г/кг повышалась численность нефтеокисляющих микроорганизмов и снижались доля сапрофитов, плодовитость ракообразных и моллюсков, скорость деления простейших. Уменьшались приросты длины и массы ракообразных, хирономид, моллюсков, червей и рыб. Наблюдалась гибель ракообразных, эмбрионов и личинок рыб.

При концентрации нефти более 5 г/кг у выживших организмов (ряска, элодея, хирономиды) увеличивалось число хромосомных аберраций. Происходило нарушение водно-солевого обмена у моллюсков, биохимических, гематологических и гистологических показателей у рыб. Увеличивалось количество аномалий развития у эмбрионов и личинок осетра, хирономид и дрозофил.

Следовательно, используя шкалу видового разнообразия гидробионтов, можно оценить уровень нефтезагрязнений водоемов.

Концентрация нефти 29 мг/л в течение 2 ч вызывала острое отравление смарид; при 9 мг/л у рыб наступало хроническое отравление.

При изучении действия нефти на молодь осетра отмечалось изменение гематологических показателей при концентрациях нефти 0,1—23 мг/л. У рыб наблюдалась анемия. Выраженный токсический эффект проявлялся при концентрации 2,5— 10 мг/л. К концу опыта на 30-е сутки при концентрациях нефти 5 и 10 мг/л содержание гемоглобина в крови рыб снижалось. Углеводороды, аккумулированные в рыбе, передаются человеку как потребителю рыбной продукции, накапливаются в его организме, вызывая различные патологические процессы. Подробно исследованы особенности накопления более 70 химических элементов организмами фито- и зоопланктона на примере Белоярского водохранилища. Отмечались высокие коэффициенты накопления химических элементов зоопланктоном относительно фитопланктона, что делает перспективным использование зоопланктона для биогеохимической индикации загрязнений водных объектов. Токсическое влияние приводило к снижению уровня гемоглобина в зависимости от внесенной концентрации токсикантов. Влияние отсутствовало при концентрации нефти 0,2 г/кг и было максимальным при 0,8 г/кг.

В качестве биоиндикационных объектов нефтезагрязне-ний и нефтепродуктов использовались аквариумные рыбы гуппи. Гуппи заселяют стоячие водоемы Средней Азии и Америки и могут использоваться при биоиндикации нефти и нефтепродуктов в нефтедобывающих районах. Гуппи относятся к семейству пецилиевых, включающему живородящие виды. Оплодотворенная икра остается в фолликулах в течение беременности. После оплодотворения развивающийся эмбрион питается своими запасами и не нуждается в питании от матери.

В лабораторных условиях исследовали влияние нефти, бензина и минерализованных растворов на молодь гуппи Poecilia reticulata. В первой серии опытов исследовалось влияние нефти на молодь гуппи. В качестве загрязнителя использовали сырую нефть Лугинецкого месторождения, плотность которой составляет 0,7754 г/см³. Нефть содержит 0,3 % серы общей, 0,14 % воды, 2,8 % парафина, менее 2,0 ppm сероводорода и менее 1,0 ppm органических хлоридов. В аквариумы объемом 5 л вносили нефть с концентрацией 0,1; 0,3; 0,5; 0,8 мл/л. В аквариумы помещалось по 10 экземпляров молодых гуппи Poecilia reticulata.

Во второй серии опытов изучалось влияние минерализованных растворов на развитие гуппи. Использовались сеноманские растворы Среднеугутского месторождения хлоркальциевого типа, удельный вес — 1,011 г/см³, pH 7,4—7,7, плотность — 1,013 г/см³, вязкость — 18,8 мПа-c. В аквариумы объемом 5 л вносили растворы с концентрациями 50, 100 и 200 мл/л. В аквариумы помещалось по 10 экземпляров родившихся гуппи Poecilia reticulata.

В третьей серии исследовалось влияние бензина на родившихся гуппи. Изучалось влияние бензина АИ-95 с плотностью 0,750 г/см³, содержанием серы общей не более 0,05 %, объемной долей бензола не более 5 %, концентрацией смол не более 5 мг/100 см³, содержанием свинца 0,010 г/дм³. В аквариумы объемом 5 л с 10 молодыми особями рыб вносился бензин с концентрацией 0,1; 0,3; 0,5; 0,8 мл/л.

В результате действия нефти при концентрации 0,1 мл/л летальное действие на гуппи не наблюдалось, при концентрации 0,3 мл/л погибло 10 % молоди. При концентрации нефти 0,5 и 0,8 мл/л погибло 20 % рыб. Наблюдались отклонения в росте и морфологии животных.

Происходило искривление позвоночника рыб, недоразвитие жабр, отмечались повреждения в области плавников, деформации головного отдела, снижение активности и отставание в росте относительно контрольных представителей.

При хроническом влиянии минерализованных растворов на рост и развитие мальков гуппи при концентрациях 50, 100, 200 мл/л изменялись поведение, физиологическое состояние, морфологические показатели и выживаемость рыб. Минерализованные растворы приводили к аномалиям плавников, потере аппетита и снижению двигательной активности гуппи. Развивались заболевания: плавниковая гниль, ихтиофтириоз, плистофороз, гермафродизм, тетрахименоз, микобактериоз, красная парша. Процентное соотношение больных и здоровых рыб зависело от концентрации растворов.

Результаты исследований по влиянию бензина на рост и развитие гуппи показали, что появление мальков в контроле и в опыте началось в 1-е сутки эксперимента. Количество выжившей молоди в опытной серии составляло от 70 до 100 % в зависимости от концентрации бензина.

Анализ экспериментальных данных выявил изменения морфологических показателей гуппи при концентрациях бензина 0,5 и 0,8 мл/л. Бензин негативно влиял на рост и развитие молодых рыб. При концентрациях 0,5 и 0,8 мл/л бензина наблюдались искривление позвоночника, деформация головного отдела и плавников.

Таким образом, влияние нефти и нефтепродуктов приводило к морфологическим патологиям роста и развития рыб: аномалиям черепа, туловищного, хвостового отделов, повреждению жабр и плавников. Наблюдалось снижение выживаемости рыб, задержка в развитии. Аномалии плавников встречались в 30 % случаев при загрязнении бензином, в 25 % — при загрязнении сеноманскими растворами и в 35 % — при загрязнении нефтью. Задержки в развитии наблюдались в 25 % случаев. При действии сеноманских растворов отмечалось появление: анорексии — 16 %, сколеоза — 12 %, алкалоза — 11 %.

Наименее устойчивы к различным токсичным воздействиям молодые рыбы в стадии раннего онтогенеза в период перехода на активное питание. Ранний онтогенез рыб является периодом жизненного цикла, в течение которого организм наиболее подвержен влиянию внешних факторов. Следовательно, выявленные морфологические отклонения в развитии Гуппи можно использовать в качестве биоиндикаторов уровня загрязнений водоемов нефтью и нефтепродуктами.