Эколого-генотоксический мониторинг состояния водных экосистем на территории Оренбургской области 03. 02. 08 Экология
| Вид материала | Автореферат диссертации |
- Рыбные ресурсы эколого-токсикологический мониторинг, 514.35kb.
- Постановлением Правительства Оренбургской области от 20. 08. 2010 №551-пп «О стратегии, 2205.06kb.
- Постоянно действующая выставка оренбургской области, 48.55kb.
- Оценка экологического состояния озер р-на, 617.04kb.
- Тема: Транспортный налог, 34.2kb.
- Рабочая программа дисциплины «экология гидробионтов» Код дисциплины по учебному плану, 130.55kb.
- Зоопланктон разнотипных водных экосистем бассейна верхней оби, 420.52kb.
- Паспорт программы основание для разработки Распоряжение Губернатора Оренбургской области, 463.88kb.
- 1. Организовать ежегодный мониторинг социально-экономического развития муниципальных, 436.74kb.
- Правила пограничного режима на территории Оренбургской области, 223.77kb.
Рис. 1. Временная динамика среднерегиональных показателей ИНМ (мг/кг) ДО
Временные изменения в содержании металлов-сорбентов (Fe, Mn) имели разную тенденцию: концентрации Fe возросли в водных экосистемах всех регионов области в 1,4 раза (при р≤0,05) –1,5 раза (при р≤0,01), в то время как в содержании Mn отмечено снижение в 1,7 раза в грунтах Западного (при р≤0,01) и незначительное понижение в ДО Центрального региона, и увеличение в 1,7 раза на Урале и Сакмаре в районе Оренбурга (при р≤0,01).
В 2007 г. произошло увеличение содержания Cr в ДО Западного (в 1,6 раза, при р≤0,05) и Центрального (в 1,1 раза) регионов и снижение в грунтах Урала и Сакмары в районе Оренбурга. В межгодовой динамике содержания Cu в грунтах не выявлено четких закономерностей. Средние концентрации Zn в ДО водных экосистем всех регионов области в 2007 г. были ниже их значения в 2004 г., но достоверное понижение (при р≤0,05) в 3,5 раза произошло лишь в районе Оренбурга. Содержание Pb в грунтах снизилось в 2007 г. и было на уровне установленных среднеобластных показателей (15 мг/кг) (Боев В.М. и др., 2002). В ДО водоемов и водотоков области резких колебаний средних концентраций Ni не отмечено, но выявлена тенденция к возрастанию его содержания на всей территории области.
Таким образом, с 2004 по 2007 гг. в ДО водных экосистем всех регионов произошло увеличение средних концентраций Fe и Ni, а в Центральном повысилась и концентрация Cr, в Западном - Cr и Cu, а в районе Оренбурга, помимо Fe и Ni, почти в 2 раза возросло содержание Mn.
Для оценки экологического состояния водных экосистем предложены экологические нормативы для ДО, принятые в Нидерландах, при отсутствии их превышения условно считается, что экосистеме не наносится ущерба (Волга в Череповце…, 1996), т.е. она экологически благополучна. Суммарная нагрузка (Ксум) тяжёлыми металлами была рассчитана в долях от экологических ПДК (МР «Комплексное определение антропогенной нагрузки на водные объекты…», 1996; МУ «Гигиеническая оценка качества почвы населённых мест», 1999).Установлено, что в оба года исследования содержание Cr, Pb, Cu, Zn, Hg, Cd, как правило, не представляло опасности для экологического состояния водотоков и водоемов Оренбургской области, т.к. их Кс на большинстве станций были менее 1. Наибольший вклад в суммарную нагрузку ТМ вносил коэффициент концентрации Ni, среднерегиональные значения которого либо приближались, либо были выше 1 в оба года исследования.
В целом Ксум в 2004 г. изменялась в широких пределах (от 0,326 на ст 34, р. Кумак Новоорский район до 8,152 на ст 37.3 «Очистные сооружения»), что свидетельствует о значительных различиях в экологическом состоянии водных экосистем в этот год исследования. Наиболее напряженная экологическая ситуация установлена 44% ст в Центральном регионе, 36,4% ст Западного и 50% ст Восточного, где Ксум превышала среднерегиональный показатель. На Урале и Сакмаре в районе Оренбурга процент таких станций составил лишь 14,3%, но на ст «Очистные сооружения» показатель Ксум был самым высоким и превысил среднерегиональное значение в 2,3 раза. Выявлены достоверные различия (р≤0,05): в районе Оренбурга Ксум выше в 1,9 раза, а в Центральном регионе в 1,4 раза по сравнению с Восточным.
В 2007 г. суммарная нагрузка ТМ в долях от экологических нормативов для ДО изменялась от 1,82 (ст 7, р. Самара Бузулукский р-н, Западный регион) до 4,59 (ст 1, р. Самара Переволоцкий р-н, Центральный регион). Водотоки Центрального региона были подвержены большей антропогенной нагрузке чем Западного, достоверные различия не выявлены. Сравнения Ксум ТМ водных экосистем относительно среднерегионального показателя показало его превышение на 40% станций Центрального региона и в районе Оренбурга, а также на 33,3% станций Западного, что совпадает с данными предшествующего года исследования.
Два срока отбора проб ДО позволили дать оценку произошедшим изменениям экологического состояния водных экосистем на территории Оренбургской области за период с 2004 по 2007 гг.
Рис. 2. а). Межгодовая динамика б). Изменения процента
Ксум в долях от экологических ПДК станций с превышением среднерегиональной Ксум
Среднерегиональные значения нагрузки ТМ в долях от экологических ПДК для ДО стали незначительно выше для водных экосистем Центрального и Западного регионов области (рис 2а) за счет увеличения Кс Ni, однако процент водотоков и водоёмов с большей нагрузкой ТМ, чем средняя Ксум для региона, остался на прежнем уровне (рис 2б), что говорит о неизменности экологического состояния водных экосистем на данных территориях. Снижение же Ксум в 2007 г. в районе Оренбурга не может свидетельствовать об улучшении экологической ситуации, т.к. высокий показатель Ксум в 2004 г. был обусловлен сбросом недостаточно очищенных сточных вод в районе «Очистных сооружений», а в 2007 г. превышение средней для Оренбурга величины Ксум, было отмечено также и на р. Сакмаре, в районе «Автомобильного моста».
Таким образом, не смотря на установленное нами повышение концентраций ряда ТМ, ухудшения экологического состояния водных экосистем области не произошло, т.к. их содержание не достигало уровней экологических ПДК для ДО.
Оценка водорастворимой компоненты неорганического загрязнения
водотоков и водоёмов Оренбургской области
В водной вытяжке донных отложений (ВВДО) экосистем Оренбургской области выявлен широкий спектр химических элементов (69). Результаты анализа показали превышение различных нормативов в содержании 12 (Ca, Ba, Fe, Mo, Cu, Se, Hg, Zn, Mn, V, Ti, Al) из 32 химических элементов, для которых имеются нормативы (СаНПиН 2.1.4.1074-01; Guidelines for drinking…,1983). Ранее выполненными исследованиями установлены превышения ПДКр.х по Al, Ti, V, Mn, Fe и Zn (Иванова И.Ю., 2008, 2009).
О
бщая химическая нагрузка ВВДО на станциях колебалась в широких пределах (от 155,842685 мг/л до 364,039997 мг/л). Установлены достоверные различия в общей химической нагрузке ВВДО (при р≤0,05): в районе Оренбурга в 1,4 раза ниже, чем в Центральном, и 1,5 раза ниже, чем в Восточном (рис 3). Выявленный широкий спектр неорганических загрязнителей в ВВДО вызвал необходимость классифицировать их на группы, что позволило впервые оценить различия в нагрузке разными группами поллютантов водных экосистем на территории Оренбургской области. Элементы бы- Рис. 3. Сравнение общей химической нагрузки ВВДО ли разделены на 5 групп: редкоземельные металлы; 2- щелочные и щелочноземельные металлы; 3- неметаллы; 4- металлы, которые в свою очередь были разделены на 2 подгруппы: 4а- тяжелые металлы, утвержденные для проведения экологических исследований; 4б- прочие химические элементы металлической природы (Ахметов Н.С., 1998; Будников Г.К., 1998).
Таблица 2
Ранжирование химических элементов на группы
| Редкоземе льные металлы | Щелочные и щелочноземельные металлы | Неметаллы | Металлы | |
| ТМ | Прочие металлы2 | |||
| Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Yb , Lu | Na, Mg, K, Ca, Rb, Cs, Ba | Si, P, S, Cl, Br, I | Fe, Mo, Co, Bi, V, As, Cu, Zn, Pb, Ni, Sn, Cr, Mn, Hg, Cd, Sb, Se, Ag, Pt, W, Au, Sr | Al, Ti, Ga, Ge, Zr, Nb, Ru, Rh, Pd, In, Te, Hf, Ta, Re, Os, Ir, Tl, Th, U |
1. ТМ (используемые при экологических исследованиях (Будников, 1998)) ; . Металлы, не обозначенные как ТМ при проведении экологических исследований
Анализ содержания редкоземельных металлов (РЗМ) для водных экосистем Оренбургской области показал, что средний индекс нагрузки широко варьировал (от 7,3*10 -4 мг/л до 1*10 -2 мг/л), наибольшее его значение выявлено в водных экосистемах Восточного региона, а наименьшее Центрального, где на 64,7% станций он был ниже среднерегионального. В Западном регионе на отдельных станциях нагрузка РЗМ различалась на порядок: от 2,7 *10-3 мг/л (ст 7, р. Домашка г. Бузулук) до 2,1*10-4 мг/л (ст 5, р. Чаган Первомайский р-н). Полученные результаты свидетельствуют о повсеместном поступлении металлов этой группы в водотоки и водоемы области, достоверных различий между регионами не установлено.
Из группы щелочных и щелочноземельных металлов выявлены превышения по ряду нормативов: содержание Са превышало ПДК для питьевой воды ЕС на 100% станций, а среднее содержание Ва во всех регионах было ниже ПДК для воды хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, но в каждом регионе, за исключением Оренбурга, отмечены станции с более высокими его показателями (в Восточном - 33,3%, в Западном – 27,3%, в Центральном – 17,64%). Средняя нагрузка водных экосистем металлами этой группы имеет такую же закономерность, как содержание Са и Ва, что свидетельствует об их равномерном распределении в водных экосистемах на территории области.
Низкая средняя нагрузка неметаллами, также как щелочными и щелочноземельными металлами, отмечена в ВВДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга и обусловлена минимальными средними концентрациями P, S, Cl, Br, I. Индекс нагрузки был в 1,5 ниже чем в Центральном и в 1,8 раза чем в Восточном регионах, в последнем отмечается одинаковое максимальное их поступление в водотоки.
Из группы тяжёлых металлов ( ТМ) выявлено превышение различных нормативов по Fe, Mo, V, Cu, Mn, Hg, Se, Zn.
Содержание Fe и Mn повсеместно превышали используемые в работе нормативы. Наиболее высокие концентрации железа обнаружены на ст 22, р. Юшатырь Октябрьский р-н, превышающие ПДКр.х. в 33 раза, ПДК для хозяйственно-питьевой воды в 11 раз, и на ст 7, р. Домашка г. Бузулук – превышение ПДК, соответственно, в 10,4 и 3,5 раза.
Содержание Mo в ВВДО было выше ПДКр.х.: в Восточном регионе - на 100% изученных станций, что и обусловило максимальную среднерегиональную концентрацию металла, превышающую ПДКр.х в 2,5 раз. На Урале и Сакмаре в районе Оренбурга превышение отмечено лишь на 35,7% станций, что и определило минимальный средний показатель Мо.
Водорастворимая составляющая часть V на всех исследованных станциях была выше ПДКр.х., а Cu - ПДКр.х, ПДК ЕС и ВОЗ. В водных экосистемах Центрального региона концентрация Cu была максимальной и превышала ПДКр.х в 17,9 раз и ПДК ЕС и ВОЗ в 9 раз, а наименьшая - в районе Оренбурга, но и она выше ПДКр.х в 9,1 раз, ЕС и ВОЗ в 5,6 раз.
Среднерегиональное содержание Se, за исключением Урала и Сакмары в районе Оренбурга, было выше ПДКр.х. Между водными экосистемами регионов выявлены достоверные различия (при р≤0,05) в его содержании: в Восточном в 1,3 раза выше, а в ДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга в 2,0 раза ниже, чем в Центральном регионе.
Концентрации Hg повсеместно превышали ПДКр.х, за исключением станции 39.3 «Водозабор» на р. Урал. Наиболее низкое содержание Hg было характерно для водных экосистем Западного региона, где оно было ниже нормативов ЕС и ВОЗ, в то время как в Центральном регионе их превышение выявлено на 58% станций, а в Восточном - на 100% изученных экосистем, (рис 4). Максимум в содержании Hg зафиксирован на ст 23, р. Сакмара Сакмарский р-н, превышающий ПДКр.х в 11 204 раза, ПДК для хозяйственно-питьевой воды – в 224, ПДК ЕС и ВОЗ – в 112 раз.
Таким образом, полученные результаты выявили широкое распространение Hg в водных экосистемах области, а наиболее неблагоприятная ситуация по загрязнению Hg отмечена для Восточного региона, относительно благополучными можно считать водоёмы и водотоки Западного региона.
Рис. 4. Процент станций в регионах области с превышением ПДК по ртути
В содержании Zn в ВВДО выявлено превышение только ПДКр.х., процент таких водных экосистем по регионам имел незначительные отличия. На ст 22, р. Юшатырь Октябрьский р-н содержания цинка в ВВДО превысило ПДКр.х в 115,6 раза, хотя в цельном грунте концентрация металла была низкой, вероятно, это можно объяснить присутствием в ДО цинка в виде хорошо растворимых солей, например: Zn(ClO4)* H2O, ZnSO4, ZnSO4 * 7H2O, Zn(NO3)2 *Н2О, Zn(CHCOO)*2Н2О (Нахшина Е.П., 1985), поэтому аккумуляция в твердой фазе была слабой.
В целом, анализ содержания тяжёлых металлов по их суммарному индексу показал, что на изученных станциях нагрузка ТМ ВВДО изменялась в широких пределах (от 0,577303 мг/л до 5,702086 мг/л), но достоверные различия между регионами в их содержании не выявлены. Наиболее высокая среднерегиональная нагрузка ТМ отмечена в Центральном регионе.
Из элементов, отнесённых нами к 4б группе ПДК разработаны для алюминия, титана, теллура и урана. Содержание Te на всех станциях было ниже ПДКр.х., в то время как концентрации Ti, за исключением Урала и Сакмары в районе Оренбурга, превышали данный норматив.
В содержании Al отмечено превышение нормативов ЕС и ВОЗ в водных экосистемах всех регионов: в Восточном - на 50% ст, в районе Оренбурга - на 28,6% станций, в Центральном - на 17,6% станций, в Западном - на 18,2%.
ПДКр.х было превышено на 100% станций Восточного региона, что и обусловило максимальную среднюю концентрацию Al, превышающую данный норматив в 5,25 раза. Низкие концентрации металла характеризовали водные экосистемы Центрального региона, но и они были выше ПДКр.х в 3,2 раза..
ДО, отобранные в Восточном регионе области, были представлены песчаными фракциями, которые из-за пониженных сорбционных свойств способствуют более лёгкому переходу поллютантов в водную среду и минимальному их накоплению в ДО (Овсяный Е.Н., 2003), что, вероятно, и явилось причиной наиболее высоких концентраций водорастворимых форм химических элементов в ВВДО (ИН неметаллами, РЗМ, щелочными и щелочноземельными металлами, а также металлами, не обозначенными как ТМ при проведении экологических исследований). Также выявлены максимальные средние концентрации Al, U, Mo, Mn и Se, а содержание Hg превышало все установленные нормативы на всех водных экосистемах.
Для ВВДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга были отмечены низкие средние индексы нагрузки неметаллами, щелочными и щелочноземельными металлами и ТМ, кроме того, выявлены минимальные средние концентрации Ti, U, Fe, Mo, V, Cu, Mn и Se. Тот факт, что в районе крупного промышленного города содержание ряда загрязняющих веществ было минимальным, можно объяснить низкой способностью ДО к аккумуляции загрязнителей, что, по-видимому, обусловлено низким содержанием органического вещества.
Пространственная и временная динамика генотоксической активности донных отложений водных экосистем на территории Оренбургской области
На первом этапе работы был выявлен широкий спектр неорганических загрязнителей в водных экосистемах на территории Оренбургской области. В исследованиях Ивановой И.Ю. (2008, 2009 гг.) было показано наличие токсических воздействий цельного грунта и ВВДО городских участков водотоков Оренбургской области на различные биологические тест-объекты (Ceriodaphnia affinis, Chironomus riparius Meigen, Lactuca sativa L.). Известно, среди токсикантов есть загрязняющие вещества из группы генотоксикантов, оказывающих различные формы тератогенной и мутагенной изменчивости у живых организмов, в том числе, и человека, что и обусловило необходимость проведения исследований по оценке генотоксического загрязнения в водных экосистемах Оренбургской области.
Используемый в рамках исследования набор тестов в 2004 г. не выявил наличие генотоксического загрязнения на большинстве изученных водных экосистем Западного региона (табл 3), однако на 18,2% станций (ст 4, р. Иртек Ташлинский р-н и 35, р. Сухоречка Тоцкий р-н) ДО проявляли генотоксичность по отношению к Dr.melanogaster, что свидетельствует о широком спектре генотоксикантов в грунтах рек, способных вызывать генные, хромосомные и геномные мутации в генеративных клетках, в дальнейшем приводящих к ДЛМ.
В Центральном регионе области на 33,3% исследуемых станций ДО проявляли генотоксичность хотя бы в одном тесте (табл 3). Видимые мутации у Ch. vulgaris индуцированы водной вытяжкой ДО только ст. 29, р. Самара Новосергеевского р-на (кратность превышения контроля - 1,75). О наличии в ДО региона промутагенов, приобретающих МА в процессе метаболизма в многоклеточном растительном организме, свидетельствует тот факт, что на 25,0% исследованных станций были зарегистрированы хромосомные аберрации в меристеме Al. cepa. МА на всех водотоках характеризовалась как «слабая». Доминантные летальные мутации (Dr.melanogaster) зафиксированы на 12,5% станций, колебания в их частоте были значительными: максимальная (32,67±3,32*% при контроле 3,63±0,79%) установлена на ст 19, р. Илек Акбулакского р-на (кратность превышения контроля - 9 и соответствовала «средней» МА), а минимальная кратность превышения контроля (0,6) выявлена на ст. 3, р. Илек Илекского р-на. Полученные данные показывают, что спектр и количество промутагенов изменяются на протяжении р. Илек. К самым загрязненным водотокам Центрального региона по наличию мутагенов, помимо Илека, относится и р. Малая Хобда Акбулакского р-на, где «слабая» МА отмечена в тестах учёта ХА и ДЛМ. Наиболее чистым водоемом в 2004 г. было Черновское вод-ще Илекского р-на, ДО которой не проявили мутагенность, что вероятно, можно объяснить тем, что ДО представлены привозным песком.
Таблица 3
Оценка мутагенной активности ДО (2004 г)
| № ст | Название станции | Тест ВМ у Ch. vulgaris | Тест ХА у Allium сepa | Тест ДЛМ у Dr. melanogaster | СИМА | |||||
| Кр-ть пр-ния к-ля | ВМА, балл | Прев-ние к-ля, % | ВМА, балл | Кр-ть пр- ния к-ля | ВМА, балл | | ||||
| Западный регион | | |||||||||
| 4 | р. Иртек Ташлинский р-н | 1,13 | 0 | 7,19 | 0 | 7 | 2средняя | 2 | ||
| 5 | р. Чаган Первомайский р-н | 1,10 | 0 | 5,93 | 0 | 2,5 | 0 | 0 | ||
| 6 | р. Бузулук Курманаев. р-н | - | | 2,6 | 0 | 2,8 | 0 | 0 | ||
| 7 | р.Домашка г. Бузулук | 0,9 | 0 | 4,16 | 0 | 5,5 | 0 | 0 | ||
| 8 | р.Самара г.Бузулук | 1,77 | 0 | 4,89 | 1слабая | 2,7 | 0 | 1 | ||
| 9 | р.Ток Грачевский р-н | 1,33 | 0 | 5,73 | 0 | 2 | 0 | 0 | ||
| 10 | р.Ток Красногвардейский р-н | - | | 2,1 | 0 | 2,6 | 0 | 0 | ||
| 17 | р.Кинель г. Бугуруслан | 0,68 | 0 | 4,38 | 0 | 6 | 0 | 0 | ||
| 18 | р.Терис Абдулинский р-н | 1,34 | 0 | 3,52 | 0 | 5,4 | 0 | 0 | ||
| 25 | р. Самара Сорочинский р-н | 0,56 | 0 | 4,89 | 0 | 1,4 | 0 | 0 | ||
| 35 | р.Сухоречка Тоцский р-н | 0,59 | 0 | 3,28 | 0 | 7 | 2средняя | 2 | ||
| | Восточный регион | | ||||||||
| 24 | р.Орь г. Орск | 0,45 | 0 | 2,71 | 0 | 5 | 0 | 0 | ||
| 27 | р.Урал Новотроицкий р-н | 0,8 | 0 | 3,95 | 0 | 4,9 | 1слабая | 1 | ||
| 28 | оз.Теплое г. Новотроицк | 1,76 | 1слабая | 5,78 | 1 слабая | 0,96 | 0 | 2 | ||
| 31 | р.Губерля Новотроицкий р-н | 1,63 | 1слабая | 5,77 | 0 | 4,8 | 1 слабая | 2 | ||
| 32 | р.Урал г. Новотроицк | 0,79 | 0 | 5,07 | 0 | 9,4 | 0 | 0 | ||
| 34 | р.Кумак Новоорский р-н | 1,59 | 1слабая | 4,33 | 0 | 7,3 | 2 средняя | 3 | ||
| | Оренбург | | ||||||||
| 36.1 | р.Сакмара 03.08.04 | 0,65 | 0 | 5,07 | 1слабая | 1,7 | 0 | 1 | ||
| 36.2 | р.Сакмара 02.09.04 | 1,42 | 0 | 1,61 | 0 | 1,8 | 0 | 0 | ||
| 36.3 | р.Сакмара 23.09.04 | 0,43 | 0 | 1,14 | 0 | 1,03 | 0 | 0 | ||
| 37.1 | р.Урал Очистные соор.03.08.04 | 1,12 | 0 | 2,97 | 0 | 4,3 | 1слабая | 1 | ||
| 37.2 | р.Урал. 02.09.04 | 1,64 | 0 | 3,85 | 0 | 3,2 | 1слабая | 1 | ||
| 37.3 | р.Урал 23.09.04 | 0,56 | 0 | 4,05 | 0 | 2,3 | 0 | 0 | ||
| 38.1 | р.Урал Железнод. мост 03.08.04 | 2,06 | 1слабая | 0,79 | 0 | 2,4 | 1слабая | 2 | ||
| 38.2 | р.Урал 02.09.04 | 0,91 | 0 | 1,64 | 0 | 1,1 | 0 | 0 | ||
| 38.3 | р.Урал 23.09.04 | 1,10 | 0 | 2,84 | 0 | 3 | 1слабая | 1 | ||
| 39.1 | р.Урал Водозабор 03.08.04 | 2,28 | 1слабая | 1,61 | 0 | 1,9 | 0 | 1 | ||
| 39.2 | р.Урал 02.09.04 | 0,82 | 0 | 3,06 | 0 | 1,1 | 0 | 0 | ||
| 39.3 | р.Урал 23.09.04 | 1,76 | 0 | 4,6 | 0 | 3,6 | 1слабая | 1 | ||
| 40.1 | Старица р. Урал 02.09.04 | 1,79 | 0 | 2,97 | 0 | 2,4 | 0 | 0 | ||
| 40.2 | Старица р.Урал 23.09.04 | 2,28 | 1слабая | 3,63 | 0 | 3,4 | 1слабая | 2 | ||
| | Центральный регион | |||||||||
| 1 | Никольский к-р Переволоцкий р-н | 0,6 | 0 | 2,63 | 0 | 5 | 0 | 0 | ||
| 2 | Черновское вод-ще Илекс р-н | 0,39 | 0 | 5,37 | 0 | 1,4 | 0 | 0 | ||
| 3 | р. Илек Илекский р-н | 1,41 | 0 | 5,52 | 1слабая | 0,6 | 0 | 1 | ||
| 11 | р. Молочай Александр. р-н | 0,88 | 0 | 4,58 | 1слабая | 3,1 | 0 | 1 | ||
| 12 | р.Биткул Александровск р-н | 1,2 | 0 | 4,76 | 0 | 0,8 | 0 | 0 | ||
| 13 | р.Неть Шарлыкский р-н | 0,73 | 0 | 5,15 | 1слабая | 6 | 0 | 1 | ||
| 14 | р.Салмыш Шарлыкский р-н | 0,90 | 0 | 3,11 | 0 | 5,6 | 0 | 0 | ||
| 15 | р.Юшатырка Октябрьск р-н | 0,72 | 0 | 4,22 | 0 | 1,1 | 0 | 0 | ||
| 16 | р.Юмал-Юшатырь Тюльганск. р-н | 1,24 | 0 | 0,32 | 0 | 1,7 | 0 | 0 | ||
| 19 | р. Илек Акбулакский р-н | 0,8 | 0 | - | | 9 | 2средняя | 2 | ||
| 20 | р.Самара Новосергеевcк р-н | 1,22 | 0 | 3,4 | 0 | 4 | 0 | 0 | ||
| 21 | оз. Королев Сакмарский р-н | 0,84 | 0 | - | | - | | 0 | ||
| 22 | р.Юшатырь Октябрьск р-н | 0,72 | 0 | 5,22 | 0 | 1 | 0 | 0 | ||
| 23 | р. Сакмара Сакмарский р-н | 0,27 | 0 | 6,98 | 0 | 1,06 | 0 | 0 | ||
| 26 | р. Б. Юшатырь Октябрьск.р-н | 1,5 | 0 | 3,59 | 0 | | | 0 | ||
| 29 | р. Самара п.Новосергеевка | 1,75 | 1слабая | 6,6 | 0 | 4,4 | 0 | 1 | ||
| 30 | р. Малая Хобда Акбулак. р-н | 1,13 | 0 | 4,93 | 1 слабая | 3,2 | 1 слабая | 2 | ||
| 33 | р. Каргалка Сакмарский р-н | 0,88 | 0 | - | | - | | 0 | ||
- нет данных
Все пробы ДО р. Урала и Сакмары в районе Оренбурга хотя бы в одном из используемых нами тестов проявляли мутагенную активность (табл 3), т.е. содержали генотоксиканты, а выявленная мутагенная активность ДО ст «Очистные сооружения» позволяет предположить, что применяемые технологии очистки сточных вод не достаточно эффективны в плане освобождения их от генотоксикантов, а присутствие мутагенов в ДО ст «Водозабор» свидетельствует о генотоксической опасности здоровью населения Оренбурга.
Результаты анализа мутагенной активности ДО водных экосистем Восточного региона показали, что 66,64% исследуемых станций проявляли генотоксичность хотя бы в одном тесте (табл 3). ВМ у Ch. vulgaris и ДЛМ у Dr.melanogaster индуцированы водной вытяжкой ДО на 50% изученных станций, ХА в меристеме Al. cepa - на 16,7%. Наибольшая МА ДО зарегистрирована на ст 34, р. Кумак Новоорский р-н. Относительно чистым водотоком Восточного региона по содержанию генотоксикантов была р. Орь в районе г. Орска, где отмечена низкая частота генетических нарушений в тестах учёта ВМ и ХА.
В 2004 г. загрязнение водных экосистем Оренбургской области генотоксикантами можно назвать высоким, т.к. на 42,85 % всех изученных станций ДО обладали генотоксичностью по отношению к какому-либо тест-объекту (21 станция из 49 изученных).
Наиболее напряженная генотоксическая ситуация отмечена для водных экосистем Восточного региона области, где процент станций с МА был самым высоким и регистрировались разнообразные типы генетических нарушений (рис 5).
Видимые мутации у Ch. vulgaris индуцированы ДО 7 ст из 49 изученных: они не зарегистрированы в Западном регионе, а в Восточном зафиксированы на 50% станций, где на ст 28, оз.Теплое в г. Новотроицке наблюдалось и максимальное достоверное превышение контроля.
Хромосомные аберрации у Al. cepa вызывали ДО также 7 станций, в которых содержались промутагены, приобретающие МА в многоклеточном растительном организме и активизирующие хромосомные мутации типа делеций и транслокаций. Максимальный уровень ХА (6,64±0,89*% при контроле 0,86±0,52%) зафиксирован также на ст 28 оз. Теплое г. Новотроицк в Восточном регионе.
Рис. 5. Сравнение регионов по типам мутаций (2004 г.)
На 13 из изученных экосистем ДО проявили генотоксичность по отношению к Dr.melanogaster, вызывая доминантные летальные мутации. В большей степени они индуцированы ДО Восточного региона, а также Урала и Сакмары в районе Оренбурга (рис 5). Максимальное достоверное превышение частоты ДЛМ (25,29±7,68*% при контроле 3,63±0,79%, кратность превышения контроля 7) отмечено на ст 4, р. Иртек Ташлинский р-н в Западном регионе.
К самым загрязненным по наличию генотоксикантов водным экосистемам области отнесены в Центральном регионе р. Малая Хобда, Илек, а в Восточном – р. Губерля и оз. Тёплое, в ДО которых выявлен широкий спектр мутагенов и промутагенов, способных индуцировать различные типы мутаций: генные, геномные и хромосомные. Не было отмечено станций, ДО которых проявили бы генотоксичность по отношению к трем тест-объектам с явно выраженной МА.
Оценка МА ДО, отобранных в 2007 г. на водотоках и водоемах Западного и Центрального регионов проводилась с помощью двух тест-объектов (Ch. vulgaris и Al. сepa), а ДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга дополнительно и с помощью метода учета ДЛМ у Dr. melanogaster.
Таблица 4
Оценка мутагенной активности ДО (2007 г)
| № ст | Название станции | Тест ВМ у Chlorella vulgaris | Тест ХА у Allium сepa | Тест ДЛМ у Dr. melanogaster | СИМА | |||
| Кр-ть пр-я к-ля | ВМА, балл | Пр-ние к-ля, % | ВМА, балл | Кр-ть пр- ния к-ля | ВМА, балл | |||
| Центральный регион | ||||||||
| 1 | р. Самара Переволоцк. р-н | 1,97 | 1слабая | 1,95 | 0 | - | | 1 |
| 2 | р. Кувай Новосергеевск р-н | 2,2 | 0 | 8,70 | 1слабая | - | | 1 |
| 3 | р. Самара Новосергеев. р-н | 2,89 | 2средняя | 6,87 | 1слабая | - | | 3 |
| 10 | р. М.Уран Александров.р-н | 1,79 | 0 | 4,16 | 0 | - | | 0 |
| 11 | р. Молочай Александр.р-н | 2,85 | 2средняя | 3,58 | 0 | - | | 2 |
| 12 | р. Неть Шарлыкский р-н | 1,47 | 0 | 2,28 | 0 | - | | 0 |
| 13 | р. Салмыш Шарлыкск. р-н | 2,28 | 2средняя | 7,05 | 1слабая | - | | 3 |
| 14 | р. Б. Юшатырь Октябрьск. р-н | 1,8 | 1слабая | 4,39 | 0 | - | | 1 |
| 15 | р. Янгиз Сакмарский р-н | 2,1 | 2средняя | 2,49 | 0 | - | | 2 |
| 16 | р. Каргалка Сакмарск. р-н | 2,3 | 2средняя | 3,84 | 0 | - | | 2 |
| | Оренбург | |||||||
| 17 | Р.Урал (очист сооружения) | 2,0 | 0 | 10,12 | 2средняя | 1,60 | 0 | 2 |
| 18 | Р.Урал (ж/др.мост) | 1,9 | 0 | 24,89 | 2средняя | 0,87 | 0 | 2 |
| 19 | Р.Урал (водозабор) | 2,2 | 0 | 1,99 | 0 | 1,37 | 0 | 0 |
| 20 | Старица р. Урал | 2,0 | 1слабая | 6,26 | 1 слабая | 2,80 | 1слабая | 3 |
| 21 | Р.Сакмара (автодор. мост) | 3,0 | 0 | 5,65 | 1слабая | 3,87 | 1слабая | 2 |
| | Западный регион | |||||||
| 4 | Сорочинское вод-ще | 2,1 | 2средняя | 3,79 | 0 | - | | 2 |
| 5 | р. Сорочка Тоцкий район | 2,0 | 0 | 6,22 | 0 | - | | 0 |
| 6 | Домашкинское в-ще Бузулукский р-н | 1,34 | 0 | 4,49 | 0 | - | | 0 |
| 7 | р.Самара г. Бузулук | 1,95 | 1 слабая | 3,58 | 0 | - | | 1 |
| 8 | р. Ток Грачевский р-н | 1,26 | 0 | 2,94 | 0 | - | | 0 |
| 9 | р. Ток Красногвардейск. р-н | 1,84 | 0 | 0,00 | 0 | - | | 0 |
- нет данных
В Западном регионе на 2 из 6 изученных станций -33,3% (Сорочинское вод-ще и р. Самара г. Бузулук) зарегистрирована МА, что может представлять генетическую опасность для водных организмов и человека (табл 4). Под воздействием ДО р. Ток Грачевский р-н (ст 8) и Красногвардейский р-н (ст 9) в двух тестах не выявлено превышения контрольных уровней мутаций, но в тесте учета ХА зафиксировано нарушение веретена деления, что привело к четырехполюсному митозу, а в грунтах ст 9 присутствовали вещества, обладающие мощным митотоксическим действием с метастатическим эффектом, что проявилось в прекращении деления клеток. Данный факт доказывает наличие в ДО веществ, обладающих сильным митотоксическим действием. Видимые мутации у Ch. vulgaris индуцированы ВВДО двух станций – ст. 7, р. Самара г. Бузулук (ВМА - 1,95) и ст. 4, Сорочинское вод-ще (кратность превышения контроля - 2,1). Процент станций, содержащих мутагены прямого действия, составил 33,3%. Наиболее загрязненной рекой Западного региона по наличию мутагенов в 2007 г., как и в 2004 году, была река Самара г. Бузулук, т.к. это единственный водоток, в ДО которого выявлены мутагены прямого действия. ДО Сорочинского вод-ща обладали «средней» МА, что, вероятно, объясняется искусственным характером формирования дна водохранилища и низкой скоростью течения. Следовательно, в ДО водотоков и водоёмов Западного региона присутствовали только мутагены прямого действия, вызывающие ВМ мутации у одноклеточной водоросли.
В 2007 г. МА зарегистрирована на 80% водных экосистем Центрального региона (табл 4). ВМ у Ch. vulgaris индуцированы водной вытяжкой ДО 7 станций (70%), а ДО содержали мутагены прямого действия. Наибольшая частота ВМ (8,60±0,67%*) выявлена на ст 3, р. Самара Новосергеевский р-н. ХА в меристеме Allium cepa зарегистрированы на 30% станций (р. Кувай и р. Самара Новосергеевкий р-н, р. Салмыш Шарлыкский р-н), а ДО содержали промутагены, приобретающие МА в процессе метаболизма в многоклеточном растительном организме.
МА оценивалась как «слабая», максимальный уровень ХА (9,70±1,35% при контроле 1,00±0,44%) зафиксирован на ст 2, р. Кувай Новосергеевского р-на. Наиболее загрязненным генотоксикантами водотоками Центрального региона оказались р. Самара Новосергеевский р-н и на р. Салмыш Шарлыкский р-н, в ДО которых выявлены прямые мутагены и промутагены. Генотоксически безопасными оказались реки Малый Уран и Неть Шарлыкского р-на, ДО которых не проявляли мутагенность.
Т.о., водные экосистемы Центрального региона испытывали большую нагрузку генотоксикантами в отличие от Западного, т.к. в ДО выявлены мутагены различного действия, способные вызывать генные мутации и хромосомные аберрации. Анализ МА в районе Оренбурга на Урале и Сакмаре показал, что она зарегистрирована на 80% исследованных станций. ВМ у Ch. vulgaris индуцированы ВВДО двух станций. Максимальная частота ВМ наблюдалась (9,01±1,20%) под воздействием ДО ст 21, р. Сакмара в районе автодорожного моста. ХА в меристеме Al. cepa зарегистрированы на 4 из 5 станций, за исключением ДО р. Урал в районе «Водозабора». Следовательно, 80% станций в районе Оренбурга содержали промутагены. Самым загрязненным участком Урала в 2007 г. исследования по наличию генотоксикантов была старица реки, т.к. «слабая» МА зафиксирована во всех используемых тестах. Отсутствие генотоксикантов в ДО ст 19 «Водозабор» позволяет сделать вывод, что использование воды для питьевых целей в 2007 г. не угрожало генетическому здоровью населения города.
В 2007 г. процент водотоков и водоёмов, ДО которых проявили мутагенную активность, был выше в районе Оренбурга и в Центральном регионе (80%), в отличие от Западного, где только 33,3% станций проявили генотоксичность по отношению к тест–объектам (рис 6).
ДО Западного региона вызывали только генные мутации у Ch. vulgaris, а в спектре генотоксикантов присутствовали лишь мутагены прямого действия. В Центральном регионе и в районе Оренбурга их спектр более разнообразен, т.к. выявлены разные типы генетических нарушений (рис 6). ДО экосистем Центрального региона преимущественно вызывали генные мутации у Ch. vulgaris (80% ст), в то же время на ряде станций регистрировались ХА - 30%. ДО Урала и Сакмары в районе Оренбурга в наибольшем количестве содержали промутагены, активизирующиеся в многоклеточных растительных и животных организмах, т.к. индуцировали ХА у лука и ДЛМ у дрозофилы.
Помимо наличия генотоксикантов в тесте учёта ХА были выявлены токсиканты, обладающие митотоксическим действием: в грунтах р. Ток (ст 8 и 9) и р. Урал в районе автодорожного моста (ст 21), что свидетельствует о широком спектре загрязнителей.
Рис. 6 Сравнение регионов по типам мутаций (2007 г.)
Для оценки степени изменения мутагенной активности ДО во временном аспекте на ряде водных экосистем Западного и Центрального регионов ДО были отобраны в два года исследования (2004 г., 2007 г.): в Западном регионе на 3 ст, в Центральном - на 6 ст. МА оценивалась при использовании двух экспериментальных тест-объектов (Ch. vulgaris, Al. cepa).
Результаты анализа показали, что на р. Ток Западного региона МА ДО в оба года исследования отсутствовала, следовательно, за 3 года, прошедших между сроками отбора проб, поступления генотоксикантов в водоток не происходило, но в ДО этой реки отмечено поступление веществ, обладающих сильным митотоксическим действием. Мутагенная активность ДО р. Самара в г. Бузулук регистрировалась в оба года: в 2004 г. она оценивалась как «слабая» при использовании Al. cepa, а в 2007 г. она осталась на прежнем уровне, но спектр генотоксикантов стал более разнообразным, т.к. регистрировались и мутагены прямого действия.
На водотоках и водоёмах Центрального региона области токсикогенетическая ситуация изменялась по-разному: на 83,3% станций она при повторном исследовании стала более напряженной, и лишь на 16,7% станций улучшилась. Снижение МА зарегистрировано на р. Неть Шарлыкского р-на, что свидетельствует о произошедшем за три года самоочищении ДО от генотоксикантов за счет процессов их растворения и вымывания в воду. На р. Молочай Александровского р-на в 2007 году «средняя» МА зафиксирована в тесте учета ВМ у Ch. vulgaris, в то время как в пробах 2004 г. прямые мутагены выявлены не были, но зарегистрировано наличие промутагенов, активирующихся в многоклеточном растительном организме Al. cepa , т.е. в ДО произошла смена спектра генотоксикантов. На р. Салмыш Шарлыкского р-на генотоксическая ситуация изменилась от полного «отсутствия» мутагенного эффекта в 2004 г. до «средней» МА в 2007 г., обусловленной накоплением генотоксикантов различного спектра действия, т.к. вытяжка грунтов в этот год исследования вызывала мутации и у Ch. vulgaris, и ХА в меристеме Al. сepa. На р. Самара Новосергеевского р-на в 2004 г. зарегистрирована «слабая» МА грунтов в тесте ВМ у Ch. vulgaris, а в 2007 г. МА оценивалась уже как «средняя» и пробы индуцировали ещё ХА в меристеме Al. cepa. На реках Большой Юшатырь Октябрьского р-на и Каргалки Сакмарского р-на в 2007 г. произошло увеличение частоты видимых мутаций у Ch. vulgaris: на р. Б. Юшатырь зафиксирована «слабая» МА, на р. Каргалка – «средняя», в то время как ДО 2004 г. не обладали МА.
Всё выше сказанное позволяет сделать вывод, что за прошедшие 3 года исследования в водотоки Оренбургской области увеличилось поступление генотоксикантов, т.к. во всех регионах возросло число станций с МА (рис 7).
В меньшей степени ухудшение генотоксической ситуации наблюдалось в Западном регионе (с 27,3% до 33,3%) и произошла смена генотоксикантов, т.к. возросло число станций, ДО которых индуцировали ВМ у Ch. vulgaris и снизился процент станций, ДО которых вызывали ХА в меристеме Al. сepa. В Центральном регионе области увеличение процента станций с МА было более значительным (с 33,3% до 80%). Очень резко (с 5,6% до 60%) возросло число станций, ДО которых вызывали видимые мутации у Ch. vulgaris, но не изменилось количество станций, ДО которых вызывали ХА в меристеме Al. сepa (25-30%). При этом возросло число станций с двумя типами нарушений: с 5,6% в 2004 году до 20% в 2007 г.. Токсикогенетическая ситуация в районе Оренбурга в 2007 г. ухудшилась, о чём свидетельствует увеличение процента станций, ДО которых проявляли МА (с 57,1 до 80%), резко возросло (с 7,1 до 80%) число станций, в ДО которых присутствовали промутагены, приобретающие МА в многоклеточном растительном организме (рис 7).
Рис. 7. Временная динамика изменения МА ДО водных экосистем регионов области
Результаты трёхлетнего мониторинга генотоксической активности ДО водных экосистем Оренбургской области показал, что в ДО произошла аккумуляция поллютантов, способных повреждать генетический материал клеток. На ряде водотоках спектр генотоксикантов расширился, либо произошла их смена, а в отдельных водных экосистемах загрязнение генотоксикантами перестало регистрироваться, что связано с процессами самоочищения ДО от мутагенов за счет их растворения и вымывания в воду. В рамках экспедиционных исследований на отдельных водотоках Оренбургской области отбор проб ДО был произведён на нескольких станциях.
В 2004 г. - реки Самара, Илек, Сакмара и Урал, а в 2007 г. исследований – Самара. Результаты оценки МА показали, что наибольшая степень МА и широта спектра мутагенов наблюдалась вблизи крупных городов и населенных пунктов, которые и являлись источниками поступления в водные экосистемы загрязнителей мутагенной природы.
Корреляционный анализ химического загрязнения и мутагенной активности донных отложений водных экосистем Оренбургской области
Результаты корреляционного анализа показали, что валовое содержание металлов в цельном грунте не являлось главным фактором генотоксичности по отношению к тест-объектам. Поиск корреляционных зависимостей между мутагенностью и суммарным содержанием загрязнителей разных групп в ВВДО, а также содержанием отдельных элементов показал, что коэффициенты корреляции (r) имели разную силу. Частота и сила выявленных корреляционных связей отличалась в разных регионах, а наибольшая величина коэффициента прослеживалась в Восточной зоне Оренбуржья, где отмечены и максимальная МА, и наибольшее содержание загрязняющих веществ в ВВДО.
Установлено, что металлы, не обозначенные как ТМ при проведении экологических исследований, могут выступать как генотоксиканты, т.к. их суммарное содержание коррелировало с мутациями разного типа. Генные мутации у хлореллы напрямую зависели от суммарного содержания металлов данной группы во всех регионах. Умеренная сила корреляции отмечена для Оренбурга (r=0,34) и Восточного (r=0,37), а слабая – для Центрального региона (r=0,24). В двух регионах (Центральный и Восточный) указанная группа определяемых металлов дополнительно коррелировала и ХА в клетках многоклеточного растительного организма, и с мутациями в половых клетках дрозофилы: генные, хромосомные и геномные мутации у дрозофилы характеризовались умеренным характером связи (r=0,36 – Центральном, r=0,43 – Восточном регионе), а частота ХА с металлами данной группы коррелировали с разной силой: в Центральном регионе – умеренная сила (r=0,32), а в Восточном – сильная (r=0,73 при р≤0,05). Наиболее опасными является алюминий, т.к. его концентрации и ВМ у Ch. vulgaris имели такую же корреляционную зависимость, что и с суммарным содержанием металлов данной группы. Сходный характер выявлен и с частотой ХА у Al. cepa: в Центральном регионе r=0,35, а в Восточном - r=0,79 (при р≤0,05); и с величиной ДЛМ у Dr. melanogaster: r =0,30 и 0,37.
Во всех регионах суммарная нагрузка РЗМ ВВДО с умеренной силой коррелировала с генными (ВМ) мутациями у хлореллы, ХА у лука имели слабую связь в Центральном (r=0,29) и сильную (r=0,78 при р≤0,05) в Восточном регионе, где и суммарная нагрузка РЗМ была максимальна, кроме того, в Восточном регионе и частота доминантных летальных мутаций (генных, хромосомных и геномных) у дрозофилы имела умеренную связь (r=0,37) с содержанием РЗМ. Данный факт свидетельствует о наличии генотоксического эффекта у РЗМ и необходимости проведения мониторинговых исследований за их содержанием в водных экосистемах.
Проведенный корреляционный анализ показал, что с точки зрения оценки опасности для генетического материала при проведении экологических исследований следует обратить внимание на РЗМ и алюминий, т.к. в рамках работы была выявлена высокая положительная корреляционная связь между содержанием данных веществ и мутациями разного типа.