3vze_s2_p4_lukashov

ВИКОРИСТАННЯ ОРГАНІЗМІВАКУМУЛЯТОРІВ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ ДЛЯ МОНІТОРИНГУ ЗАБРУДНЕННЯ ВОДНИХ ЕКОСИСТЕМ Лукашов Д.В. Кафедра екології та охорони навколишнього середовища Київський національний університет імені Тараса Шевченка

Як визначають забруднення водних екосистем ? Існує єдиний норматив

• Аналіз хімічного складу води !

Чому визначення хімічного складу води є недостатнім ? Які переваги мають методи біомоніторингу ?

Проблема!

1. Забруднення може бути непостійним у часі - “залповий викид”

Проблема!

?

2. Джерело забруднення може бути прихованим

Проблема!

3. Концентрація у воді може бути нижче рівня чутливості аналітичного методу

Вимоги до організмівакумуляторів: 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Здатність накопичувати забруднювачі у широкому діапазоні концентрацій без прояву токсичних ефектів. Наявність кореляції між вмістом біологічно доступних забруднюючих речовин у середовищі та рівнями накопичення в тканинах організму. Організм повинен бути малорухомим; хімічний склад його тканин повинен характеризувати параметри місця відбору. Види повинні бути звичайними, поширеними, легкими у визначенні. Особини, які використовуються для аналізу, повинні характеризуватися значною тривалістю життя. Організм повинен бути зручним для відбору протягом всіх сезонів року. Особини повинні бути великим, мати великий обсяг тканин, достатній для здійснення хімічного аналізу окремих екземплярів. Повинна забезпечуватися можливість стандартизації розмірних, вікових та фізіологічних параметрів особин виду-біомонітору, які використовуються для аналізу. Повинні відповідати вимогам “Загальної декларації про біоетику ЮНЕСКО” при виконанні наукових досліджень.

Приклад організмів-акумуляторів молюски 1.

Накопичують високі рівні більшості забруднювачів – важких металів, радіонуклідів, персистентних органічних забруднювачів.

2.

Молюски є осмоконформерами, завдяки чому їх хімічний склад значною мірою залежить від складу зовнішнього середовища.

3.

Малорухомі організми.

4.

Поширені у природних, антропогенно змінених та штучних гідроекосистемах.

5.

Серед безхребетних характеризуються найбільшою тривалістю життя.

6.

Мають великі розміри, що дозволяє їх простий ручний збір, а кількості матеріалу вистачає для здійснення індивідуального хімічного аналізу.

7.

На молюсків не розповсюджуються вимоги біоетичних норм.

Проблеми використання молюсків, як організмів-акумуляторів важких металів • • • •

Відсутність критеріїв “забруднення”. Відсутність лінійної залежності між вмістом важких металів у тканинах та компонентах довкілля; Залежність процесів накопичення металів молюсками від низки екзогенних та ендогенних факторів; Навіть близькі види характеризуються відмінностями у накопиченні хімічних елементів, що вимагає використання лише певних видів молюсківакумуляторів.

Досліджені види молюсків:

1. Dreissena bugensis Andr.

3. Unio tumidus Retz.

5. Theodoxus fluviatilis L.

2. Anodonta anatina L.

4. Lymnaea stagnalis L.

6. Viviparus viviparus L.

Райони дослідження D. bugensis; A. anatina; U. tumidus; V. viviparus; T. fluviatilis – 47 станцій

Райони дослідження L. stagnalis – 201 водойма

Уніфіковані розмірні групи для індикаторних видів молюсків: • D.bugensis – довжина черепашки 15-20 мм, – маса особини 0,40-0,65 г.

• A.anatina – довжина черепашки 80-100 мм, – маса особини 65-110 г.

• U.tumidus – довжина черепашки 50-90 мм, – маса особини 45-80 г.

• L.stagnalis – довжина черепашки 35-45 мм, – маса особини 2-4 г.

Фоновий вміст важких металів в організмах-акумуляторах як критерій забруднення • Фоновий вміст – вміст речовини (хім. елементу) в організмі виду-акумулятору, який визначається природними та глобальними антропогенними процесами, а її величина знаходиться у межах еколого-фізіологічної норми.

• Перевищення верхньої граничної межі фонового рівня свідчить про надходження до організмуакумулятора додаткової кількості речовини (хім. елементу), що відображає явище забруднення.

Схема районів дослідження

р. Дніпро

1

Dreissena bugensis – 130 проб, - 4-6 виб. зі станції

2

Anodonta anatina – 88 проб, – 4-5 екз. зі станції

3 4

Unio tumidus – 83 проби, – 4-5 екз. зі станції

5

Київ 6

8 7

Канів

9 10

Черкаси 12 11

13 14 16

Кременчук 15

17 18

Дніпропетровськ 19

20 21 22

23 24

Херсон 26

25

Запоріжжя

Просторова динаміка вмісту важких металів у молюсках з р.Дніпро в межах України нижче м.Київ нижче м.Черкаси

м. Дніпропетровськ

Вміст Cr, мг/кг

10

8

6

A.anatina D.bugensis

4

2

1

2

3

5

6

9

10

11

12

13

14 15

16

18

19

20

21

22

23

24

25

6000 20000

D.bugensis

5000

15000

4000

A.anatina

3000

10000

2000 5000 1000 0

0 1

2

3

5

6

9

10

11

12

13

14 15

16

18

19

20

21

22

23

24

25

26

Вміст Mn в тканинах A.anatina, мг/кг

25000

7000

Вміст Mn у тканинах D.bugensis, мг/кг

26

Визначення районів забруднення за показниками фонового вмісту Cr Вміст Cr, мг/кг

10

8

6

A.anatina D.bugensis

4

2

1

2

3

5

6

9

10

11

12

13

14

15

16

18

19

20

21

22

23

24

25

26

Вміст Cr, мг/кг

10

8

6

5,7 мг/кг

Верхня межа 4

3,7 мг/кг

Фон 2

1,6 мг/кг

Нижня межа 1

2

3

5

6

9

10

11

12

13

14

15

16

18

19

20

21

22

23

24

25

26

Методи оцінки величини фонових концентрацій 1) Метод розрахунку подвоєного стандартного відхилення:

C =X b

X

±2S

Умова застосування - нормальний розподіл вибіркових значень вмісту !!!

2) Метод розрахунку подвоєного стандартного відхилення логтрансформованих значень: ~

C =X b

X

± 2 S log

Умова застосування - логнормальний розподіл вибіркових значень вмісту !!!

3) Метод розрахунку абсолютного відхилення медіани:

C = Me b

x

±2

MAD , де MAD = Me ( X − Me ) i

x

Умова застосування – не залежить від форми розподілу вибіркових значень концентрації

Варіаційний розподіл Cr у тканинах молюсків D.bugensis з р.Дніпро (n = 130) Ме Xlog X

45

Ме – медіана концентрації;

40

30

Число проб

– середнє арифметичне;

X

35

Xlog – середнє геометричне.

25 20 15 10 5 0 0

2

4

6

8

10

12

14

Вміст Cr, мг/кг

16

18

20

22

24

Узагальнені умовні фонові рівні вмісту важких металів у м’яких тканинах молюсків з прісних водойм України Метал

Середня фонова концентрація, мг/кг

Нижня межа фону, мг/кг

Верхня межа фону, мг/кг

A.anatina Cu Fe Ni Pb Cd Mn Zn Cr Co

4,5 667 0,87 0,4 0,25 3930 119 3,7 0,60

2,8 227 0,25 <0,01 0,01 1016 42 1,6 0,12

6,1 1106 1,49 0,8 0,52 6844 196 5,7 1,08

U.tumidus Cu Fe Ni Pb Cd Mn Zn Cr Co

6,2 1064 1,37

3,9 65 0,48

8,5 2034 2,25

0,82 0,45 5800 172 5,6 0,60

0,18 0,01 1438 77 2,7 0,06

1,45 1,02 10162 267 8,5 1,13

Узагальнені умовні фонові рівні вмісту важких металів у м’яких тканинах молюсків з прісних водойм України

Метал

Середня фонова концентрація , мг/кг

Нижня межа фону, мг/кг

Верхня межа фону, мг/кг

D.bugensis Cu Pb Ni Cd Mn Zn Cr Co

11,0 1,3 9,6 0,43 422 70 3,2 0,65

5,2 0,1 5,0 0,06 54 40 0,1 0,12

16,7 2,6 14,2 0,79 790 99 6,3 1,17

L.stagnalis Cu Fe Cd Mn Zn Cr

11,8 806 0,52 347 71 3,5

4,7 294 0,26 93 55 1,6

22,5 1649 0,90 731 91 6,7

Вміст Cd у тканинах A.anatina з річкових екосистем України ( - перевищення фону)

2,7

Вміст Cr у тканинах A.anatina з річкових екосистем України ( - перевищення фону)

2,0 3,4

Вміст Cu у тканинах A.anatina з річкових екосистем України ( - перевищення фону)

4,7 3,1

Вміст Cu (мг/кг) у тканинах L.stagnalis з малих водойм України (відмічено райони перевищення граничного фонового рівня 22,5 мг/кг)

30

10

15

8

18

5

2

11

8

11

4

7

6

3

5

16

30

19

16

16

15

14

6

9

9

10

8

5

8

2

10

8

10

25

22

22

19

20

15

13

5

8

10

8

7

6

15

27

12

10

21

6

24

27

24

15

35

12

7

7

10

13

11

7

5

10

11

11

7

25

9

27

10

29

30

26

10

9

24

6

7

59

18

10

7

6

7

13

11

10

6

4

10

16

14

12

18

46

39

36

22

20

30

20

15

32

15

12

27

7

10

6

11

8

10

14

9

8

20

18

13

69

30

52

18

35

28

10

30

17

23

16

13

9

10

51

11

12

15

12

3

9

17

27

21

45

34

60

22

18

21

35

15

18

12

12

15

18

13

10

10

14

17

23

21

17

22

51

18

17

26

22

16

29 58

18

7 32

19

35 36

35

35 21

24

Просторовий розподіл вмісту Cu у тканинах L.stagnalis з малих водойм України ( - перевищення фону)

Просторовий розподіл вмісту Cr у тканинах L.stagnalis з малих водойм України ( - перевищення фону)

Просторовий розподіл вмісту Mn у тканинах L.stagnalis з малих водойм України ( - перевищення фону)

ДЯКУЮ ЗА УВАГУ !