Спосіб прогнозування вмісту міді (cu) в екосистемі рибницьких ставів (пеп-cu)

Спосіб прогнозування вмісту міді (Сu) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Cu), який відрізняється тим, що спочатку хімічним методом визначають вміст міді (Сu) у воді рибницьких ставів та на основі проведених аналізів води проводять розрахунки по формулі: Мо=К×Мв+В, де Мо - концентрація міді (Сu) в об'єкті, мг/кг; Мв концентрація міді (Сu) у воді, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації міді (Сu) у воді та об'єкті; В - поправний коефіцієнт; причому кутові та поправні коефіцієнти використовують з таблиці 1: 2 3 якість води, повітря, стан ґрунтів, на життєдіяльність різних рослин і тварин, що мешкають в зонах забруднення. Ефективність вирощування риби у рибогосподарських підприємствах в значній мірі залежить від екологічного стану їх ставів. Одними з найбільш небезпечних забруднювачів у водоймах є важкі метали, які надходять постійно зі стічними водами підприємств та інших джерел. Важкі метали несуть небезпеку як забруднювачі рибницьких водойм тому, що навіть у порівняно малих концентраціях вони токсично впливають на водні організми, першу чергу на риб, внаслідок біоакумуляції в їх органах і тканинах. Поряд з прямою токсичною дією на організми важкі метали викликають небезпечні біологічні наслідки (мутагенний, ембріотоксичний, гонадотоксичний та ін.). Антропогенний вплив на водні екосистеми має глобальний характер і в цілому приводить до різкого погіршення умов існування переважної більшості видів тварин і рослин. Водні екосистеми в цьому відношенні є найуразливішими, оскільки нагромаджують забруднювачі - токсиканти із всього водозбірного басейну. Токсикологічна обстановка в багатьох рибогосподарських ставах України залишається складною унаслідок забруднення промисловими, господарчопобутовими і сільськогосподарськими стічними водами. Найбільшу небезпеку представляє забруднення водоймищ такими важкими металами, як Fe, Zn, Mn, Cu, Ni, Co, Pb, Cd та інших. Як відомо, ці метали навіть у малих кількостях можуть негативно впливати на гідробіонтів, у тому числі і на риб. Біологічні наслідки забруднення водних екосистем важкими металами виявляються, в першу чергу, в прямій токсичній їх дії на риб, що приводить до накопичення в органах і тканинах і поразки фізіологічних систем. У санітарно-гігієнічному плані риба є важливою ланкою у передачі важких металів і інших токсичних речовин людині по харчовому ланцюгу. Відомо, що на відміну від забруднюючих органічних речовин, метали не руйнуються під впливом природних чинників, їх видалення з водойм можливо лише за рахунок випаровування або акумулювання у донних відкладах, або ж поступового накопичення в різних компонентах екосистеми, у тому числі і в рибі. Розчинні форми міді (Сu) відносяться до одних з найбільш біодоступних. Мідь міститься в стічних водах рудозбагачувальних комбінатів, металургійних, машинобудівних і електротехнічних підприємств. Сульфат, карбонат, хлороокис і арсенат міді застосовують як альгициди, фунгіциди і моллюскоциди. Мідь легко утворює комплекси з неорганічними і органічними речовинами, адсорбується на суспензіях. Тому вона рідко присутня у вигляді вільного іона, за винятком м'яких вод з підвищеною кислотністю. Мідь є компонентом ряду ферментів, пов'язаних з окислювально-відновними процесами. Поряд з марганцем вона грає важливу роль у фотосинтезі. Крім того, цей елемент має велике значення у фенольному, азотистому, нуклеїновому і 45874 4 ауксиновому обмінах. Мідь пов'язана також з фіксацією молекулярного азоту рослинами. Відомо, що різні систематичні групи водоростей неоднаково реагують на одні і ті ж дози міді. Найбільш чутливі до міді синьозелені водорості, а найбільш стійкі зелені водорості. Для припинення росту синьозелених і діатомових водоростей досить мікрограмової кількості міді. Важливою функцією міді в організмі тварини є її участь в синтезі гемоглобіну. Вона не входить до складу гемоглобіну, але необхідна для каталітичного перетворення неорганічного заліза на складову частину гемоглобіну. Понад 90 % всієї міді сироватки крові міститься в церулоплазміні ферменті, що бере участь в утворенні білків плазми. Мідь необхідна для проміжного з'єднання гемоглобіну. Величезне значення міді в процесах росту і розвитку організму теплокровних тварин і риб, у підвищенні імунобіологічної стійкості і резистентності організму до шкідливих дій чинників зовнішнього середовища. Біотичні дози міді підвищують несприятливість організму до деяких інфекцій. Мідь зв'язує мікробні токсини за типом внутрішньокомплексних з'єднань - хелатів і підсилює дію антибіотиків. Мідь для організму є незамінним мікроелементом, так як всесторонньо впливає на нього завдяки певним зв'язкам з ферментами, гормонами і вітамінами. У плані теорії і практики риборозведення представляє інтерес посилення іонами міді активності малостійких гипофізарних гормонів у крові, які дуже швидко інактивуються. У риб в період нересту вміст міді в печінці - депо цього елементу - падає, а в статевих органах збільшується. Блокуючи сульфгідрильні групи, солі міді викликають підвищений синтез нових сульфовмісних амінокислот в організмі. Крім того, мідь бере участь в процесах пігментації, впливаючи на утворення меланіну і забарвлення риб. Рівень концентрації міді у рибі залежить від багатьох чинників, і в першу чергу від біогеохімічної ситуації місця існування, форми знаходження елементу в середовищі, кліматичних, гідрохімічних умов і, поза сумнівом, фізіологічного стану організму. Вміст міді в організмі регулюється центральною нервовою системою, а також залозами внутрішньої секреції. Вищевикладене показує поліфункціональну роль міді і необхідність її для життя рослин і тварин, у тому числі риб. Негативний плив на біоту концентрацій міді (Сu), що перевищують гранично-допустимі концентрації, надзвичайно різноманітний. Головні відповідні реакції - зниження різноманітності та щільності популяцій - характерні, як правило, для найбільш забруднених районів. Але аналогічні зміни відмічаються в помірно та слабо забруднених водних системах. У високих концентраціях солі мідь надають в'яжучу та подразнюючу дію, а в низьких – інактивуються дихальні ферменти. Токсичність міді зростає при зниженні жорсткості води, температури і вмісту кисню. У присутності хелатів, гумінових кислот, зважених речовин і при підвищенні жорсткості токсичність знижується на 1-1,5 порядки. Відмічений синергізм в комбінації міді з цинком і 5 кадмієм. Для гідробіонтів більш токсичні розчинні у воді хлориди, нітрати і сульфати міді. Порушення ембріонального розвитку райдужної форелі настає при концентраціях 0,02-0,04 мг Cu/л в м'якій воді і 008 мгСu/л в жорсткій, а коропа – в концентраціях вище 0,5 мг Cu/л в м'якій воді. Хронічне отруєння риб відзначають при 0,1 от СК50 і вище. При короткочасній дії цих концентрацій підвищувалася чутливість райдужної форелі та чавичі до вібріозу. При гострому отруєнні риби збуджені, дуже активні, тіло їх покривається коагульованим слизом голубуватого кольору. На зябрах і шкірі спостерігається гіперемія, дистрофія, некробіоз і десквамація покривного епітелію, в печінці і нирках – зерниста дистрофія і деструкція еритроцитів. При хронічній дії сульфату міді кількість слизу зменшена, шкірні покриви бліді, шершаві, порушена цілісність плавників, риби виснажені. Гістологічні зміни характеризуються гіперплазією, вакуольною дистрофією і подальшим осередковим злущуванням і некробіозом епітелію зябер, а також зернисто-жировою дистрофією і некробіозом печінкових клітин і епітелію сечових канальців, розпадом еритроцитів, гемосидерозом в селезінці і нирках, дистрофічними і атрофічними змінами в скелетній мускулатурі, осередковим десквамативним катаром у кишечнику. В період обмеженої фінансової допомоги фахівці з водної біоти якнайгостріше відчувають потребу у розробці досконаліших методів визначення вмісту важких металів у ланках водної екосистеми, що не потребують великої кількості хімічних реагентів, обладнання та інших затрат. Відомі способи визначення вмісту речовин шляхом розрахунку [О.А. Алекин, А.Д. Семенов, Б.А. Скопинцев. Руководство по химическому анализу вод суши, Гидроеметеоиздат, Ленинград, 1973, 272с.]. Серед них - розрахунок вмісту двоокису вуглецю (СО2) по величині рН і концентрації НСО3- та розрахунок вмісту карбонатних іонів (СО32-) по величині рН та лужності води. Недоліками вищезазначених способів є обмеження умов при розрахунку. Так, при розрахунку вмісту карбонатних іонів, мінералізація досліджуваної води повинна мати мінералізацію не вище 3-4 г/кг, так як вище цієї межі розрахунок коефіцієнтів активності стає не надійним. Також недоліком цих способів слід вважати не універсальність знайдених формул, тобто формули здатні розрахувати тільки один показник. Складність розрахунку також є недоліками цих способів. Прототипом корисної моделі служить технічне рішення, згідно якого розрахунок вмісту іонів магнію (Мд2+) визначається по різниці між знайденою хімічним аналізом величиною суми кальцію і магнію [О.А. Алекин, А.Д. Семенов, Б.А. Скопинцев. Руководство по химическому анализу вод суши, - Гидроеметеоиздат, Ленинград, 1973, с.217.], тобто величиною загальної твердості (Н), та вмістом Са2+, що виражені в мг-екв: Мg2+=12,15(Н-Са2+)мг/л. При доволі простому розрахунку даний спосіб має недоліки. Розрахунок іонів магнію припустимий лише для вмісту магнію у воді, а для 45874 6 вмісту у всіх ланках водної екосистеми даний спосіб не може бути застосованим. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб прогнозування вмісту міді (Сu) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Сu). У назві корисної моделі є абревіатура ПЕП, що означає прогнозування екосистемних показників. Для зручності, в подальшому замість вищезгаданого словосполучення буде використовуватися ПЕП. Так, наприклад, якщо мова буде йти за спосіб ПЕП-Cu, то це буде значити, що були проведені розрахунки з прогнозування екосистемних показників міді (Сu). Згідно запропонованого способу прогнозування вмісту міді (Сu) здійснюється шляхом розрахунку вмісту міді у донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба за допомогою визначеній хімічним методом концентрації міді (Сu) у воді рибоводних ставів. Хімічний метод визначення вмісту міді (Сu) у всіх ланках водної екосистеми довготривалий і не дає можливості оперативно оцінювати стан екосистеми водойм за стресових ситуацій. Отримані нами розрахунки дають можливість оперативно контролювати вміст міді (Сu) у водній екосистемі. Розрахунковий метод прогнозування вмісту міді (Сu) у екосистемі водойм рекомендовано при екстремальних ситуаціях, моніторингових дослідженнях, коли їх визначення поряд з іншими показниками є оцінкою фізіологічного стану риб та інших гідробіонтів. Технічне рішення щодо розробки способу прогнозування вмісту міді (Сu) в екосистемі рибницьких ставів ґрунтується на результатах досліджень. Протягом 1990-2008 років дослідження вмісту міді (Сu) у воді, донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба проводили у ставах дослідних господарств «Нивка» (м. Київ) та «Великий Любінь» (Львів, обл.), а також у ставах ВАТ «Сумирибгосп» (Сум. обл.) та «Донрибкомбінат» (Дон. обл.). Визначення вмісту міді (Сu) у воді, донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба проводили за допомогою атомно-адсорбційного спектрофотометра С-115-м. При розробках способу прогнозування вмісту міді (Сu) в екосистемі рибницьких ставів використовували програму «Statistics 6.0» з урахуванням особливостей біологічних об'єктів. На основі математичного аналізу розраховані середньостатистичні дані вмісту міді (Сu) в екосистемі рибницьких ставів. Встановлена кореляція між вмістом міді (Сu) у воді та кожною окремою ланкою екосистеми ставів (донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба, що вирощувались при різних технологіях за дво-та трилітнім циклом). 7 45874 Для оперативної оцінки якості рибної продукції, а також встановлення причин різкого погіршення фізіологічного стану риб розроблений спосіб прогнозування вмісту міді (Сu) у донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба у органах і тканинах коропів та товстолобиків. Для цього розраховані кутові та поправні коефіцієнти щодо рівняння лінійної регресії між двома значеннями вмісту міді (Сu) у воді та ланками екосистеми ставів табл. 1. Для цього необхідно хімічним методом визначити вміст міді (Сu) у воді 8 рибницьких ставів. На основі проведених аналізів води проводять розрахунки, де використовується формула: Мо= К×Мв+В, де Мо - концентрація міді (Сu) в об'єкті, мг/кг; Мв - концентрація міді (Сu) у воді, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для різняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації міді (Сu) у воді та об'єкті; В - поправний коефіцієнт. Похибка між розрахованою величиною та визначенням концентрації міді (Сu) хімічним методом є близькою 15-30 %. Таблиця 1 Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації міді (Сu) у воді та ланками екосистеми ставу. Ланки екосистеми ставу Донні відклади Зообентос Зоопланктон Фітопланктон Водна рослинність М'язи Зябра Короп 1+, 2+ Нирки Печінка Шкіра М'язи Зябра Товстолоб 1+, 2+ Нирки Печінка Шкіра К -0,014 0,63 -3,213 -9,061 0,156 -0,06 -0,018 -0,025 -0,0047 0,09 0,01 -0,03 0,047 0,17 0,127 Приклад. Хімічним методом було розраховано концентрацію міді (Сu) у воді рибогосподарського ставу, яка була на рівні - 14,4 мкг/л. Для прогнозування вмісту міді (Сu) у всіх ланках екосистеми рибницьких ставів проводимо слідуючі розрахунки. Мдонні відклади = 0,014 ×14,4+3,467=3,27 мг/кг; Мзообентос = 0,63х 14,4+22,97=32,04 мг/кг; Мзоопланктон = -3,213×14,4+54,328=8,06 мг/кг; Мфітопланктон = -9,061×14,4+311,95=181,47 мг/кг; Мводна рослинність = 0,156×14,4+2,92=5,17 мг/кг; Мм'язи коропа = -0,06×14,4+1,21=0,35 мг/кг; Мзябра коропа = -0,018×14,4+1,27=1,01 мг/кг; Мнирки коропа = -0,025×14,4+2,46=2,10 мг/кг; Мпечінка коропа = -0,0047×14,4+4,35=4,28 мг/кг; Мшкіра коропа = 0,09×14,4+0,68=1,98 мг/кг Мм'язи товстолоба= 0,01×14,4+0,96=1,10 мг/кг; Комп’ютерна верстка Д. Шеверун В 3,467 22,97 54,328 311,95 2,92 1,21 1,27 2,46 4,35 0,68 0,96 1,44 1,44 1,78 2,3 Мзябра товстолоба= -0,03×14,4+1,44=1,01 мг/кг; Мнирки товстолоба= 0,047×14,4+1,44=2,12 мг/кг; Мпечінка товстолоба= 0,17×14,4+1,78=4,23 мг/кг; Мшкіра товстолоба= 0,127×14,4+2,3=4,13 мг/кг. Проведеними дослідженнями встановлено, що вміст міді (Сu) у ланках екосистемі ставів можна розрахувати за концентрацією їх у воді. Контрольні розрахунки показали, що концентрації міді (Сu) визначені хімічним та розрахунковим методом відрізняються у незначній мірі. Розроблений спосіб прогнозування вмісту міді (Сu) є доцільним та необхідним у моніторингових дослідженнях, а також у рибоводних та іхтіологічних дослідженнях, коли визначення концентрацій важких металів у ланках екосистеми є оцінкою екологічного стану рибогосподарських ставів. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601