Спосіб прогнозування вмісту нікелю (ni) в екосистемі рибницьких ставів (пеп-ni)

Спосіб прогнозування вмісту нікелю (Ni) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Ni), який відрізняється тим, що спочатку хімічним методом визначають вміст нікелю (Ni) у воді рибницьких ставів та на основі проведених аналізів води проводять розрахунки по формулі: М о =К×М в +В, де Мо - концентрація нікелю (Ni) в об'єкті, мг/кг; Мв концентрація нікелю (Ni) у воді, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації нікелю (Ni) у воді та об'єкті; В - поправний коефіцієнт; причому кутові та поправні коефіцієнти використовують з таблиці 1: 2 (19) 1 3 печні 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, господарчо-побутовими 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 нікелю (Ni) відносяться до одних з найбільш біодоступних. Нікель є розсіяним елементом, що широко розповсюджений у біосфері, міститься в ґрунтах, водоймах, живих організмах. Збільшення концентрації цього елементу в результаті біогеохімічних і техногенних процесів робить його потенційно небезпечним. За деякими даними нікель має канцерогенну та мутагенну дію. Це посилюється малоефективним видаленням нікелю з промислових стоків. Нікель бере активну участь в деяких біологічних процесах. При підлужуванні середовища утворюється гідроокис нікелю, який сорбується поверхнею клітин. В процесі дихання виділяється вуглекислий газ, і вуглекислота, що утворюється в середовищі, підкислює пласт води, що граничить з клітинами водоростей. Гідроокиси, що сорбуються поверхнею клітин, нейтралізуються з утворенням вільних іонів нікелю, які потім легко вступають у зв'язок із структурами клітини. Вивчаючи накопичення нікелю морськими одноклітинними водоростями вчені спостерігали, що накопичення цього елементу відбувається протягом перших 4 годин, надалі процес стабілізується і концентрація його у водоростях не змінюється. Причому швидкість накопичення нікелю водоростями різних таксономічних груп істотно розрізняється. Так, коефіцієнт накопичення для жовтозеленої водорості дорівнює 500, а для пердінієвої 4000. Особлива небезпека нікелю для водоростей і простіших полягає у тому, що він майже не виводиться з організму протягом довгого часу, міцно зв'язуючись з внутрішніми структурами клітин. Порушення біо- і фотосинтетичних процесів фітопланктону відмічене при концентрації нікелю 50мкг/л у 45875 4 прісноводих форм, а в морських - при 60мкг/л. Тривале надходження нікелю в організми гідробіонтів, в тому числі і риби, може призвести до несприятливих біологічних наслідків (затримка росту, підвищена смертність, аномалії). 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 (Мg2+) 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 вмісту у всіх ланках водної екосистеми даний спосіб не може бути застосованим. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб прогнозування вмісту нікелю (Ni) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Ni). 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-Ni, то це буде значити, що були проведені розрахунки з прогнозування екосистемних показників нікелю (Ni). Згідно запропонованого способу прогнозування вмісту нікелю (Ni) здійснюється шляхом розрахунку вмісту нікелю у донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба за допомогою визначеній хімічним методом концентрації нікелю (Ni) у воді рибоводних ставів. Хімічний метод визначення вмісту нікелю (Ni) у всіх ланках водної екосистеми довготривалий і не дає можливості оперативно оцінювати стан екоси 5 стеми водойм за стресових ситуацій. Отримані нами розрахунки дають можливість оперативно контролювати вміст нікелю (Ni) у водній екосистемі. Розрахунковий метод прогнозування вмісту нікелю (Ni) 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 нікелю (Ni) в екосистемі рибницьких ставів ґрунтується на результатах досліджень. Протягом 1990-2008 років дослідження вмісту нікелю (Ni) 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 нікелю (Ni) у воді, донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба проводили за допомогою атомноадсорбційного спектрофотометра С-115-м. При розробках способу прогнозування вмісту нікелю (Ni) в екосистемі рибницьких ставів використовували програму «Statistics 6.0» з урахуванням особливостей біологічних об'єктів. На основі математичного аналізу розраховані середньостатистичні дані вмісту нікелю (Ni) в екосистемі рибницьких ставів. Встановлена кореляція між вмістом нікелю (Ni) 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 двота трилітнім циклом). Для оперативної оцінки якості рибної продукції, а також встановлення причин різкого погіршення фізіологічного стану риб розроблений спосіб прогнозування вмісту нікелю (Ni) 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 нікелю (Ni) у воді та ланками екосистеми ставів табл.. Для цього необхідно хімічним методом визначити вміст нікелю (Ni) у воді рибницьких ставів. На основі проведених аналізів води проводять розрахунки, де використовується формула: МO=К´Мв+В, де МO - концентрація нікелю (Ni) в об'єкті, мг/кг; Мв - концентрація нікелю (Ni) у воді, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації нікелю (Ni) у воді та об'єкті; В - поправний коефіцієнт. 45875 6 Похибка між розрахованою величиною та визначенням концентрації нікелю (Ni) хімічним методом є близькою 15-30%. Таблиця Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації нікелю (Ni) 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 -0,059 -0,19 1,09 1,19 0,0003 -0,0002 -0,03 -0,005 -0,02 -0,118 -0,03 0,009 0,03 -0,01 0,027 В 5,27 15,4 1,94 44,311 5,15 0,39 1,21 0,74 0,56 2,41 0,78 0,89 0,11 0,58 0,74 Приклад. Хімічним методом було розраховано концентрацію нікелю (Ni) у воді рибогосподарського ставу, яка була на рівні - 12,6мкг/л. Для прогнозування вмісту нікелю (Ni) у всіх ланках екосистеми рибницьких ставів проводимо слідуючі розрахунки. Мдонні відклади = -0,059´12,6+5,27=4,53мг/кг; Мзообентос = -0,19´12,6+15,4=13,01мг/кг; Мзоопланктон = 1,09´12,6+1,94=15,67мг/кг; Мфітопланктон = 1,19´12,6+44,311=59,31мг/кг; Мводна рослинність = 0,0003´12,6+5,15=5,15мг/кг; Мм'язи коропа = -0,0002´12,6+0,39=0,39мг/кг; Мзябра коропа =-0,009´12,6+1,21=0,83мг/кг; Мнирки коропа = -0,005´12,6+0,74=0,68мг/кг; Мпечінка коропа = -0,02´12,6+0,56=0,31мг/кг; Мшкіра коропа = -0,118´12,6+2,41=0,92мг/кг; Мм'язи товстолоба= -0,03´12,6+0,78=0,40мг/кг; Мзябра товстолоба= 0,009´12,6+089=1,00мг/кг, Мнирки товстоло6а= 0,03´12,6+0,11=0,49мг/кг; Мпечінка товстолоба = -01´12,6+0,58=0,45мг/кг, Мшкіра товстолоба = 0 027´12,6+0,74=1,08мг/кг. Проведеними дослідженнями встановлено, що вміст нікелю (Ni) у ланках екосистемі ставів можна розрахувати за концентрацією їх у воді. Контрольні розрахунки показали, що концентрації нікелю (Ni) визначені хімічним та розрахунковим методом відрізняються у незначній мірі. Розроблений спосіб прогнозування вмісту нікелю (Ni) 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. 7 Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 45875 8 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