Спосіб прогнозування вмісту свинцю (pb) в екосистемі рибницьких ставів (пеп-pb)

Спосіб прогнозування вмісту свинцю (Рb) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Pb), який відрізняється тим, що спочатку хімічним методом визначають вміст свинцю (Рb) у воді рибницьких ставів та на основі проведених аналізів води проводять розрахунки по формулі: Мо=К×Мв+В, де Мо - концентрація свинцю (Рb) в об'єкті, мг/кг; Мв - концентрація свинцю (Рb) у воді, мкг/л; К кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації свинцю (Рb) у воді та об'єкті; В - поправний коефіцієнт; причому кутові та поправні коефіцієнти використовують з таблиці: Таблиця (13) 45877 В 7,17 16,94 25,08 72,849 18,436 0,37 1,47 0,72 0,28 0,54 0,31 2,09 0,538 0,27 0,89 (11) К 0,02 -0,09 -0,24 -0,87 -0,25 0,001 -0,001 0,01 0,0005 0,004 0,005 -0,002 0,001 0,009 -0,009 Корисна модель належить до галузі рибної промисловості, зокрема до водної токсикології, і може бути використана для прогнозування вмісту свинцю (Рb) у екосистемі рибницьких ставів. Кін. XX - поч. XXI ст. - період активного вивчення та регулювання екологічного стану довкілля. Відомо немало випадків негативної дії забруднення на навколишнє середовище та здоров'я людей. Багато негативних наслідків, поза сумнівом, будуть ще виявлені. Серед проблем, що вимагають швидкого рішення, можна назвати наступні: евтрофування водойм, вплив кислотних дощів, забруднення важкими металами, синтетичними хімічними речовинами і радіонуклідами, а також теплове забруднення водних об'єктів. Слід відмітити, що багато (19) UA 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 U Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації свинцю (Рb) у воді та ланками екосистеми ставу 3 застарілих методів і концепцій, що використовувалися ще 30-50 років тому, знаходять впровадження і на теперішній час. Це, поза сумнівом, може уповільнити вирішення проблем, що виникають при взаємодії людини і довкілля. Необхідна розробка нових, досконаліших методів дослідження і контролю стану довкілля. Також слід зауважити, що вивчення довкілля повинно бути всеосяжним і комплексним. Окрім небезпечної дії на людей, забруднюючі речовини впливають на 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. Свинець відноситься до елементів, які містяться у різних організмах. Проте форми сполук свинцю вивчені ще мало, а біологічна роль вияснена недостатньо. Його відносять до одного з найнебезпечніших забрудників, оскільки він має тривалий характер дії. Основний шлях 45877 4 надходження свинцю у воду - антропогенний, який є результатом господарської діяльності людини. Так, широке використання свинцю як антидетонатору рідкого палива з'явилося однією з основних причин збільшення його вмісту в наземних та морських екосистемах. Зростаюча кількість свинцю, що поступає в навколишнє середовище, викликає обґрунтовану тривогу, оскільки збільшується його вміст в грунті, воді, тваринних і рослинних організмах. Наприклад, вміст свинцю в осадових відкладах озер деяких великих міст за останніх 100 років збільшився майже в 20 разів. Вміст свинцю у верхньому шарі ґрунту поблизу заводів по виплавці цинку складає від 200 до 1100 мкг/л. Потрапляючи в результаті змивання ґрунтів у різні водойми, велика частина свинцю переходить в донні відклади. Відбувається це шляхом преципітації його слаборозчинних з'єднань, копреципітації на нерозчинних агентах, адсорбції на колоїдах мінералів, гідроокисів Fe і Мn, а також на органічному матеріалі. Іонна форма свинцю має велику степінь акумуляції. Проте існує цілий ряд чинників, які сприяють розчиненню сполук свинцю і переведенню їх у гідросфері в рухливий стан. Свинець, судячи по різних біологічних показниках, є сильним інгібітором клітинного метаболізму і може збільшувати токсичність інших металів. Свинець сприяє зменшенню темпу ділення клітин при самій низькій концентрації, а при вивченні дії солей свинцю на мітохондрії рослин виявило інгібування транспорту електронів, особливо у відсутності фосфору. Дія свинцю виявляється в широкому діапазоні концентрацій залежно від умов досліду. Показано, що концентрації свинцю в інтервалі 100-300 мкг/л впливали на інтенсивність фотосинтезу, швидкість ділення водоростей. Досліджено, що свинець пригнічує розмноження синьо-зелених водоростей, знижує вміст хлорофілу, пригнічує фіксацію молекулярного азоту і трансформує ультраструктуру клітин. У експериментах деяких вчених концентрація свинцю 500 мкг/л була токсична для клітин харчових водоростей. Під дією свинцю відбувалося уповільнення руху протоплазми і загибель частини клітин. На думку вчених, дія свинцю на клітини пов'язана з порушенням енергетики клітини, пошкодженням їх мембранних структур. Малі дози цього металу стимулюють зростання джгутикових водоростей, тоді як високі концентрації свинцю викликають глибокі зміни в структурі хлоропластів та пігментному комплексі. Хронічна дія сублетальних доз свинцю на рибу призводить до зміни в структурі специфічних тканин. Це може проявлятися в пошкодженні мітохондрій та еритроцитів, у збільшенні рибосомної щільності та зменшенні полірибосомної щільності. Іншими проявами свинцевого токсикозу є потемніння шкіри, лордози, сколіоз, тремор та омертвіння сенсорних та підтримуючих клітин бокових ліній риб. В період обмеженої фінансової допомоги фахівці з водної біоти якнайгостріше відчувають потребу у розробці досконаліших методів визначення вмісту важких металів у ланках водної 5 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, 272 с.]. 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 (Mg2+) 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: Mg2+=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 свинцю (Рb) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Рb). 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-Рb, то це буде значити, що були проведені розрахунки з прогнозування екосистемних показників свинцю (Рb). Згідно запропонованого способу прогнозування вмісту свинцю (Рb) здійснюється шляхом розрахунку вмісту свинцю (Рb) у донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба за допомогою визначеній хімічним методом концентрації свинцю (Рb) у воді рибоводних ставів. Хімічний метод визначення вмісту свинцю (Рb) 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 свинцю (Рb) у водній екосистемі. Розрахунковий метод прогнозування вмісту свинцю (Рb) у екосистемі водойм рекомендовано при екстремальних 45877 6 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 свинцю (Рb) в екосистемі рибницьких ставів ґрунтується на результатах досліджень. Протягом 1990-2008 років дослідження вмісту свинцю (Рb) 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 свинцю (Рb) 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 свинцю (Рb) в екосистемі рибницьких ставів використовували програму «Statistica 6.0» з урахуванням особливостей біологічних об'єктів. На основі математичного аналізу розраховані середньостатистичні дані вмісту свинцю (Рb) в екосистемі рибницьких ставів. Встановлена кореляція між вмістом свинцю (Рb) 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). Для оперативної оцінки якості рибної продукції, а також встановлення причин різкого погіршення фізіологічного стану риб розроблений спосіб прогнозування вмісту свинцю (Рb) 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 свинцю (Рb) у воді та ланками екосистеми ставів таблиця. Для цього необхідно хімічним методом визначити вміст свинцю (Рb) у воді рибницьких ставів. На основі проведених аналізів води проводять розрахунки, де використовується формула: Мо= К´Мв+В, де Мо - концентрація свинцю (Рb) в об'єкті, мг/кг; Мв - концентрація свинцю (Рb) у воді, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації свинцю (Рb) у воді та об'єкті; В - поправний коефіцієнт. Похибка між розрахованою величиною та визначенням концентрації свинцю (Рb) хімічним методом є близькою 15-30 %. 7 45877 8 Таблиця Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації свинцю (Рb) у воді та ланками екосистеми ставу Ланки екосистеми ставу Донні відклади Зообентос Зоопланктон Фітопланктон Водна рослинність Короп 1+, 2+ М'язи Зябра Нирки Печінка Шкіра Товстолоб 1+, 2+ М'язи Зябра Нирки Печінка Шкіра Приклад. Хімічним методом було розраховано концентрацію свинцю (Рb) у воді рибогосподарського ставу, яка була на рівні - 8,1 мкг/л. Для прогнозування вмісту свинцю (Рb) у всіх ланках екосистеми рибницьких ставів проводимо слідуючі розрахунки. Мдонні відклади=0,02´8,1+7,17=7,33 мг/кг; Мзообентос=-0,09´8,1+16,94=16,21 мг/кг; Мзоопланктон=-0,24´8,1+25,08=23,14 мг/кг; Мфітолланктон=-0,87´8,1+72,849=65,80 мг/кг; Мводна рослинність=-0,25´8,1+18,436=16,41 мг/кг; Мм’язи коропа=0,001´8,1+0,37=0,38 мг/кг; Мзябра коропа=-0,001´8,1+1,47=1,46 мг/кг; Мнирки коропа=0,01´8,1+0,72=0,80 мг/кг; Мпечінка коропа=0,0005´8,1+0,28=0,28 мг/кг; Мшкіра коропа=0,004´8,1+0,54=0,57 мг/кг; Мм’язи товстолоба=0,005´8,1+0,31=0,35 мг/кг; Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко К 0,02 -0,09 -0,24 -0,87 -0,25 0,001 -0,001 0,01 0,0005 0,004 0,005 -0,002 0,001 0,009 -0,009 В 7,17 16,94 25,08 72,849 18,436 0,37 1,47 0,72 0,28 0,54 0,31 2,09 0,538 0,27 0,89 Мзябра товстолоба=-0,002´8,1+2,09=2,07 мг/кг; Мнирки товстолоба=0,001´8,1+0,538=0,55 мг/кг; Мпечінка товстолоба=0,009´8,1+0,27=0,34 мг/кг; Мшкіра товстолоба=-0,009´8,1+0,89=0,82 МГ/КГ. Проведеними дослідженнями встановлено, що вміст свинцю (Рb) у ланках екосистеми ставів можна розрахувати за концентрацією їх у воді. Контрольні розрахунки показали, що концентрації свинцю (Рb) визначені хімічним та розрахунковим методом відрізняються у незначній мірі. Розроблений спосіб прогнозування вмісту свинцю (Рb) 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