Спосіб прогнозування вмісту заліза (fe) в екосистемі рибницьких ставів (пеп-fe)

Спосіб прогнозування вмісту заліза (Fe) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Fe), що включає 3 господарськими 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 заліза (Fe) відносяться до одних з найбільш біодоступних. Серед хімічних елементів, важливих для життєдіяльності тваринних і рослинних організмів, залізу відводиться особливе місце. У земній корі його міститься 4,2-5,1 вагового відсотка, а центральне ядро нашої планети майже цілком складається із заліза. Будучи активним металом, залізо в природі у вільному стані зустрічається рідко і часто входить до складу багатьох мінералів (пірит, магнітний залізняк, гематит, і ін.). Тварини і рослини здатні акумулювати залізо з довкілля. Залізо, що міститься в організмі тварин, підрозділяють на дві групи: гематинове і негематинове залізо. Перша група включає залізо хромопротеїдів (дихальних білків - гемоглобіну, хлорокруаріну, гелікорубіну і міоглобіну) і гемовмістних дихальних ферментів (цитохромів, цитохромоксидаз, пероксидаз і каталаз). У другу групу входить залізо ряду речовин, що не містять гемозалізопорфіринового комплексу (гемерітрин). Найбільш поширений гемоглобін - дихальний білок, що містить 0,34-0,48% заліза. Гемоглобін міститься майже в 50% всіх видів тварин. Він виявлений в деяких плісеневих грибках, простіших, у крові і лімфі багатьох безхребетних (молюски, членистоногі) і практично у всіх хребетних. Є гемоглобін і в рослинному світі - в точках росту та бульбах коріння бобових рослин. До дихальних білків відноситься і міоглобін - червоний пігмент м'язової тканини. Міоглобін у м'язах риб відіграє роль короткочасного резерву (депо) кисню, крім того, він впливає на швидкість проникнення кисню в клітині. Виводиться залізо з організму в основному через шлунковокишковий тракт і нирки. Незначна частина елементу виділяється з жовчю. Цілком імовірно, що у риб в обміні заліза між місцем існування і організмом певну роль грають зябра, плавники і шкіра. Негативний плив на біоту концентрацій заліза (Fe), 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. 46874 4 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, 272 с.]. Серед них - розрахунок вмісту двоокису вуглецю (СО2) по величині рН і концентрації НСО3 та розрахунок вмісту карбонатних іонів 2(СО3 ) 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 3-4г/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 заліза (Fe) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Fe). 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-Fe, то це буде значити, що були проведені розрахунки з прогнозування екосистемних показників заліза (Fe). Згідно запропонованого способу прогнозування вмісту заліза (Fe) здійснюється шляхом розрахунку вмісту заліза у донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба за допомогою визначеній хімічним методом концентрації заліза (Fe) у воді рибоводних ставів. Хімічний метод визначення вмісту заліза (Fe) 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 заліза (Fe) у водній екосистемі. Розрахунковий метод прогнозування вмісту заліза (Fe) у екосистемі водойм рекомендовано 5 46874 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 заліза (Fe) в екосистемі рибницьких ставів ґрунтується на результатах досліджень. Протягом 1990-2008 років дослідження вмісту заліза (Fe) 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 заліза (Fe) 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 заліза (Fe) в екосистемі рибницьких ставів використовували програму «Statistica 6.0» з урахуванням особливостей біологічних об'єктів. На основі математичного аналізу розраховані середньостатистичні дані вмісту заліза (Fe) в екосистемі рибницьких ставів. Встановлена кореляція між вмістом заліза (Fe) у воді та кожною окремою ланкою екосистеми ставів (донних відкладах, зоо 6 планктоні, 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 заліза (Fe) 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 заліза (Fe) у воді та ланками екосистеми ставів табл. 1. Для цього необхідно хімічним методом визначити вміст заліза (Fe) у воді рибницьких ставів. На основі проведених аналізів води проводять розрахунки, де використовується формула: Мо=К×Мв+В, де Мо - концентрація заліза (Fe) в об'єкті, мг/кг; Мв - концентрація заліза (Fe) у воді, мкг/л; К - кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації заліза (Fe) у воді та об'єкті; В - поправний коефіцієнт. Похибка між розрахованою величиною та визначенням концентрації заліза (Fe) хімічним методом є близькою 15-30%. Таблиця 1 Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації заліза (Fe) 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 0,539 -5,363 -0,13 -2,89 -0,11 -0,01 0,02 0,035 0,003 0,06 0,03 -0,18 0,003 -0,012 -0,03 Приклад Хімічним методом було розраховано концентрацію заліза у воді рибогосподарського ставу, яка була на рівні - 306,3мкг/л. Для прогнозування вмісту заліза (Fe) у всіх ланках екосистеми рибницьких ставів проводимо слідуючі розрахунки. Мдонні відклади=0,539x306,3×1351,3=1516,40мг/кг; Мзообентос=-5,363×306,3+4777,7=3135,01мг/кг; Мзоопланктон=-0,13×306,3+3309,5=3269,68мг/кг; Мфітопланктон=-2,89×306,3+6063,4=5178,19мг/кг; В 1351,3 4777,7 3309,5 6063,4 330,34 20,495 45,774 47,58 44,089 31,548 17,163 223,62 61,609 64,65 42,43 Мводна рослинність =0,11×306,3+330,34=296,64мг/кг; Мм’язи коропа=-0,01×306,3+20,495=17,43мг/кг; Мзябра коропа=0,02×306,3+45,774=51,90мг/кг; Мнирки коропа=0,035×306,3+47,58=58,30мг/кг; Мпечінка коропа=0,003×306,3+44,089=45,01мг/кг; Мшкіра коропа=0,06×306,3+31,548=49,93мг/кг; Мм’язи товстолоба=0,03×306,3+17,163=26,35мг/кг; Мзябра товстолоба=-0,18×306,3+223,62=168,49мг/кг; Мнирки товстолоба=0,003×306,3+61,609=62,53мг/кг; Мпечінка товстолоба=-0,012×306,3+64,65=60,97мг/кг; 7 46874 Мшкіра товстолоба=-0,03×306,3+42,43=33,24мг/кг. Проведеними дослідженнями встановлено, що вміст заліза (Fe) у ланках екосистемі ставів можна розрахувати за концентрацією їх у воді. Контрольні розрахунки показали, що концентрації заліза (Fe) визначені хімічним та розрахунковим методом відрізняються у незначній мірі. Комп’ютерна верстка О. Рябко 8 Розроблений спосіб прогнозування вмісту заліза (Fe) 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