Спосіб прогнозування вмісту марганцю (mn) в екосистемі рибницьких ставів (пеп-mn)

Спосіб прогнозування вмісту марганцю (Мn) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Mn), що включає проведення хімічного аналізу води, який відрі 3 сичних 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 марганцю (Mn) відносяться до одних з найбільш біодоступних . Велика кількість марганцю і його з'єднань міститься в стічних водах марганцевих копалень, збагачувальних фабрик, металургійних і деяких хімічних заводів. У воді марганець присутній в розчиненій формі (сірчанокислі, хлористі і азотнокислі солі, перманганат калія - КМnО4) і у вигляді нерозчинних гідроокисів. У концентрації 0,1-0,5мг/л марганець змінює органолептичні властивості води, надаючи їй металевому смаку. Вивченню фізіологічної ролі марганцю в організмах рослин і теплокровних тварин присвячено багато робіт. В даний час вважається, що цей елемент пов'язаний з ферментами, гормонами і вітамінами. Марганець активує пептидазу сироватки крові, декарбоксилази піровиноградної і кетоглутарової кислот, фосфоглюкомутазу, промідазу і ін. Марганець виступає в ролі окислювача ряду біологічних систем і в анаеробних умовах діє як водневий акцептор, впливає на вуглеводний обмін і взаємодіє з інсуліном та адреналіном, а також активізує дихання рослин Дані останніх років показали, що марганець пов'язаний з обміном ліпідів як в рослинах, так і в тваринних організмах. Слід підкреслити, що марганець поряд з кальцієм сприяє виборчому поглинанню іонів основних елементів мінерального живлення рослин. Беручи участь у біологічному каталізі і стимулюючи білковий, вуглеводний і жировий обміни, марганець значно впливає на ріст, розмноження і кровотворення теплокровних тварин і риб, активуючи фосфатази, та грає важливу роль в процесі окостеніння. Встановлено, що попадання з їжею 0,06мг марганцю на 100г маси тварини в добу підсилює активність лужної фосфатази сироватки крові, впливаючи на фосфатнокальцієвий обмін в організмі тварин. Вплив марганцю на лужну і кислу фосфатази слизистої стінки кишечника коропів досліджувала Ш. А. Берман. Доза, що була на рівні 10-4 М МnСІ2, підвищувала активність лужної фосфатази слизистої оболонки кишечника риб. Обмін марганцю в організмі знаходиться під контролем нервової і ендокринної систем. Негативний плив на біоту концентрацій марганцю (Мn), 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. Токсична дія марганцю схожа із залізом. Лише вплив КМпО4, що є сильним окислювачем, відрізняється від дії іонів марганцю. Летальна концентрація перманганату калію при експозиції 24 год. складає для окуневих 6 мг/л, а токсичні кордони його знаходяться в межах 13мг/л. Ракоподібні (дафнії і циклопи) гинуть при 46875 4 концентрації 1мг/л КМnО4. За даними G. Schweiger, токсичні наступні концентрації хлористого марганцю (при експозиції 7 днів): для одноліток коропа - 600мг/л, для ставкової форелі - 100, для веселкової форелі - 75 і линів-1200мг/л. Кормові організми гинуть при 700-1000мг/л. Шеперклаус відзначає, загибель ікри і риби від асфіксії наставала при відкладенні гідроокису марганцю у вигляді суцільного шару. Гостре отруєння солями марганцю характеризується занепокоєнням риб, світлим забарвленням тулуба, зменшенням чутливості до подразників, атаксією. Шкіра і зябра риб, загиблих від отруєння перманганатом калію, набувають буро-коричневого забарвлення. Гістологічними дослідженнями встановлюють дистрофію, некробіоз і злущування епітелію зябрових пелюсток і шкіри. При хронічному отруєнні з'єднання марганцю діють як протоплазматичні отрути, викликаючи важкі зміни в нервовій системі, нирках і органах кровообігу. 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 змісту двоокису вуглецю (СО2) по величині рН і концентрації НСО3- та розрахунок вмісту карбонатних іонів (СО32-) по величині pН 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 марганцю (Mn) в екосистемі рибницьких ставів (ПЕП-Mn). У назві корисної моделі є абревіатура ПЕП, що означає прогнозування екосистемних показників. Для зручності, в подальшому замість вищезгада 5 46875 ного словосполучення буде використовуватися ПЕП. Так, наприклад, якщо мова буде йти за спосіб ПЕП-Mn, то це буде значити, що були проведені розрахунки з прогнозування екосистемних показників марганцю (Мn). Згідно запропонованого способу прогнозування вмісту марганцю (Мn) здійснюється шляхом розрахунку вмісту марганцю у донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коропа та товстолоба за допомогою визначеній хімічним методом концентрації марганцю (Мn) у воді рибоводних ставів. Хімічний метод визначення вмісту марганцю (Мn) 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 марганцю (Мn) у водній екосистемі. Розрахунковий метод прогнозування вмісту марганцю (Мn) 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 марганцю (Мn) в екосистемі рибницьких ставів ґрунтується на результатах досліджень. Протягом 1990-2008 років дослідження вмісту марганцю (Мn) 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 марганцю (Мn) у воді, донних відкладах, зоопланктоні, зообентосі, фітопланктоні, водній рослинності, органах і тканинах коро 6 па та товстолоба проводили за допомогою атомно-адсорбційного спектрофотометра С-115-м. При розробках способу прогнозування вмісту марганцю (Мn) в екосистемі рибницьких ставів використовували програму «Statistica 6.0» з урахуванням особливостей біологічних об'єктів. На основі математичного аналізу розраховані середньостатистичні дані вмісту марганцю (Мn) в екосистемі рибницьких ставів. Встановлена кореляція між вмістом марганцю (Мn) 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 марганцю (Мn) 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 марганцю (Мn) у воді та ланками екосистеми ставів табл. 1. Для цього необхідно хімічним методом визначити вміст марганцю (Мn) у воді рибницьких ставів. На основі проведених аналізів води проводять розрахунки, де використовується формула: М0=К Мв+В, де Мо-концентрація марганцю (Мn) в об'єкті, мг/кг; Мв-концентрація марганцю (Мn) у воді, мкг/л; К-кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації марганцю (Мn) у воді та об'єкті; В-поправний коефіцієнт. Похибка між розрахованою величиною та визначенням концентрації марганцю (Мn) хімічним методом є близькою 15-30%. Таблиця 1 Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації марганцю (Мn) 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 М'язи 1+, 2+ Зябра Нирки Печінка Шкіра К -0,361 0,1 0,56 0,128 15,12 -0,007 -0,002 -0,0017 0,001 0,001 0,0003 -0,02 -0,0001 -0,0001 -0,0003 В 56,92 31,951 311,65 31,454 1556,6 0,28 1,32 0,29 0,14 0,45 0,34 4,73 0,21 0,35 0,85 7 46875 Приклад Хімічним методом було розраховано концентрацію марганцю (Мn) у воді рибогосподарського ставу, яка була на рівні -31,2мкг/л. Для прогнозування вмісту марганцю (Мn) у всіх ланках екосистеми рибницьких ставів проводимо слідуючі розрахунки. Мдонні відклади=-0,361 31,2+56,92=45,66мг/кг; Мзообентос=0,1 31,2+31,951=35,07мг/кг; Мзоопланшэн=0,56 31,2+311,65=329,12мг/кг; Мфітопланктонт=0,128 31,2+31,454=35,45мг/кг; Мводна рослинність=15,12 31,2+1556,6= =2028,34мг/кг; Ммязи коропа=-0,007 31,2+0,28=0,06мг/кг; Мзябра коропа=-0,002 31,2+1,32=1,26мг/кг; Мнирки коРопа=-0,0017 31,2+0,29=0,24мг/кг; Мпечіка коропа=-0,001 31,2+0,14=0,17мг/кг; Мшкіра коропа=0,001 31,2+0,45=0,48мг/кг; Комп’ютерна верстка О. Рябко 8 Ммязи товстолоба=0,0003 31,2+0,34=0,35мг/кг; Мзябра товстолоба=-0,02 31,2+4,73=4,11мг/кг; Мнирки товстолоба=-0,0001 31,2+0,21=0,21мг/кг; МпечінкатоВстолоба=-0,0001 31,2+0,35=0,35мг/кг; Мшкіратовстолоба=-0,0003 31,2+0,85=0,84мг/кг. Проведеними дослідженнями встановлено, що вміст марганцю (Мn) у ланках екосистемі ставів можна розрахувати за концентрацією їх у воді. Контрольні розрахунки показали, що концентрації марганцю (Мn) визначені хімічним та розрахунковим методом відрізняються у незначній мірі. Розроблений спосіб прогнозування вмісту марганцю (Mn) 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