Спосіб прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (пеп-5)

Спосіб прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-5), що включає визначення хімічним методом вмісту важкого металу у воді, який відрізняється тим, що визначення хімічним методом вмісту важкого металу застосовують для планктофагів та проводять у воді дніпровських водосховищ, після чого 2 (19) 1 3 Важкі метали, як і раніше залишаються однією з пріоритетних груп забруднюючих речовин, що мають як локальне і регіональне, так і глобальне поширення. їх надходження у водне середовище пов'язано з природними та антропогенними джерелами. Поступаючи в надлишку і багато в чому перевершуючи індивідуальні потреби організмів, метали можуть викликати порушення різних функцій гідробіонтів, накопичуватися в їх органах, перевищуючи нормовані величини. Тому контроль зміни рівнів вмісту важких металів у водних організмах актуальний і необхідний. Слід відмітити, що багато 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. Токсикологічна обстановка в багатьох дніпровських водосховищах України залишається складною наслідок забруднення стічними водами. Найбільшу небезпеку представляє забруднення водосховищ 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. В період обмеженої фінансової допомоги фахівці з водної біоти якнайгостріше відчувають потребу у розробці досконаліших методів визначення вмісту важких металів у рибі, 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. 54377 4 Відомий спосіб математичного розрахунку вмісту іонів магнію, 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 органах і тканинах риб даний спосіб не може бути застосованим. Аналогами корисної моделі служать технічні рішення, згідно яких розрахунок вмісту важкого металу у органах і тканинах коропа та товстолоба проводиться на основі визначеної концентрації важкого металу у воді [Патент України №45878, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №45877, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №45876, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №45875, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №45874, Бюл. №22 від 25.11.2009 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №46876, Бюл. №11 від 11.01.2010 p., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №46875, Бюл. №11 від 11.01.2010 р., МПК (2009) А01К61/00; Патент України №46874, Бюл. №11 від 11.01.2010 р., МПК (2009) А01К61/00]. Але згадані способи корисні лише для звичайних умов рибогосподарських ставів, які не передбачають вирощування риби у природних водосховищах. Крім того недоліком є і те, що вищезгадані способи можуть бути застосовані лише для коропових видів риб, а не для планктофагів дніпровських водосховищ. Відмінності гідрохімічного й гідробіологічного режимів природних дніпровських водосховищ від рибогосподарських водойм із штучно заданими умовами обумовлюються, насамперед, особливостями умов вирощування риби. Так при вирощуванні риби у рибогосподарських ставах застосовують міри інтенсифікації, що включають в себе годівлю риби кормами, внесення органічних і мінеральних добрив, обеззараження води певними речовинами, контрольоване заселення ставів конкретними видами риби. Крім того такі водойми мають порівняно малу площу використання порівняно з природними водосховищами. Водосховища при досить своїх великих об'ємах практично штучно не заселяється рибою. Годівля риби відбувається теж природним шляхом. Зазвичай в таких природних умовах дніпровських водосховищ живуть такі планктофаги, як чехоня та синець. Всі ці чинники і визначають перебіг та відмінності гідробіологічних і фізико-хімічних процесів у рибогосподарських водоймах та дніпровських водосховищах. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-5). У назві корисної моделі є абревіатура 5 ПЕП-5, що означає прогнозування екосистемних показників. По суті назва походить з прототипу корисної моделі, що описаний вище. Але в нашому випадку назва має додатково цифру «4» (ПЕП-5). Це означає, що даний спосіб прогнозування вмісту важких металів застосовується не при звичайних умовах рибогосподарських господарств, а для планктофагів дніпровських водосховищ, що мають свої певні відмінності. Для зручності, в подальшому замість вищезгаданого словосполучення буде використовуватися ПЕП-5. Так, наприклад, якщо мова буде йти за спосіб ПЕП-5Мп, то це буде значити, що були проведені розрахунки з прогнозування екосистемних показників марганцю (Мn) в органах і тканинах планктофагів дніпровських водосховищ. Згідно запропонованого способу прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-5) здійснюється шляхом розрахунку вмісту важких металів у органах і тканинах планктофагів за допомогою визначеним хімічним методом концентрацій важких металів у воді дніпровських водосховищ. Хімічний метод визначення вмісту важких металів у органах і тканинах риб довготривалий і не дає можливості оперативно оцінювати стан планктофагів за стресових ситуацій. Отримані нами розрахунки дають можливість оперативно контролювати вміст важких металів у органах і тканинах планктофагів. Розрахунковий спосіб прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-5) рекомендовано при екстремальних ситуаціях та моніторингових дослідженнях. 54377 6 Технічне рішення щодо розробки прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-5) ґрунтується на результатах досліджень. Протягом 1990-2008 років дослідження вмісту важких металів у воді та органах і тканинах планктофагів проводили у дніпровських водосховищах України. Визначення вмісту важких металів у воді та органах і тканинах планктофагів проводили за допомогою атомно-адсорбційного спектрофотометра С-115-м. При розробках способу прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-3) використовували програму «Statistica 6.0» з урахуванням особливостей біологічних об'єктів. На основі математичного аналізу розраховані середньостатистичні дані вмісту важких металів у воді та органах і тканинах планктофагів дніпровських водосховищ. Встановлена кореляція між вмістом важких металів у воді та органах і тканинах планктофагів. Для оперативної оцінки якості рибної продукції, а також встановлення причин різкого погіршення фізіологічного стану риб розроблений спосіб прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-5). Для цього розраховані кутові та поправні коефіцієнти щодо рівняння лінійної регресії між двома значеннями вмісту важкого металу у воді та органах і тканинах планктофагів (табл.). Таблиця Кутові (К) та поправні (В) коефіцієнти для рівняння лінійної регресії між двома значеннями концентрації важких металів у воді та органами чи тканинами планктофагів дніпровських водосховищ Важкі метали Шкіра Нирки Печінка Зябра М'язи К 0,03 0,87 -0,04 0,09 -0,78 Fe 50,06 -15,78 82,45 75,97 103,97 К -3,45 -6,78 2,87 -5,97 Zn В 43,11 74,24 14 67,09 К -0,005 -0,002 -0,01 0,005 Mn В 0,56 0,35 0,77 0,46 К -1,78 -0,73 -5,48 -1,16 0,15 Сu В 6,46 4,56 22,21 5,69 1,17 К -0,49 -0,06 0,35 -0,2 Ni В 6,84 1,4 -1,56 2,9 К -0,4 -4,05 -0,07 -0,18 -0,16 Со В 1,2 0,31 0,29 0,85 0,63 К -0,03 -0,24 -0,01 0,09 Pb В 1,07 1,96 1,86 0,58 К 0,09 -0,005 0,06 Cd В 0,04 0,018 0,02 На першому етапі визначаємо хімічним методом вміст важких металів у воді дніпровських водосховищ. Потім на основі проведених аналізів води проводимо розрахунки, де використовується формула: Mоргану/тканини/ = К x Мводи +В, де Моргану/тканини/ - концентрація важкого металу в органі чи тканині планктофагів дніпровських водосховищ, мг/кг; Мводи - концентрація важкого металу у воді дніпровських водосховищ мкг/л; К – кутовий коефіцієнт для рівняння лінійної регресії між двома 7 54377 значеннями концентрації важкого металу у воді та у органі чи тканині планктофагів дніпровських водосховищ; В - поправний коефіцієнт; при чому кутові та поправні коефіцієнти використовують з таблиці 1. Похибка між розрахованою величиною та визначенням концентрації важкого металу хімічним методом є близькою 15 - 30%. Приклад 1. Хімічним методом було розраховано концентрацію заліза у воді дніпровського водосховища, яка була на рівні - 60,9 мкг/л. Визначимо вміст заліза у органах і тканинах планктофагів риб дніпровського водосховища (ПЕП-5Ре): Мшкіра коропових = 0,03 х 60,9 + 50,06 = 51,89 мг/кг; Мнирки коропових = 0,87 х 60,9 + (-15,78) = 37,20 мг/кг; Мпечінка коропових = -0,04 х 60,9 + 82,45 = 80,01 мг/кг; Мзябра коропових 0,09 х 60,9 + 75,97 = 81,45 мг/кг; Мм’язи коропових = -0,78 х 60,9 + 103,97 = 56,47 мг/кг. Приклад 2. Хімічним методом було розраховано концентрацію цинку у воді дніпровського водосховища, яка була на рівні - 1,2 мкг/л. Визначимо вміст цинку у органах і тканинах планктофагів дніпровського водосховища (ПЕП-5Zn): Мшкіра коропових = -3,45 х 1,2 + 43,11 = 38,97 мг/кг; Мнирки коропових = -6,78 х 1,2 + 74,24 = 66,10 мг/кг; Мпечінка коропових = 2,87х 1,2 + 14 = 17,44 мг/кг; Мзябра коропових = -5,97 х 1,2 + 67,09 = 59,93 мг/кг. Приклад 3. Хімічним методом було розраховано концентрацію марганцю у воді дніпровського Комп’ютерна верстка І.Скворцова 8 водосховища, яка була на рівні - 4,0 мкг/л. Визначимо вміст марганцю у органах і тканинах планктофагів дніпровського водосховища (ПЕП-5Мn): Мшкіра коропових = -0,005 х 4,0 + 0,56 = 0,54 мг/кг; Мнирки коропових = -0,002 х 4,0 + 0,35 = 0,34 мг/кг; Мпечінка коропових = -0,01 х 4,0 + 0,77 = 0,73 мг/кг; Мм’язи коропових = 0,005 х 4,0 + 0,46 = 0,48 мг/кг. ПРИКЛАД 4. Хімічним методом було розраховано концентрацію міді у воді дніпровського водосховища, яка була на рівні - 2,4 мкг/л. Визначимо вміст міді у органах і тканинах планктофагів дніпровського водосховища (ПЕП-5Сu): Мшкіра коропових = -1,78 х 2,4 + 6,46 = 2,19 мг/кг; Мнирки коропових = -0,73 х 2,4 + 4,56 = 2,81 мг/кг; Мпечінка коропових = -5,48 х 2,4 + 22,21 = 9,06 мг/кг; Мзябра коропових = -1,16 X 2,4 + 5,69 = 2,91 мг/кг, Мм’язи коропових = 0,15X2,4 + 1,17= 1,53 мг/кг. Ті ж самі дії проводимо при розрахунку вмісту інших металів (Ni, Co, Pb, Cd). Проведеними дослідженнями встановлено, що вміст важких металів у органах чи тканинах планктофагів дніпровських водосховищ можна розрахувати за концентрацією їх у воді. Контрольні розрахунки показали, що вмісти важких металів, які визначені хімічним та розрахунковим методом відрізняються у незначній мірі. Розроблений спосіб прогнозування вмісту важких металів у планктофагів дніпровських водосховищ (ПЕП-5) є доцільним та необхідним у моніторингових, а також у рибоводних та іхтіологічних дослідженнях. Підписне Тираж 26 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