Спосіб зниження вмісту кадмію у фітопланктоні водойм рибогосподарського призначення

Реферат: Спосіб зниження вмісту кадмію у фітопланктоні водойм рибогосподарського призначення, що передбачає застосування сорбенту. Як сорбент використовують фракції клиноптилоліту розміром 1,0-4,0 мм, який вносять по поверхні водного дзеркала з розрахунку 281,7 кг/га. UA 122550 U (12) UA 122550 U UA 122550 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до рибного господарства, зокрема до способів зменшення вмісту важких металів у водоростях і може бути використана для зниження вмісту кадмію у фітопланктоні водойм рибогосподарського призначення та одержання екологічно безпечної продукції аквакультури. Фітопланктон представлений вільно ширяючими у верхніх шарах води організмами, в основному водоростями та бактеріями [1]. Найпоширенішими представниками цієї групи планктонних організмів є ціанобактерії (Cyanobacteria), діатомові водорості (Bacillariophyta), динофлагелляти (Dinoflagellata) та зелені водорості [2]. Як і вищі рослини, фітопланктонні організми використовують хлорофіл для захоплення сонячного світла, перетворюючи його в хімічну енергію за допомогою фотосинтезу. Таким чином, вони споживають вуглекислий газ, виділяючи кисень [3]. Хоча всі представники фітопланктонну існують завдяки фотосинтезу, але деякі з них здатні отримувати додаткову енергію, споживаючи інші організми [4]. Загалом, зростання фітопланктону залежить від наявності вуглекислого газу, сонячного світла і поживних речовин. Крім того, фітопланктон, як і наземні рослини, потребує поживних речовин, таких як нітрати, фосфати і кальцій [5]. Кадмій — хімічний елемент в періодичній таблиці, який позначається Cd і має атомний номер 48 та атомну масу 112,41. Сріблясто-білий м'який метал з синюватим відливом, гнучкий, тягучий, легкоплавкий, високотоксичний [6]. Він трапляється в цинковій руді та масово використовується в батареях живлення. У воді кадмій зазвичай знаходиться у вигляді попередньо заміщеного гідрат-іону, а також у складі численних комплексних сполук [7]. З погляду теорії м'яких і твердих кислот та основ Піарсона він є типовою м'якою кислотою, а отже, схильний утворювати комплексні сполуки з м'якими лігандами, наприклад, з сірчаними лігандами (амінокислоти, цистин, цистеїн), а також частково з азотними лігандами (група CN-). Вважається, що близько 80 % кадмію у воді це комплексні сполуки [8]. Комплексні сполуки кадмію активно акумулюються представниками фітопланктонних організмів, причому міра негативної дії кадмію визначається в основному видовим складом фітопланктону і його фотосинтетичною активністю [9]. Наприклад, під час розвитку ціанобактерій із збільшенням продукції фітопланктону зростає негативна дія кадмію. В той же час, вона слабшає в період розвитку зелених і діатомових водоростей [10]. Дослідження впливу кадмію на фітопланктон, на прикладі водорості Anabenaena sp. показало, що він включається в цитоплазму і клітинні поліфосфатні тільця, викликає втрату Mg і Са, внаслідок чого змінюється їх іонна структура. Також виявлено, що кадмій пригнічує поглинання фосфору [11]. Накопичення кадмію фітопланктонними організмами, здійснюється, перш за все, шляхом їх адсорбції на клітинній стінці, що відмічено, наприклад, для Chlorella stigmatofora і Ch.vulgaris [12]. Саме цим і пояснюється максимальне поглинання кадмію одразу після його потрапляння у водойму. Так, 90 % металу зв'язується у першу хвилину ціанобактеріями [13]. Наступний етап накопичення кадмію - проникнення його всередину клітини - набагато повільніший та складається з пасивної дифузії і метаболічно залежного поглинання [14]. Оскільки основою нормального функціонування водних екосистем є життєдіяльність організмів фітопланктону, їх здатність активно накопичувати кадмій може мати істотний екологічний наслідок. При забрудненні їх цим важким металом виникає небезпека накопичення токсиканту в клітинах фотосинтетиків та перехід їх харчовими ланцюгами в продукцію аквакультури — як риби, так і цінних безхребетних організмів [15]. Таким чином, розроблення способу зниження вмісту кадмію у фітопланктонних організмах є передумовою забезпечення отримання екологічно безпечної продукції аквакультури. Найбільш близьким по суті до способу, що заявляється є використання для очищення води глинистого мінералу - природного сапоніту [Україна, Пат. № 450023, Бюл. № 20, 2009 р. Національний технічний Університет України "Київський політехнічний Інститут" "Спосіб вилучення іонів металів із забруднених водних систем"]. Недоліком відомого способу є необхідність використання як сорбенту сапоніту, який не задовольняє всі вимоги до системфільтрації у водоймах рибогосподарського призначення. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб зниження вмісту кадмію у фітопланктоні водойм рибогосподарського призначення. Згідно з запропонованим способом, зниження вмісту кадмію у фітопланктоні водойм рибогосподарського призначення здійснюється за допомогою адсорбційних властивостей клиноптилоліту. Клиноптилоліт вітчизняних родовищ, зокрема Сокирницького на Закарпатті, багатьма дослідниками рекомендується використовувати без додаткового очищення, для збагачення промислових сорбентів, або наповнювача при фільтрації рідких середовищ [16]. Спосіб здійснюється наступним чином. Клиноптилоліт фракції 1,0-4,0 мм вносять по поверхні води, з розрахунку 281,7 кг/га. Він опускається на дно водойм, адсорбуючи комплексні 1 UA 122550 U 5 10 сполуки кадмію, що веде до зменшення їх концентрації у фітопланктоні. Технічне рішення щодо розроблення способу зниження вмісту кадмію у фітопланктоні водойм рибогосподарського призначення ґрунтується на результатах власних досліджень. Приклад. У червні-вересні 2015 р. на базі ДП ДГ Львівської дослідної станції Інституту рибного господарства НААН проводили апробацію запропонованої корисної моделі. Заміри виконували у ставу № 24 (12) площею 0,14 га, який наповнюється водою річки Верещиці. Глибина ставу становить 1-1,5 м. Впродовж місяця щотижня проводили забори зразків фітопланктону. Вміст кадмію визначали методом атомно-абсорбційної спектрофотометрії після сухого озолення на спектрофотометрі С-115М1. Результати опрацьовували статистично, об'єднавши у групи по чотири заміри (п=12-16): група І - чотири заміри у період 02-23.06.2015 до внесення цеоліту, група II - три наступні заміри (30.06-14.07), група III - три подальші заміри (21.07-04.08), група IV - чотири останні заміри (11.08-01.09). При внесенні клиноптилоліту відмічено зменшення концентрації кадмію у фітопланктоні (табл.). Таблиця Динаміка вмісту плюмбуму у фітопланктоні, мг/кг Група І 0,359±0,091 II 0,288±0,071 III 0,209±0,082 IV 0,163±0,044 15 20 25 30 35 40 45 50 З таблиці видно, якщо порівнювати дані, одержані у групі І, з такими у груп II-IV, спостерігається зниження середніх величин вмісту кадмію відповідно на 20 %, 42 % та 55 %. Отже, запропонований спосіб доцільно застосовувати для отримання екологічно безпечної продукції аквакультури за рахунок детоксикації фітопланктону. Запропонована корисна модель може використовуватись як у сільськогосподарській практиці, так і в агроекології, екотоксикології, гідробіології та при розробленні заходів детоксикації водойм, забруднених важкими металами. Джерела інформації: 1. Гідроекологічний стан Каховського водосховища / О.В. Федоненко, Н.Б. Єсіпова, Т.С. Шарамок [та ін.] // Питання біоіндикації та екології. - 2010. - Вип. 15, № 2. – С. 214-222. 2. Константинов А.С. Общая гидробиология: учебник для биологических специальностей университетов / Константинов А.С. - М.: Высшая школа, 1979. - 480 с. 3. Львович М.И. Проблемы воды и предотвращение качественного истощения водных ресурсов / М.И. Львович, П.Л. Россолимо // Человек, общество и окружающая среда. - М.: Мысль, 1973. - С. 217-251. 4. Грициняк І.І. Біологічне значення та токсичність важких металів для біоти прісноводних водойм (огляд) / І.І. Грициняк, Н.Л. Колесник // ибогосподарська наука України. - 2014. - № 2. - С. 31-45. 5. Войнар А.И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека / Войнар А.И. - М.: Высшая школа, 1960. - 544 с. 6. Глосарій термінів з хімії // Й. Опейда, О. Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет. - Донецьк: Вебер, 2008. - 758 с 7. Мала гірнича енциклопедія: у 3 т. / за ред. В.С. Білецького. - Д.: Східний видавничий дім, 2004-2013. 8. Кадмій [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://pidruchniki.com/71218/ekologiya/kadmiy 9. Курбатова С.А. Реакция зоопланктонных сообществ микро- и мезокосмов на действие природных и антропогенных факторов: дисс. … кандидата биол. наук: 03.00.18 / Курбатова Светлана Анатольевна. - Борок, 2006. - 166 с. 10. Брагинский Л.П. Пресноводный планктон в токсической среде / Брагинский Л.П., Величко И.М., Щербань Э.П. - К.: Наукова думка, 1987. - 179 с. 11. Горюнова С.В. К исследованию совместного воздействия некоторых тяжелых металлов на зеленые водоросли /С.В. Горюнова // Вторая всесоюзная конференция по рыбохозяйственной токсикологии: мат. Т. 1. - Санкт-Петербург, 1991. - С. 131. 12. Плеханов С.Е. Функциональная диагностика влияния тяжелых металлов на зеленые водоросли / С.Е. Плеханов, Ю.К. Чемерис // Первая всесоюзная конференция по рыбохозяйственной токсикологии, декабрь, 1988 г.: мат. ч. 2 - Рига, 1989. - С. 74-75. 2 UA 122550 U 5 10 13. Божков А.И. Проявление генотоксичности тяжелых металлов в клетках водорослей и инфузорий / А.И. Божков, Е.В. Усенко // Вторая всесоюзная конференция по рыбохозяйственной токсикологи: мат. Т. 1. - СПб., 1991. - Т. 1. - С. 54-55. 14. Виноградова З.А. Микроэлементы в планктоне и воде различных районов Черного моря / З.А. Виноградова, Г.М. Коган // Биология моря. - 1971. - Вып. 22. - С. 16-47. 15. Колесник Н.Л. Важкі метали в екосистемі ставів та їх вплив на рибопродуктивність і харчову цінність риби в умовах інтенсивного вирощування: дис. … кандидата с.-г. наук: 06.02.03 / Колесник Наталія Леонідівна. - К., 2012. - 191 с. 16. Тарасевич Ю.И. Опыт применения клиноптилолита в качестве фильтрующего материала скорых фильтров на промышленной водоочистной станции / Ю.И. Тарасевич, Г.Г. Руденко, В.А. Кравченко, А.Г. Сидорович // Химия и технология воды. - 1983. - Том 5(1). - С. 5455. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб зниження вмісту кадмію у фітопланктоні водойм рибогосподарського призначення, що включає застосування сорбенту, який відрізняється тим, що як сорбент використовують фракції клиноптилоліту розміром 1,0-4,0 мм, який вносять по поверхні водного дзеркала з розрахунку 281,7 кг/га. 20 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3