Розподіл важких металів у гідроекосистемі прісної водойми (на прикладі Тернопільського ставу)

Короткий опис

ТЕРНОПІЛЬСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ
ПЕДАГОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ім. В. Гнатюка

На правах рукопису

УДК 574.57+547.64

Гуменюк Галина Богданівна

Розподіл важких металів у гідроекосистемі прісної водойми
(на прикладі Тернопільського ставу)

03.00.16 екологія

Дисертація на здобуття
наукового ступеня
кандидата біологічних наук

Науковий керівник Грубінко В.В.,
доктор біологічних наук, професор

Тернопіль - 2003

ЗМІСТ
ПЕРЕЛІК УМОВНИХ СКОРОЧЕНЬ.. 4
ВСТУП.. 5
РОЗДІЛ 1. ШЛЯХИ НАДХОДЖЕННЯ ТА ЕКОЛОГІЧНА РОЛЬ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ У ВОДНИХ ЕКОСИСТЕМАХ.. 11
1.1.Джерела та шляхи надходження важких металів у гідроекосистеми.. 11
1.2. Вплив важких металів на екологічний стан організмів та гідроекосистем... 12
1.3. Механізм трансформації важких металів у гідроекосистемах.. 13
РОЗДІЛ 2. ОСОБЛИВОСТІ РОЗПОДІЛУ ТА АКУМУЛЯЦІЇ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ У СКЛАДОВИХ ГІДРОЕКОСИСТЕМИ.. 16
2.1. Вода.. 16
2.1.1. Нагромадження і міграція міді 16
2.1.2. Нагромадження і міграція свинцю.. 18
2.1.3. Нагромадження і міграція кадмію.. 20
2.1.4. Нагромадження і міграція кобальту. 21
2.2. Прибережний мул.. 22
2.2.1. Нагромадження і міграція міді 22
2.2.2. Нагромадження і міграція свинцю.. 22
2.2.3. Нагромадження і міграція кадмію.. 23
2.2.4. Нагромадження і міграція кобальту. 24
2.3. Грунти.. 24
2.3.1. Нагромадження і міграція міді 24
2.3.2. Нагромадження і міграція свинцю.. 25
2.3.3. Нагромадження і міграція кадмію.. 25
2.3.4. Нагромадження і міграція кобальту. 26
2.4. Продуценти.. 26
2.4.1. Нагромадження і міграція міді 27
2.4.2. Нагромадження і міграція свинцю.. 28
2.4.3. Нагромадження і міграція кадмію.. 30
2.4.4. Нагромадження і міграція кобальту. 31
2.5. Консументи I рівня.. 32
РОЗДІЛ 3. МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ.. 34
РОЗДІЛ 4. ЕКОЛОГО-ГІДРОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕРНОПІЛЬСЬКОГО СТАВУ.. 39
4.1. Формування Тернопільського ставу.. 39
4.2. Геоморфологічна та ландшафтна характеристика.. 40
4.3.Геологічна структура порід та характеристика грунтів і прибережного мулу Тернопільського ставу.. 41
4.4. Температурний режим ставу.. 42
4.5. Гідрологічна та біологічна характеристика водойми.. 45
4.6. Типологія забруднень та їх види.. 46
4.6.1. Антропогенне забруднення. 46
4.6.2. Самозабруднення...................................................................................................................................48
4.7. Самоочищення.. 49
4.8. Видовий склад рослин і тварин Тернопільського ставу.. 51
РОЗДІЛ 5. РОЗПОДІЛ МІДІ, КОБАЛЬТУ, СВИНЦЮ І КАДМІЮ В СКЛАДОВИХ ГІДРОЕКОСИСТЕМИ ТЕРНОПІЛЬСЬКОГО СТАВУ В ЗАЛЕЖНОСТІ ВІД СЕЗОНУ... 55
5.1. Весняний розподіл.. 57
5.1.1. Вода.. 57
5.1.2. Прибережний мул. 58
5.1.3.Прибережні грунти.. 59
5.1.4. Водорості. 60
5.2. Літній розподіл.. 61
5.2.1. Вода.. 61
5.2.2. Прибережний мул. 62
5.2.3. Прибережні грунти.. 64
5.2.4. Водорості. 65
5.3. Осінній розподіл.. 66
5.3.1. Вода.. 66
5.3.2. Прибережний мул. 67
5.3.3.Прибережні грунти.. 67
5.3.4. Водорості.

Список літератури

ВИСНОВКИ
1. У дисертаційній роботі наведені закономірності акумуляції та перерозподілу важких металів у складових прісноводної гідроекосистеми (вода, прибережний мул, прибережні грунти, водорості) на прикладі Тернопільського ставу у різні сезони року та у модельній гідроекосистемі в залежності від фізичних, гідрохімічних та біотичних факторів.
2. Встановлено, що у гідроекосистемі Тернопільського ставу за інтенсивністю акумуляції вміст важких металів можна подати рядами:
у воді: квітень Pd<Cd<Cu<Co; травень Pb<Cd<Co<Cu; липень Cd<Cu<Co<Pb; серпень Cd<Cu<Co<Pb; вересень Cd<Co<Pb<Cu; листопад Co<Cd<Cu<Pb; лютий Cd<Co<Cu<Pb;
у прибережному мулі: квітень Cd<Co<Cu<Pb; травень Cd<Co<Cu<Pb; липень Cd<Co<Cu<Pb; серпень Co<Cd<Cu<Pb; вересень Cd<Co< Cu<Pb; листопад Co< Cd<Cu<Pb; лютий Cd<Co<Pb<Cu;
у прибережних грунтах: квітень Cd<Co<Cu<Pb; травень Cd<Co<Cu<Pb; липень Cd<Co<Pb<Cu; серпень Cd<CoCu<Pb; вересень Cd<Co<Cu<Pb; листопад Cd=Co<Cu<Pb; лютий Cd<Co<Pb<Cu;
у складі водоростей: квітень Cd<Co<Cu<Pb; травень Cd<Co<Cu<Pb; липень Co<Cd<Pb<Cu; серпень Cd<Co<Cu<Pb; вересень Cd=Co<Cu<Pb; листопад Co<Cd<Cu<Pb; лютий Cd<Co<Pb<Cu.
3. Встановлено, що у складових гідроекосистеми Тернопільського ставу найвищими є вміст свинцю і міді. При порівнянні стандартних фонових значень концентрацій металів для певних складових водного середовища із нашими даними, виявлено, що Тернопільський став є досить забрудненою водоймою, особливо токсичними елементами (свинцем і кадмієм).
4. Встановлено, що найкращими акумуляторами важких металів є біотичні складові гідроекосистеми рослини (водорості) та, менше, молюски, що дозволяє зробити висновок про значну роль біотичних складових у перерозподілі та акумуляції важких металів у гідроекосистемах. Зокрема, водорості найбільш доцільно використовувати для моніторингу забруднених водойм.
5. Згідно результатів наших досліджень у модельній гідроекосистемі рослини (водорості) накопичують важкі метали лише до певного критичного рівня, відповідно до гідрохімічного стану водойми, а згодом відмирають, підвищуючи, концентрацію важких металів у воді та донних відкладах.
6. Встановлено, що в процесі адаптації зелених і синьо-зелених водоростей до високих рівнів аміаку у воді існують певні видові відмінності метаболічного перетворення, пов'язані з активацією окремих ферментних систем. ГДГ та ГСс. очевидно забезпечують первинну (миттєву) адаптацію рослин до підвищених рівнів аміаку. З вичерпанням резерву їх метаболічної активності та зниженням швидкості амонійфіксації індукуються процеси трансформації аміа­ку в трансферазній реакції глутамінсинтетази, що виявлено у зелених водоростей. Щодо синьо-зелених водоростей, то детоксикація аміаку глутаматдегідрогеназним шляхом здійснюється слабко, що свідчить про високу чутливість цих водоростей до високих рівнів аміаку у водному середовищі.
Значно нижчою, ніж у зелених водоростей, у синьо-зелених є активність глутамінсинтетази у трансферазній реакції. Отже, за значного зростання рівня аміаку у зв'язку із низькою амонійдетоксикуючою здатністю синьо-зелені водорості знижують біосинтез амідвмістимих сполук, включно білків, а кінцево гинуть.
7. За інтоксикації свинцем його вплив на глутаматдегідрогеназну активність і в зелених, і в синьо-зелених водоростей є незначним. Первинна детоксикуюча функція у водоростей за дії свинцю пригнічується. За дії свинцю виявлено активацію зв’язування аміаку у синтетазній реакції і у зелених, і в синьо-зелених водоростей. При цьому трансферазна гілка синтезу глутаміну пригнічується, особливо у синьо-зелених водоростей. Своєрід-ність реакції водоростей на свинець вказує на те, що при інтоксикації цим металом пригнічуються як вегетативні функції клітин, так і функціонування довготривалих систем формування толерантності водоростей до аміаку.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1.

Алдакимова А.Я. «Цветение» воды, вызванное синезелёными водорослями, и их роль в биологии Азовского моря // Экология и физиология синезелёных водорослей. М.: Наука, 1965. C.122 128.

2.

Андрієнко Т.Л., Попович С.Ю., Головол О.Ф. Озер вода жива. К.: Урожай, 1990.132 с.

3.

Баров І. Сюрпризи” озера // Вільне життя. 1977. № 25. С.3.

4.

Белоконь В.Н., Нахшина Е.П. Формы нахождения тяжёлых металлов в донных отложениях водохранилищ Днепра//Гидробиол. журн. 1990. Т. 26, № 2. С.83-89.

5.

Белоконь В.Н., Нахшина Е.П. Формы нахождения тяжёлых металлов в донных отложениях водохранилищ Днепра. III. Кобальт, медь, цинк // Гидробиол. журн. 1993. Т. 29, № 1. С.99 105.

6.

Бенжицкий А.Г. Витамин В12 в воде и организмах Чёрного моря: Автореф. дис.. канд. биолог. наук Одеса, 1970. 22 с.

7.

Бенжицкий А.Г. Витамин В12 в трофической цепи планктон рыбы. // Вопросы рыбохозяйственного освоения и санитарно биологического режима водойомов Украины. К.: Наук. думка, 1970. Ч.I. С.105-109.

8.

Бенжицкий А.Г. О роли морских организмов в миграции витамина В12 // Вопросы морской биологии: Тезисы II Всесоюзного симпозиума молодых учёных / АН УРСР Институт биологии южных морей им. А.О.Ковалевского. Севастополь. 1969. С.16-18.

9.

Брагинский Л.П. Основные принципы организации и проведения токсикологических экспериментов на прудах // Методики биологических исследований по водной токсикологии. М.: Наука, 1971. С. 237-249 .

10.

Бреховских В.Ф., Волкова З.В., Кирпичникова Н.В., Кочерян А.Г., Фёдорова Л.П. Особенности накопления тяжёлых металлов в донных отложениях и высшей водной растительности заливов Иваньковского водохранилища // Вод. ресурсы. 2001. Т. 28, № 4 С. 441-447.

11.

Брукс Р. Р. Химия окружающей среды. М.: Хи­мия, 1982. 371 с.

12.

Брукс Р.Р. Загрязнение микроэлементами // Химия окружающей среды / Под ред. Дж. О. М. Бокриса. М.: Химия, 1982. С. 371-413.

13.

Бумбу Я.В. Динамика содержания микроэлементов (I, Co, Zn, Сu, Mn) в воде Кучурганского лимана // Водоросли водоёмов Молдавии. Кишинёв.: Штиинца, 1973. С.88-99.

14.

Бумбу Я.В. Микроэлементы в жизни фитопланктона. Кишинёв.: Штиинца, 1976. С.1-115.

15.

Бурдин К.С. Основы биологического мониторинга. М.: Изд-во МГУ, 1985. 237 с.

16.

Бурма В. Голуба хвиля Тернопільського ставу // Вільне життя. 1999. № 14. С.2.

17.

Варварина Г.В., Кочарян А.Г., Лапин И.А. Донные отложения и вторичное загрязнение водойомов // Вод. ресурсы. 1988. № 4.- С. 96 -99.

18.

Васильчук О. Тернопільський став має вікову історію // Ровесник. 1999. № 12. С.3.

19.

Величко І.М. Живі охоронці водойм. К.: Наукова думка, 1997. 21 с.

20.

Веницианов Е.В., Кочарян А.Г. Воды суши: про­блемы и решения. М.: ИВП РАН, 1994. 299 с.

21.

Власюк П.А. Биологические элементы в жизнедеятельности растений. Киев: Наукова думка, 1969. 378 с.

22.

Волков И.И. Химические элементы в речном стоке и формы их поступления в море (на примере рек Черноморского бассейна) / Проблемы литологии и геохимии осадочных пород и руд. М.: Наука, 1975. С. 85-113.

23.

Гавриленко Е.Е., Золотухина Е.Ю. Накопление и взаимодействие ионов меди, цинка, марганца, кадмия, никеля и свинца при их поглощении водными макрофитами // Гидробиол. журн. 1989. Т. 25, № 5. С.54 -61.

24.

Гапочка Л.Д. Об адаптации водорослей. М.: МГУ, 1981. 79 с.

25.

Геренчук К.И., Чижов М.А. Приднестровсько-Подольская лесостепная область // Физико-географическое районирование Украинской ССР. К.: Изд-во Киев. ун-та, 1968. С. 241-247.

26.

Гонтарь Ю.В., Крупский К.Н., Гончаров В.А., Кисилевский В.В. Изучение концентраций тяжёлых металлов в речном стоке с урбанизованных территорий // Водные ресурсы. 1983. № 4. C. 89-95.

27.

Горбунов Н.И., Орлов Д.С. Природа и прочность связи органических веществ с минералами почвы // Почвоведение. 1977. № 7. С. 89-100.

28.

Гордеев В.В., Лисицын А.П. Микроэлементы. Химия океана. М.: Наука, 1979. Т. 1. С. 337-375.

29.

Горкин И.Н. Экологофизиологические аспекты иоконцентрирования микроэлемнтов гидробионтами в природных условиях // Экологофизиологические и токсикологические аспекты и методы рыбохозяйственных исследований. М.: ВНИРО. 1990. С. 7-21.

30.

Горюнова С.В., Ржанова Г.Н., Орлеанский В.К. Синезелёные водоросли. М. : Наука, 1969. 230 с.

31.

Григоръян Б.Р., Бойко В.А., Калимушкина С.Н. и др. Тяжёлые металлы в некоторых компонентах наземной и водной экосистем долины реки Меши // Экология. 1996. № 4. С.240-252.

32.

Грубінко В.В. Адаптивні реакції риб до дії аміаку водного середовища // Автореф. дис.... докт. біол. наук. Інститут гідробіології НАН України. 03.00.16-гідробіологія; 03.00.04 біохімія. Київ, 1995. 44 с.

33.

Грубінко В.В., Яковенко И.Ф., Арсан О.М. Механізм зв'язування екзогенного амонію у коропа // Доповіді АН УРСР, Сер. Б. 1990. № 5. С. 10-12.

34.

Гудзон Г. Охрана почвы и борьба с эрозией. М.: Мир, 1974. 304 с.

35.

Гуменюк Г.Б. Вміст та міграція міді, кобальту, кадмію та свинцю в екосистемі Тернопільського ставу // Наукові записки ТДПУ. Сер. „Біологія”. 2001. Т. 2, №14 С.190-193.

36.

Гуменюк Г.Б. Сезонна динаміка вмісту і міграції міді, кобальту, кадмію та свинцю в екосистемі Тернопільського ставу // Наукові записки ТДПУ. Сер. „Біологія”. 2001. Т. 2, №13 С.190-193.

37.

Гуменюк Г.Б., Грубінко В.В. Розподіл свинцю в біотичних і абіотичних компонентах гідроекосистеми // Наукові основи збереження біотичної різноманітності. Інститут екології Карпат НАН України. Львів: Ліга-Прес. 2002. С. 28-32.

38.

Гуменюк Г.Б., Грубінко В.В. Сезонна міграція міді, кобальту, кадмію та свинцю в екосистемі Тернопільського ставу // Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. К.: Ніка-Центр. 2001. Т.2. С. 745-753.

39.

Гуцал О. Тернопільський став // Соколовський О., Кордубан В. Екологія Тернополя в цифрах і фактах на межі тисячоліть: міський екологічний бюлетень. № 4. Тернопіль: Мальва-ОСО. 2001. С. 154-159.

40.

Денисова А.И., Нахшина Е.П., Новиков Б.И., Ря­бов В.К. Донные отложения водохранилищ и их влияние на качество воды. Киев: Наук. Думка, 1987. 164 с.

41.

Денисова А.И., Тимченко В.М., Нахшина Е.П. Гидрология и гидрохимия Днепра и его водохранилищ. Киев: Наук. Думка, 1989. 216 с.

42.

Драчёв С.М., Кудрявцева Н.А. Биогенные эле­менты и органическое вещество в водохранили­щах.. Рыбинск, 1974. 102 с.

43.

Евстегнеева З.Г., Громыко Е.А., Асеева К.Б. Определение активности глутаминсинтетазы // Биохимические методы. М.: Наука, 1980. С. 84-86.

44.

Жизнь растений: В 6 т. Т.3: Водоросли. Лишайники. М.: Просвещение, 1977. С. 25-27.

45.

Золотухина Е.Ю., Гавриленко Е.Е. Тяжёлые металлы в водных растениях. Аккумуляция и токсичность. // Научные доклады высшей школы. Биологические науки. 1989. № 9. С. 93-105.

46.

Зубенко И.Б., Линник П.Н. Фракционное распределение тяжёлых металлов в донных отложениях водохранилищ Днепра // Гидробиол. журн. 1997. Т. 33, № 3. С.101-111.

47.

Зырин Н.Г., Белицина Г.Д. Микроэлементы в почвах СССР (подвижные формы микроэлементов в почвах европейской части СССР). М.: МГУ. 1981. С.76-137.

48.

Иванова А.А., Каплин В.Т., Гончарова Т.О. Процессы превращения соединений металлов в природных водах // Труды IV Всесо­юзного гидрологического съезда. Л.:Гидрометеоиздат, 1976. T. 9. C. 44-53.

49.

Иванова А.А., Коновалов Г.С. О механическом и минералогиче­ском составе взвешенных веществ некоторых рек Советского Союза // Гид­рохим. материалы. 1971. T. 55. C. 79-90.