Одной из важных проблем физиологии животных, а также и рыбоводных процессов является изучение микроэлементного состава воды и выяснение диапазона возможных концентраций элементов в конкретных рыбохозяйственных водоемах и микроэлементный статус различных гидробионтов, в т.ч. рыб [2, 3, 5, 6, 7]. Можно считать доказанным, что содержание микроэлементов в природных водах предопределяется многими биогеохимическими факторами [2]. При этом отсутствие даже одного элемента или его низкий уровень может привести к эндемическим заболеваниям сельскохозяйственных животных и разводимых рыб, а избыточное количество металлов – к различным токсикозам гидробионтов [1, 2, 3, 4, 8].
В настоящее время накоплен значительный опыт применения недостающих в среде микроэлементов как биостимуляторов при инкубации икры различных видов рыб [2, 3, 4, 8]. С другой стороны, многие тяжелые металлы, поступая в водоемы вместе с промышленными и сельскохозяйственными стоками особенно в период 1960–1990 гг., вызывали загрязнение водоемов дельты Волги и Северного Каспия и изменяли физиологический статус водных организмов, отрицательно влияли на их функциональное состояние. В то же время в последние годы у ряда сельскохозяйственных животных в изучаемом регионе установлены скрытые формы гипомикроэлементозов.
Целью работы явилось обобщение результатов многолетнего (1968–2010 гг.) мониторинга содержания алюминия, ванадия, висмута, железа, кобальта, марганца, меди, молибдена, никеля, селена, олова, свинца, серебра, титана и цинка в питьевой воде, используемой в животноводстве и различных рыбохозяйственных и естественных водоемов дельты р. Волги и Северного Каспия, а также выяснение особенностей динамики микроэлементного состава воды, планктона и различных видов рыб в зависимости от сезона года и специфики водоема, т.е. изучение биогеохимической ситуации водных экосистем реки Волги и Северного Каспия.
Сбор проб воды на содержание металлов проводился ежегодно на р. Волге (13 станций) и в районе Северного Каспия (7 станций) в различные гидрологические периоды. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 14-08-01292.
Результаты исследования и их обсуждение
В результате многолетних исследований было выяснено, что количество определяемых атомно-абсорбционным методом металлов и селена флуорометрически широко варьирует и зависит от гидрохимического и гидрологического режимов (табл. 1).
В реке максимальные количества железа наблюдались ежегодно в период весеннего половодья (до 60 мкг/л), в осеннюю межень – 8 мкг/л. Концентрация меди в воде дельты р. Волги во время весеннего паводка составляла 5–7, а в осеннюю межень понижалась до 2–4 мкг/л. Ванадий, никель и молибден имели сходную сезонную динамику. По-видимому, значительные количества железа, меди, ванадия, никеля и молибдена поступают в Волгу преимущественно с поверхностными водами.
Своеобразна сезонная динамика марганца в реке, имеющая два явно выраженных максимума: весной – в апреле (12–16 мкг/л) и летом – в июле (до 25 мкг/л). Повышение концентраций этого элемента летом обусловлено, видимо, поступлением его в реку с грунтовыми водами и из разлагающихся органических соединений. Количество марганца осенью составляло 2–7 мкг/л. Содержание марганца в придонных слоях воды было достоверно выше, чем у поверхности (Р < 0,05).
В воде нагульных и выростных прудов содержание алюминия, железа, меди и марганца было значительно выше, чем в те же сезоны в воде в естественных водоемах дельты Волги.
Концентрация железа, меди, никеля и марганца в воде нагульных прудов Астраханской области достоверно повышается от весны к осени (Р < 0,05). Аналогичная тенденция, но менее ярко выраженная, наблюдалась и в выростных прудах. Это объясняется, по-видимому, внесением кормов, а также переходом названных элементов в растворенное состояние за счет разложения органических веществ. Определенную роль в процессе обогащения воды микроэлементами играет и интенсивное, особенно в условиях аридного климата, испарение воды. Кроме того, мы считаем, что экскременты растительноядных рыб, содержащие значительное количество микроэлементов, играют в данном случае роль своеобразных микроудобрений прудов в летний период. Минимальные количества микроэлементов обнаружены в воде зимовальных прудов особенно после зимовки в них рыб.
В море сезонную динамику удалось наблюдать лишь для железа. Как правило, микроэлементный состав воды на различных станциях Северного Каспия был разнороднее, чем в реке. В придонных слоях морской воды содержались в отдельные годы заметные количества молибдена и серебра.
В воде изучаемых водоемов обнаружены следовые уровни кобальта, селена, висмута и олова. Содержание цинка в воде оказалось довольно стабильным для большинства станций наблюдения и было даже несколько меньшим, чем для большинства рек СССР [2, 3].
Для обеспечения нормальных физиолого-биогеохимических условий разведения и обитания рыб к составу воды предъявляются более жесткие требования, чем к питьевой воде для животных. Однако следует отметить, что пока не все уровни токсикантов в воде регламентируются законом, о чем убедительно говорят прочерки в графе ПДК (таблица).
В частности, рассматривая результаты нашего многолетнего анализа по Волго-Каспийскому бассейну, мы можем констатировать, что в последние 10–15 лет уровни кобальта, меди, никеля, марганца, селена, свинца и цинка в воде и общих пробах планктонного сообщества практически не превышают принятых значений ПДК и достоверно (в 3–7 раз) снизились, т.к. большинство заводов на р. Волге не работает, а фермеры почти не применяют минеральных удобрений на полях из-за их высоких цен. Нами установлено, что организм сазана содержит больше микроэлементов, чем организмы растительноядных рыб. Особенно много металлов обнаружено в органах и тканях осетровых (мышцы, печень, гонады) в период 70–80-х годов двадцатого века. Уровень цинка, марганца, меди, ванадия, олова и висмута в органах и тканях всех видов карповых, окуневых и осетровых рыб в период 2010–2011 гг. в 5–7 раз ниже, чем их содержалось у этих видов рыб в прошлом веке (Р < 0,05).
Содержание микроэлементов в воде (в мг/л) и планктоне (мг/кг)
|
Элемент |
ПДК в воде водоемов* |
Дельта Волги |
Северный Каспий |
Рыбоводные пруды Лиманского и Камызякского районов |
Общие пробы планктона р. Волги и Сев. Каспия (1970–1990) |
Общие пробы планктона р. Волги и Сев. Каспия (2010–2012) |
|
|
Санитарно-бытовых |
Рыбохозяйственных |
||||||
|
Алюминий |
– |
– |
0,005–0,050 |
0,001–0,020 |
0,005–0,124 |
51200 ± 150 |
1104 ± 74 |
|
Ванадий |
– |
– |
0,001–0,004 |
0,000–0,007 |
менее 0,0004 |
63 ± 7,9 |
21 ± 1,6 |
|
Висмут |
– |
– |
менее 0,0003 |
менее 0,0003 |
менее 0,0003 |
20 ± 3,8 |
2,7 ± 0,3 |
|
Железо |
0,5 |
– |
0,005–0,061 |
0,006–0,050 |
0,014–0,106 |
8015 ± 519 |
1417 ± 22 |
|
Кобальт |
1,0 |
0,01 |
менее 0,0004 |
менее 0,0004 |
менее 0,0004 |
72 ± 7,9 |
12 ± 0,51 |
|
Марганец |
– |
– |
0,002–0,027 |
0,001–0,003 |
0,002–0,070 |
6011 ± 558 |
420 ± 22 |
|
Медь |
0,1 |
0,01 |
0,001–0,008 |
0,002–0,007 |
0,001–0,017 |
49 ± 3,8 |
3,6 ± 0,7 |
|
Молибден |
1,0 |
– |
0,0004–0,006 |
0,0004–0,0014 |
менее 0,0004 |
23 ± 4,4 |
3,9 ± 0,9 |
|
Никель |
0,1 |
0,01 |
0,002–0,005 |
0,000–0,004 |
0,001–0,006 |
61 ± 3,2 |
7,7 ± 1,1 |
|
Олово |
– |
– |
менее 0,0008 |
менее 0,0008 |
менее 0,0008 |
7,2 ± 1,3 |
2,8 ± 0,7 |
|
Свинец |
0,1 |
0,1 |
0,000–0,010 |
0,000–0,012 |
0,000–0,013 |
6,2 ± 1,9 |
3,2 ± 1,5 |
|
Серебро |
– |
– |
менее 0,0003 |
0,000–0,004 |
менее 0,0003 |
63 ± 3,9 |
5,2 ± 1,3 |
|
Титан |
0,1 |
– |
0,000–0,004 |
0,000–0,003 |
0,001–0,004 |
3,8 ± 0,7 |
1,6 ± 0,6 |
|
Цинк |
1,0 |
0,01 |
0,007–0,009 |
0,001–0,02 |
0,004–0,10 |
639 ± 97 |
19,9 ± 1,7 |
Заключение
Эти биогеохимические изменения являются результатом остановки работы и разрушения многих промышленных предприятий и неиспользования до 50 % пахотных земель в Волго-Каспийском и других регионах России, что способствует самоочищению водоемов.
Все разговоры и публикации о том, что якобы происходит загрязнение тяжелыми металлами Волго-Каспийского региона и его различных водоемов хотя еще и продолжаются, не имеют никаких научных оснований и служат определенным прикрытием для окончательного разграбления водных ресурсов, якобы уменьшающихся не из-за браконьерства, а по причине отрицательного влияния тяжелых металлов, пестицидов и гербицидов на рыб и других гидробионтов. В последние двадцать лет водоемы Волго-Каспия значительно самооочистились и уровень тяжелых металлов в них приблизился к природному естественному биогеохимическому микроэлементному фону.
Нам представляется, что полученные данные следует учитывать специалистам аквакультуры.
Рецензенты:Дубина Д.Ш., д.м.н., профессор, заведующий кафедрой фармакологии Астраханской государственной медицинской академии, г. Астрахань;
Федорова Н.Н., д.м.н., профессор кафедры «Гидробиология и общая экология» Астраханского государственного технического университета, г. Астрахань.
Работа поступила в редакцию 26.02.2014.