Садковое выращивание пресноводных рыб

Сущность садкового выращивания рыб состоит в том, что они содержатся в небольших объема воды при крайней плотности посадки, которая становится возможной благодаря внесению концентрированных кормов и высокой скорости течения воды, приносящей кислород и выносящей все продукты отхода. Наиболее часто применяются сетчатые плавучие садки, устанавливаемые в водоемах, например водохранилищах или сбросных каналах водоемов-охладителей. Особенно эффективно садковое выращивание на базе водоемов-охладителей электростанций. Для борьбы с избыточной биомассой фитопланктона в водоемы-охла­дители или водохранилища, в которые сбрасываются нагретые воды, вселяют белых толстолобов.

Бассейновый метод выращивания пресноводных рыб

На базе подогретых вод тепловых и атомных электростанций создаются специализированные комплексы, которые включают цеха инкубации икры, лоточные линии для выращива­ния личинок и системы бассейнов или небольших прудов для ус­коренного получения рыбопосадочного материала.

40. Эвтрофикация водоёмов: химические и физиологические факторы эвтрофирования.

повышение уровня трофии водоемов, возникающее при некоторых условиях в резуль­тате избыточного поступления в них биогенов (азота, фосфора) и сопровождающееся характерным комплексом изменения экосистем. Наиболее существенные из них — ухудшение кислородного режи­ма, возникновение и усиление контрастности послойного распреде­ления биохимических процессов; наиболее связанные с химическими реакциями концентрации кис­лорода, карбонатов, водородных ионов, биогенов.

В результате антропогенной эвтрофикации повышается скорость новообразования органического вещества, продукция преобладает над деструкцией и биомасса экосистемы возрастает. Подобный про­цесс может происходить в результате естественной сукцессии во­доемов, но в этом случае темп изменений неизмеримо ниже. Критерий скорости — один из самых надежных при диагно­стике антропогенной эвтрофикации, развитие которой измеряется не столетиями, что наиболее обычно для естественного процесса, а годами или десятками лет.

В наибольшей степени антропогенной эвтрофикации подверга­ются континентальные водоемы, в частности озера, реки и водохра­нилища, но она отчетливо прослеживается и в морях. Одно из важнейших отрицательных проявлений антропогенной эвтрофикации, особенно в озерах и водохранилищах, — цветение водоемов (обычно цианобактерии Microcystis, Anabaena, Aphanizomenoti и некоторые другие), увеличивающееся зарастание при­брежных мелководий и появление здесь в больших количествах нитчатых водорослей, загрязнение берегов остатками гидрофитов. Обилие водорослей ухудшает питьевые качества воды (выделение метаболитов, придающих воде различные запахи и привкусы), затрудняет ее переработку при организации питьевого водоснабже­ния (засорение фильтров). Всплывая к поверхности после отмира­ния, цианобактерии образуют сплошной ковер, ухудшающий усло­вия атмосферной аэрации воды. Разложение отмерших водорослей сопровождается образованием продуктов анаэробного распада. Гниение массы водорослей, выброшенных на берег или скапливаю­щиеся около него, ухудшают возможность рекреационного исполь­зования водоемов, в частности водохранилищ. Практически цветут все водохранилища.

Наиболее часто цветение вызывается цианобактериями. Их спо­собность к быстрому размножению прежде всего связана с вынос­ливостью к экстремальным температурам и концентрациям солей, низкому содержанию биогенов, к слабой освещенности, наличию H₂S, малому количеству кислорода. Другая группа свойств, благо­приятствующих массовому развитию синезеленых, — их способность к миксотрофному и хемогетеротрофному питанию, помимо обычно­го фототрофного, а также способность многих из них к фиксации азота. Некоторые цианобактерии в условиях дефицита фосфора могут выделять щелочную фосфатазу, способствующую высвобож­дению Р—РО₄ из монофосфорных эфиров — экзометаболитов раз­личных водорослей. Это создает дополнительные условия для суще­ствования цианобактерии.

Во время массового развития цианобактерпй образуются ха­рактерные «пятна цветения». Иногда они имеют площадь в не­сколько десятков гектаров и хорошо ограничены от тех, которые находятся в планктоне. Последователь­ность процессов, происходящих в пятне цветения, характеризуется постепенным переходом цианобактерии от активной жизнедеятель­ности к разрушению и распаду. В соответствии с этим в пятнах цветения различают отдельные зоны: планктонную, где клетки на­ходятся во взвешенном состоянии, гипонейстонную, представлен­ную кашицеобразной или студенистой массой клеток, и деструк­тивную — грязную пенистую массу на самой поверхности централь­ной части пятна. Пятна цветения разбиваются штормами, массы клеток выбрасываются на мелководье и прибрежные отмели, где отмирающие генерации дают начало новым, превращая прибреж­ные участки в своеобразные «резерваты», способствующие процве­танию популяции этих бактерий.

Вещества, способствующие эвтрофикации водоемов, разнообраз­ны по своему происхождению, составу, физиологическому и эколо­гическому значению. Из них основные — фосфор и азот, значитель­но реже углерод, кремний и некоторые другие. Из двух первых био­генов большее значение имеет фосфор; реже лимитирует развитие автотрофов азот, что в значительной мере связано со способностью многих бактерий и цианобактернй к его фиксации. Испытание действия различных соче­таний биогенов (N + P, N + P + S) вскрыло регулирующую роль фосфора в формировании продукционного процесса. Повышение его содержания усиливает потребление кремния диатомовыми и спо­собствует более полному использованию фитопланктоном имеюще­гося в воде азота. По-видимому, фосфор стимулирует фиксацию азота.

В опытах Д. Шиндлера показана ключевая роль фосфора в эвтрофикации некоторых канадских озер с мягкой водой. Озера быстро возвращались в исходное состояние, когда внесение в них фосфора прекращалось, даже если продолжалось обогащение азотом и углеродом. Внесение фосфора в гиполимнион повышения первичной продукции не вызывало, так как он быстро поглощается сестоном (главным образом бактериями) и уходит в донные отложения. Обратный выход из них в воду происходит только после длительного накопления в осадках и обогащения им значительной толщи отложений. годовое поступление фосфора в концентрации 0,2-0,5 г/м² вызывает эвтрофное состояние озер с глубиной 5—15 м, в то время как более глубокие водоемы остаются мезотрофными или даже олиготрофными. В определенных условиях стимулирующее действие на развитие автотрофов оказывают железо, медь, кобальт, бор, марганец, мо­либден и др. Однако роль этих стимуляторов в антропогенной эвтрофпкации невелика. Сравнительно мала и роль таких витами­нов, как B₁₂, тиамин, биотин. Вместе с тем заметно усиливать раз­витие водорослей могут различные очищенные коммунальные сто­ки, в которых образуются какие-то биостимуляторы.

Избыточное накопление биогенов — основная причина эвтрофикации — в первую очередь обусловлено поступлением их с водо­сборной площади, с коммунальными стоками, атмосферной пылью, а также рекреационным использованием водоемов. Это накопление резко возрастает вследствие интенсификации сельского хозяйства, в частности все более широкого применения минеральных удобре­ний. Значительную роль при этом играет усиление смыва поверх­ностных слоев почвы. Найдено, что до 10—25% вносимого в почву азота и 1—5% фосфора попадает в водоемы.

41. Эвтрофикация как гидробиологический процесс. «пятна цветения» и их хар-ка.

В наибольшей степени антропогенной эвтрофикации подверга­ются континентальные водоемы, в частности озера, реки и водохра­нилища, но она отчетливо прослеживается и в морях. Одно из важнейших отрицательных проявлений антропогенной эвтрофикации, особенно в озерах и водохранилищах, — цветение водоемов (обычно цианобактерии Microcystis, Anabaena, Aphanizomenoti и некоторые другие), увеличивающееся зарастание при­брежных мелководий и появление здесь в больших количествах нитчатых водорослей, загрязнение берегов остатками гидрофитов. Обилие водорослей ухудшает питьевые качества воды (выделение метаболитов, придающих воде различные запахи и привкусы), затрудняет ее переработку при организации питьевого водоснабже­ния (засорение фильтров). Всплывая к поверхности после отмира­ния, цианобактерии образуют сплошной ковер, ухудшающий усло­вия атмосферной аэрации воды. Разложение отмерших водорослей сопровождается образованием продуктов анаэробного распада. Гниение массы водорослей, выброшенных на берег или скапливаю­щиеся около него, ухудшают возможность рекреационного исполь­зования водоемов, в частности водохранилищ. Практически цветут все водохранилища.

Наиболее часто цветение вызывается цианобактериями. Их спо­собность к быстрому размножению прежде всего связана с вынос­ливостью к экстремальным температурам и концентрациям солей, низкому содержанию биогенов, к слабой освещенности, наличию H₂S, малому количеству кислорода. Другая группа свойств, благо­приятствующих массовому развитию синезеленых, — их способность к миксотрофному и хемогетеротрофному питанию, помимо обычно­го фототрофного, а также способность многих из них к фиксации азота. Некоторые цианобактерии в условиях дефицита фосфора могут выделять щелочную фосфатазу, способствующую высвобож­дению Р—РО₄ из монофосфорных эфиров — экзометаболитов раз­личных водорослей. Это создает дополнительные условия для суще­ствования цианобактерии.

Во время массового развития цианобактерпй образуются ха­рактерные «пятна цветения». Иногда они имеют площадь в не­сколько десятков гектаров и хорошо ограничены от тех, которые находятся в планктоне. Образование скоплений представляет собой определенное звено в сезонном развитии цианобактерии, связанное со старением и отмиранием особей в популяции. Последователь­ность процессов, происходящих в пятне цветения, характеризуется постепенным переходом цианобактерии от активной жизнедеятель­ности к разрушению и распаду. В соответствии с этим в пятнах цветения различают отдельные зоны: планктонную, где клетки на­ходятся во взвешенном состоянии, гипонейстонную, представлен­ную кашицеобразной или студенистой массой клеток, и деструк­тивную — грязную пенистую массу на самой поверхности централь­ной части пятна. Пятна цветения разбиваются штормами, массы клеток выбрасываются на мелководье и прибрежные отмели, где отмирающие генерации дают начало новым, превращая прибреж­ные участки в своеобразные «резерваты», способствующие процве­танию популяции этих бактерий.

Резерватом цианобактерий служат и придонные слои воды. На­пример, Microcystis aeruginosa до начала летней стратификации в значительной мере концентрируется на грунте. С наступлением здесь кислородного дефицита, сопровождающегося высвобождени­ем дополнительного количества фосфатов и аммонийного азота, происходят физиологическая активация клеток, увеличение объема их газовых вакуолей и всплывание колоний в эпилимнион, где они быстро размножаются. С началом осеннего перемешивания коло­нии заносятся на все большие глубины и возрастающее давление, действуя на вакуоли, снижает плавучесть бактерии. Это приводит к оседанию колоний на грунт, где они сохраняются до следующего лета.

42. Негативные последствия эвтофикации и меры по предотвращению цветения водоёма.

Основная мера предупреждения эвтрофикации водоемов сводится к их охране от избыточного поступления биогенов, в частности фосфора и азота. Эта мера осуществляется многими путями. В первую очередь к ним относится повышение культуры земледелия, сопровождающееся уменьшением стока биогенов с сельскохозяйственных угодий. Очень важно не применять повышенные дозы удобрений, не дающие за­метного экономического эффекта. Другой путь — перехват биогенов, выносимых с сельскохозяйственных угодий. Для малых водоемов можно сооружать кольцевую дренажную систему с последующим отводом собранных сточных вод за пределы водосбора.

Применительно к крупным водоемам важен перехват биогенов, поступающих по гидрографической сети — основному пути поверх­ностного стока. Например, в предгорьях Гарца (Германия) сооружение на пути к основному водохранилищу сети так называемых «предводохранилищ», имеющих площадь в 5—10% от основного, задер­живало поступление фосфора в последнее на 50%. В небольших водохранилищах, сооружаемых на малых водотоках, в том числе пересыхающих летом (балки, овраги и др.) от излишка биогенов можно освобождаться путем рыбовод­ных мероприятий, одновременно получая ценную продукцию. Осо­бенно перспективно использование растительноядных рыб, непосред­ственно утилизирующих первичную продукцию и повышающих эффективность эксплуатации рыбных хозяйств — деэвтрофикаторов.

Для перехвата биогенов, поступающих в небольшие водоемы с малой водосборной площадью, важно правильное обустройство прибрежной полосы, в частности ее облесение. Показано, что в условиях Московской области лесная полоса шириной 30 м почти полностью задерживает поступление биогенов в водоем с пахот­ного поля длиной 190 м .

Поступление биогенов в водоемы с коммунальными и другими стоками предупреждается двумя способами. Первый из них — более или менее полное освобождение стоков от биогенов, особенно фосфора. Для этого используют осаждение его (солями алюминия, железа, известью), обратный осмос, ионный обмен и ряд других ме­тодов. Например, осаждение фосфора солями железа и алюминия позволило заметно снизить эвтрофикацию Цюрихского озера; Наиболее радикальная форма борьбы с биогенами стоков — отведение последних за пределы водосбора.

При избыточном поступлении биогенов и других условиях для развития эвтрофикации она может быть исключена различными химическими, физическими и биологическим методами. Один из них — внесение в водоем различных препаратов, подавляющих пер­вичное продуцирование. Этот способ очень уязвим, так как препа­раты, ингибирующие фотосинтез, в той или иной мере токсичны для беспозвоночных и рыб. Физические воздействия сводятся к раз­бавлению эвтрофицируемых вод чистыми, снижению их прозрач­ности (взмучивание ила и др.), удалению ила и богатых биогенами вод гиполимниона, а также к аэрации воды. Аэрация дает хорошие результаты при предупреждении эвтрофикации небольших водое­мов. В большинстве случаев аэрационные установки работают по принципу подачи воздуха в водоем (прокладка воздухоподающих перфорированных труб в придонном слое) или распыления воды в атмосфере (фонтанирование). С улучшением кислородного режима усиливается минерализация органики, сокращается или прекра­щается ее накопление в водоеме.

Наиболее перспективно предупреждение эвтрофикации биологи­ческими методами. Успенский предложил пре­дотвращать развитие водорослей с помощью макрофитов, перехва­тывающих в прибрежной полосе биогены, поступающие с водосбо­ра. Такой метод особенно ценен, если сопровождается последую­щим изъятием фитомассы макрофитов. В противном случае после их отмирания биогены снова окажутся в воде, не говоря уже об отрицательном эффекте самого процесса гниения макрофитов в прибрежье. В биологическом и экономическом отношениях перспективно использование для борьбы с эвтрофикацией водоемов растительноядных рыб. Наряду с преду­преждением эвтрофикации в настоящее время во многих странах прилагаются усилия к деэвтрофикации водоемов. С этой целью частично или полностью заменяют воду, удаляют донные осадки, аэрируют гиполимнион и верхние слои грунта, дестратифицируют водную массу, связывают и осаждают биогены.

43. Химическое загрязнение водоёмов: реакции г/б-тов на токсическое воздействие.

Реакция гидробионтов на токсическое воздействие

Гидробионты реагируют на токсиканты по-разному, в зависи­мости от видовой принадлежности, возраста, пола, функциональ­ного состояния, численности популяции, содержания кислорода в воде и многих других факторов. Реакция (отклик) гидробионтов на воздействие токсических агентов - интоксикация, или токсичес­кий эффект, обнаруживается на генном, хромосомном, клеточ­ном, тканевом, организменном и надорганизменном уровнях.

Под токсическим эффектом понимают патологические измене­ния в функционировании организма под влиянием токсикантов. Он зависит от химической природы отравляющего вещества, его содержания в окружающей среде, особенностей метаболизма гид­робионтов конкретного вида, абиотических факторов водной сре­ды (температуры, содержания в воде кислорода, рН, жесткости воды и др.), а также от продолжительности действия токсиканта.

Токсические эффекты, вызванные на низших уровнях органи­зации живой материи, обычно нивелируются на более высоких уровнях и поэтому не всегда обнаруживаются в видимых реакци­ях гидробионтов, хотя они могут играть очень существенную роль в процессах наследования генетических признаков и воспроизвод­ства потомства в более отдаленный период.

У водных растений (микро-, макроводорослей и макрофитов) наиболее показательной реакцией на токсическое воздействие яв­ляется снижение интенсивности или полное прекращение фото­синтеза. Вещества, влияющие таким образом, называются ингибиторами фотосинтеза. К ним, в частности, относятся тяжелые металлы (особенно медь и цинк), пестициды и другие хлорорганические соединения. Под влиянием ингибиторов фотосинтеза у водных растений возможны два типа реакций: а) угнетение фото­синтеза и возрастание интенсивности дыхания как проявление деструкционных процессов; б) полное угнетение как фотосинтеза так и дыхания, вследствие чего растение погибает. При этом в во­доемах возникает кислородный дефицит, и погибают животные.

Высшие водные растения проходят различные стадии отмира­ния: вначале изменяется окраска листьев - с зеленой на желтую, бурую или коричневую, затем листья вянут, теряют тургор, и их масса постепенно разлагается. Одноклеточные водоросли подвер­гаются лизису, а продукты их разложения растворяются в воде.

Отличить живые клетки водорослей от мертвых и разлагаю­щихся можно с помощью специальных красителей или люминес­центной микроскопии: живые клетки светятся ярко-красным цветом, поврежденные - малиновым, мертвые - зеленым.

У животных (беспозвоночные, рыбы, высшие водные позвоноч­ные) острое отравление чаще всего заканчивается смертью орга­низма, тогда как при хроническом отравлении возникают разного рода нарушения жизнедеятельности. Токсикозы (или «химичес­кая болезнь») изучены довольно полно лишь у теплокровных жи­вотных, в меньшей степени - у рыб и почти совсем не исследованы у беспозвоночных. Важным признаком хронического отравления беспозвоночных является снижение плодовитости ряда поколе­ний, что определяется при проведении специальных длительных (хронических) экспериментов с применением довольно сложных методов.

Большое значение в процессе интоксикации гидробионтов имеет концентрация токсикантов. Высокие концентрации вызы­вают острую интоксикацию, приводящую к гибели гидробионтов за короткое время: часы, минуты и даже секунды. Гибели живот­ных, как правило, предшествуют судороги, торможение или кратковременное ускорение движения в воде, изменение положе­ния тела, асфиксия, выпрыгивание из воды. Иногда у животных изме­няется окраска тела. У ветвистоусых ракообразных, для которых характерно партеногенетическое размножение, могут наблюдать­ся абортирование (выброс) яиц и эмбрионов, вращательные дви­жения тела вокруг своей оси.

Невысокие концентрации токсикантов на первых этапах воз­действия могут оказывать стимулирующее влияние на гидроби­онтов: у водорослей и высших водных растений усиливается фо­тосинтез, у беспозвоночных увеличивается подвижность, может даже возрастать плодовитость, рыбы проявляют признаки воз буждения. Но такие явления временны и быстро сменяются пато­логическими признаками. Развитие интоксикации, как правило, проходит три стадии: стимуляция, депрессия и гибель.

Концентрация токсиканта и время его влияния на организм связаны между собой простой зависимостью (уравнение Хабера):

Т = С· t,

где Т - токсичность, С - концентрация, t - время воздействия токсиканта. Как вытекает из этого уравнения, низкие концентра­ции за продолжительное время, в конечном итоге, влияют так же, как и высокие за короткое время.

Вследствие накопления токсикантов у рыб развивается куму­лятивный токсикоз. При резких перепадах температуры воды, дефиците кислорода, в преднерестовый период и во время нереста аккумулированный яд может переходить в кровь и вызывать ост­рое отравление. Хищные рыбы (судак, щука, же­рех, окунь) могут продолжительное время накапливать хлорорга­нические пестициды, но погибают в половозрелом возрасте во время нереста, когда накопленный яд попадает в кровь и голов­ной мозг. Кумулятивный эффект- накопление и поступление токсиканта в организме выше, чем скорость его выведения.

Рыбы и крупные беспозвоночные, ослабленные вследствие ку­мулятивного токсикоза, чаще становятся жертвами хищников, поражаются патогенными микроорганизмами, а также менее спо­собны противодействовать экто- и эндопаразитам. У рыб возника­ют токсикопаразитозы, то есть смешанные заболевания, в кото­рых токсиканты и паразиты ослабляют хозяина и вызывают его гибель. При массовых токсикопаразитозах рыбное хозяйство не­сет значительные убытки.

Кумулятивный токсикоз может возникать не только вслед­ствие прямого поглощения токсикантов из воды. Одной из специ­фических особенностей водных экосистем является передача ток­сикантов по трофическим цепям: от водорослей и простейших, ус­ваивающих химические вещества из окружающей среды осмотическим путем, к гидробионтам-альгофагам, от них - к мирным рыбам, питающимся планктоном, и далее к хищникам, поедающим мирных рыб. Именно хищники (щука, окунь, судак, жерех), завершающие трофические цепи водных экосистем, наи­более уязвимы, поскольку они выступают конечными концентра­торами токсикантов в трофических цепях.

В промежуточных звеньях трофических цепей также происхо­дит накопление токсикантов. Например, дафнии и другие ветвистоусые рачки-фильтраторы аккумулируют хлорорганические пес­тициды до концентраций, превышающих их содержание в воде в тысячи раз. Как носители токсикантов они опасны для организ­мов, их поедающих. В то же время, изымая токсиканты из воды, фильтраторы выступают как агенты самоочищения водных масс.

44. Основные загр-щие в-ва и их влияние на г/б. Загрязнение водоемов

Экологическое действие загрязняющих веществ проявляется на организменном, популяционном, биоценотическом и экосистемном уровнях.

На организменном уровне наблюдаются нарушение отдельных физиологических функций, изменение поведения, снижение темпа роста, увеличение смертности вследствие прямого отравления или уменьшения устойчивости к стрессовым состояниям внешней среды. Большое значение имеет изменение наследственности особей — по­вреждение их генетического аппарата и трансформации исходного генофонда.

На уровне популяций загрязнение может вызывать изменение их численности и биомассы, рождаемости и смертности, половой и размерной структуры, типа динамики и ряда функциональных свойств. На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на струк­туре и функциях сообщества, поскольку одни и те же загрязняющие вещества неодинаково влияют на разные компоненты биоценоза. Например, жгутиковые водоросли устойчивее диатомовых к нефтя­ному загрязнению, и оно существенно изменяет видовую структуру микропланктона. Под влиянием токсических веществ изменяется хорологическая структура сообществ, цепи разложения начинают преобладать над пастбищными, анаэробные процессы над аэробными, деструкция над продукцией. В конечном счете происхо­дит деградация экосистем — ухудшение их как элементов среды че­ловека и снижение положительной роли в формировании биосферы, обесценение в хозяйственном отношении (замена ценных видов бес­полезными, появление вредных видов и др ).

Каждый из токсикантов обладает определенным механизмом действия (пути воздействия загрязнителя на клетки, ткани, органы и организмы в целом) и обусловливает специфический механизм реагирования — ответные реакции на изменения, вызванные загряз­нителем. Гидробионты, их популяции и гидробио­ценозы обнаруживают разную чувствительность и устойчивость к токсикантам. Под чувствительностью понимают способность реаги­ровать на минимальные концентрации токсикантов, под устойчиво­стью — способность выносить без ущерба для себя ту или иную степень загрязнения среды. При одновременном действии на гидробионтов нескольких токсикантов влияние каждого из них может быть независимым, и тог­да имеет место эффект аддитивности (слагаемости) конечных ре­зультатов. Сила воздействия отравляющих веществ наиболее часто оценивается концентрацией или дозой ток­сиканта, вызывающих гибель половины особей (обозначаются со­ответственно CL₅₀ и DL₅₀). При этом учитывают время воздействия токсиканта: чем дольше организмы испытывают действие яда, тем ниже его концентрация, вызывающая отравление. Помимо летальной концентрации токсиканта различают пороговую - ту минимальную, которая вызывает какие-либо патологические сдвиги в любой отдельно взятой функциональ­ной системе организма. Из загрязняющих веществ наибольшее значение для водных экосистем имеют нефть и продукты ее переработки, пестициды, со­единения тяжелых металлов, детергенты, антисептики. Чрезвычайно опасным стало загрязнение водоемов различными продуктами ра­диоактивного распада — радионуклидами, или радиоизотопами. Все большую озабоченность вызывает ацидификация пресных во­доемов в результате выпадения «кислых дождей», когда в атмос­ферной влаге растворяются сернистый газ и некоторые другие вещества, выбрасываемые в воздух различными промышленными предприятиями. Значительную роль в загрязнении водоемов игра­ют бытовые стоки, лесосплав, отходы деревообрабатывающей про­мышленности, пластики и многие другие загрязнения, не относящие­ся к токсическим, но ухудшающие среду гидробионтов (снижение концентрации кислорода, уменьшение прозрачности воды, выпаде­ние взвеси на дно и др.).

Радионуклиды. В водоемах наиболее опасны для гидробионтов и часто встречаются радиоизотопы стронция, иттрия, цезия, цирко­ния, ниобия. В грунте водоемов концентрации многих радионуклидов (церия-95, цезия-144 и др.) в десятки раз выше, чем в воде, вследствие их адсорбции на поверхности минеральных и органических частиц. Поэтому гидробионты, ведущие донный или придонный образ жиз­ни, страдают от радиоактивных загрязнений больше, чем пелаги­ческие. В зависимости от интенсивности облучения ионизирующая ра­диация может оказывать на гидробионтов стимулирующее, угнета­ющее или летальное воздействие.

Наблюдается известная избирательность в накоплении отдель­ных радиоизотопов различными гидробионтами. Например, цезий-137 наиболее энергично накапливают бурые и красные водорос­ли, стронций-90 — радиолярии, бурые водоросли и кости рыб, ра­диоизотопы иттрия — ракообразные и икра рыб, церий-114 — ак­тинии. Часто отмечается характерная локализация отдельных ра­дионуклидов в различных тканях. радиоактивные стронций и кальций накапливаются преимущественно (до 90%) в скелете, цезий-137 — главным образом в мышцах и мягких тканях, кобальт-60 — в печени и почках.

Нефть. Загрязнение водоемов нефтью и различными продукта­ми ее переработки (бензин, керосин, соляровое масло, мазут и др.) происходит главным образом при транспортировке жидкого топли­ва и повреждениях нефтепроводов, работе флота, подводных буре­ниях нефтяных скважин, в результате сбросов стоков нефтеперера­батывающих предприятий, смыва нефтепродуктов, загрязняющих сушу.

Особую форму нефтяного загрязнения представляют мелкие комоч­ки, в огромном количестве плавающие в толще воды. Комочки становятся субстратом, на котором обильно поселяются бактерии, простейшие и другие организмы, образующие своеобразное перифитонное сообщество.

Образуя на поверхности воды пленку, нефть нарушает дыхание гидробионтов, так как препятствует проникновению кислорода в толщу воды. Опускающиеся на дно тяжелые фракции склеивают частицы грунта. При сильном загрязнении образуются зоны, практически лишенные жизни, если не считать развивающихся здесь в большом количестве нефтеокисляющих бактерий.

Низшие ракообразные начинают гибнуть при концентрации неф­ти и ее продуктов около 10^-6 мг/л, такова же степень устойчивости икры рыб. Острая токсичность нефти и ее продуктов связана с тем, что уг­леводороды легко смачивают поверхность гидробионтов и, проникая внутрь, растворяют липоидные фракции клеточных оболочек и мем­бран, разрыхляют их, изменяют их проницаемость. Пестициды. К пестицидам относят многие тысячи химических препаратов, синтезированных для борьбы с вредными животными и растениями. По назначению их подразделяют на инсектициды, акарициды, нематоциды, моллюскоциды, ихтиоциды, альгициды, гербициды и некоторые другие. По химическому составу различают хлорорганические (ДДТ, гексахлоран, альдрин, эндрин и др.) и фосфорорганические (метафос, хлорофос, карбофос), соединения — производные симм-триазина (атразин, симазин), мочевины (мону-рон, днурон), карбоновых кислот (трпхлорацетат) и ряд других соединений. Хлорорганические пестициды малорастворимы в воде и хорошо в жирах, липидах, восках и потому накапливаются в жи­ровой ткани, печени, почках и мозге водных животных. Период по­лураспада этих пестицидов более 10 лет. Попав в организм, они долго удерживаются в нем. Фосфорорганические пестициды в орга­низмах не накапливаются, быстро разлагаясь под действием внут­риклеточных эстераз.

Пестициды попадают в водоемы с поверхностным стоком, из ат­мосферы, особенно при опылении полей с самолетов с большей вы­соты и в ветреную погоду, при обработке водоемов различными препаратами с целью уничтожения вредных гидробионтов и други­ми путями. Пестициды, главным образом хлорорганические, обнаружены у гидробионтов почти всех исследованных водоемов, как морских, так и пресных. Леталь­ная концентрация (ЛК₅₀) ДДТ для отдельных видов лежит в пре­делах 2—20 мкг/л. Для карбофоса применительно к тем же видам ЛК₅₀ равна 0,1 —10 мг/л., т. е. примерно в 100 раз выше.

Заметно чувствительнее к действию пестицидов беспозвоночные. Например, для высших ракообразных ЛК₅₀ карбофоса лежит в пре­делах 3—250, а для рыб равна 170—12 900 мкг/л.

Хлорорганические пес­тициды хорошо растворяются в нефти и ее продуктах, загрязняю­щих воду, вследствие чего становятся еще более опасными.

Заметно токсичнее хлорорганических фосфорорганические пе­стициды. Например, ветвистоусые рачки полностью погибают после суточного содержания в воде с концентрацией байтекса, дихлорофоса, карбофоса и метилнитрофоса соответственно 0,1, 0,1, 100 и 500 мкг/л. Внутрь организмов пестициды в основном попадают через истонченные поверхности, в частности через жабры и другие органы дыхания. Механизм действия различных пестицидов в зависимости от их химической природы крайне многообразен: угнетение фото­синтеза растений и дыхания животных в результате блокирования реакций с переносом электронов, нарушение обмена через мембра­ны, ингибирование синтеза белка и хитина, нарушение функций нервной системы.

При воздействии пестицидов на гидробионты наблюдается ха­рактерная фазность; после возбуждения следуют депрессия и ги­бель.

Тяжелые металлы и другие вещества. Среди тяжелых металлов наибольшую роль в загрязнении водоемов играют ртуть, свинец, олово, кадмий, хром, медь, цинк. Попадают они в водоемы с про­мышленными стоками, из атмосферы (например, свинец выхлопных газов автомобилей), из лакокрасочных покрытий, защищающих су­да от обрастания, и некоторыми другими путями. Токсичность отдельных соединений сильно колеблется и неодинакова для разных гидробионтов. Например, Daphnia hyalina более чувствительна к стронцию и цинку и менее — к никелю. Ртуть остротоксична для многих гидробионтов в концентрациях свыше 1 мкг/л, свинец — при содержании более 0,1 мкг/л, кадмий — при 1 мг/л. Например, в трехдневных опытах с эмбрионами моллюска Mercenaria mercenaria ЛК₅₀ HgCl₂, Рb(NО₃)г, NiCl₂, AgNO₃ и ZnCl₂ составляла по ме­таллу соответственно 5, 800, 300, 20 и 160 мкг/л. В организм водных животных металлы попадают в основном с пищей; меньшее значение имеет непосредственное проникновение через поверхность тела — путь, характерный для водных растений. Токсичность металлов зависит не только от их концентрации и про­должительности действия. Большую роль играют температура, на­сыщенность воды кислородом, синергизм и антагонизм ионов, жест­кость воды и другие факторы.

Наиболее опасное действие тяжелых металлов — отравление си­стемы ферментов. Например, ртуть, медь и серебро, имея высокое сродство с амино- и сульфогидрильнымн группами, блокируют мно­гие реакции. Цинк уже в концентрации 0,065 мг/л ингибирует фосфорилирующее дыхание. Опасность тяжелых ме­таллов как загрязнителей усугубляется тем, что они устойчивы к разрушению в течение многих лет, быстро накапливаются в гидробионтах и, обладая в сульфидной форме большой стабильностью, очень медленно выводятся из организмов.

Существенное экологическое значение для гидробионтов имеет за­грязнение водоемов детергентами - синтетическими поверхностно-активными веществами (СПАВ), антисептиками, фенолами, солями серной и других кислот, отходами деревообрабатывающей, целлю­лозной и бумажной промышленности, химических и металлургиче­ских предприятий. Например, катионные, анионные и неионные детергенты вызывают полную ги­бель бокоплавов и многих рыб в концентрациях свыше 0,5—25 мг/л; в меньших дозах они задерживают рост и развитие гидробионтов, ухудшают усвоение пищи, ингибируют функции хеморецепторов. У водорослей СПАВ в сублетальных концентрациях нарушают подвижность половых клеток и спорообразование. Боль­шие количества детергентов попадают в водоемы с промышленны­ми и бытовыми стоками, при обработке (эмульгировании) нефтя­ных скоплений в водоемах. В токсичных концентрациях фенолы блокируют у жи­вотных нервно-мышечную проводимость в синапсах, что приводит к полному торможению двигательных реакций.

В последнее время во все больших количествах выпадают «кис­лые осадки», образующиеся вследствие промышленного выброса в атмосферу различных газов, особенно содержащих SO₂ и NO_х В кислых осадках, помимо оксидов серы (до 60%) и азота (до 30—50%), содержатся Сu, Cd, Pb, Ca, Mg и другие крайне ток­сичные компоненты, рН снижен до 4—5. Из-за кислых осадков в водоемах утрачивается бикарбонатная забуференность, умень­шается и резко колеблется рН, повышается концентрация ряда катионов, бикарбонаты замещаются сульфатами и наблюдаются другие сдвиги в гидрохимическом режиме. В закнсленных водоемах резко обедняется планктон, исчезают рыбы.

45.Радионуклидное загрязнение водных экосистем и его влияние на г/б.Природный радиационный фон создается естественными ра­дионуклидами, которые делятся на две группы. Первая группа -радионуклиды, непрерывно образующиеся при взаимодействии космического излучения с ядрами атомов атмосферы и земной ко­ры. Вторая - радионуклиды и продукты их распада, содержащи­еся в земной коре и гидросфере. Среди последних основной вклад в дозовую нагрузку вносят радионуклиды калия (⁴⁰К), рубидия (⁸⁷Rb), урана (²³⁵U, ²³⁸U) и тория (²³²Th).

В атмосферном воздухе небольшое количество радионуклидов находится в виде аэрозолей и газов. Это радон (²²²Rn). Высоким содержанием радона отличается вода артезианских колодцев, удельная радиоактивность которой может достигать 10⁵ Бк/дм³ На протяжении всей жизни гидробионты подвергаются внеш­нему и внутреннему естественному облучению. Доза внешнего об­лучения организма от естественных источников ионизирующей радиации определяется интенсивностью космического излуче­ния, а также излучением естественных радионуклидов, содержа­щихся в воде, грунте и других организмах. Поэтому мощность до­зы внешнего облучения в значительной степени зависит от осо­бенностей биотопа, в котором обитает гидробионт. Так, доза облучения нейстона, который держится у поверхности воды, фор­мируется преимущественно за счет космического излучения. Представители бентоса облучаются радионуклидами, растворен­ными в воде и содержащимися в донных отложениях. Неравномерность внутреннего облучения организмов обуслов­лена особенностями накопления радионуклидов в разных тканях и органах. Доза внутреннего облучения рыб в основном определя­ется энергией распада калия-40 и полония-210, содержащихся в тканях. Особенно высоким уровнем накопления калия-40 харак­теризуются мышцы и кости. В составе выбросов и сбросов АЭС содержатся продукты распада ядерного топлива. К их числу относятся инертные радиоактив­ные газы (изотопы криптона, ксенона и др.), ³Н, ¹⁴С, ⁹⁰Sr, ^13II, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs и др. Особую опасность для биосферы представляют трансурановые элементы, образующиеся из ядерного топлива, в частности радио­нуклиды нептуния, плутония и америция. Трансурановые эле­менты отличаются высокой токсичностью и продолжительным периодом полураспада - до тысяч и десятков тысяч лет. Поступ­ление трансурановых элементов представляет опасность длитель­ного действия. При этом облучение действует не только на протя­жении жизни одного поколения, но растягивается на десятки ты­сяч лет и становится фактором влияния на многочисленные последующие поколения.

Влияние радионуклидного загрязнения на гидробионтов

Следствием действия ионизирующего излучения на гидроби­онтов является радиационная стимуляция, нарушение различ­ных физиологических и биохимических процессов, разнообраз­нейшие аномалии роста и развития, морфологические изменения отдельных органов и организма в целом, наследственные измене­ния, сокращение продолжительности жизни и, наконец, гибель. Изменения в биосистемах под влиянием ионизирующего излуче­ния получили название радиобиологических эффектов. От­сутствие рецепторов, которые бы сигнализировали о действии ио­низирующего излучения, не дает возможности даже подвижным организмам мигрировать в более безопасные биотопы. Если на атомномолекулярном уровне время проявления действия радиации составля­ет иногда от 10^-16 до 1 сек, то на ценотическом уровне последствия лучевого поражения проявятся лишь через годы, десятилетия, а возможно и через столетие. Время проявления и степень наруше­ний у гидробионтов зависят от дозы облучения и радиочувстви­тельности отдельных тканей, органов и организма в целом, а так­же от комплекса модифицирующих факторов, всегда действую­щих в естественных условиях. При совместном воздействии радионуклидного и химического загрязнения возможно как уси­ление, так и ослабление эффектов повреждения, определяемое активностью и продолжительностью действия факторов.

Радиочувствительность характеризует скорость и степень реагирования организма на действие ионизирующего излуче­ния. Для опре­деления радиочувствительности гидробионтов используются такие реакции, как угнетение синтеза ДНК, образование хромо­сомных аберраций (изменение линейного строения хромосом), угнетение роста и развития, рефлекторная деятельность орга­низма, нарушение репродуктивных процессов, отмирание кле­ток и гибель организмов.

Определение относительной радиочувствительности наиболее удобно осуществлять на основании сравнения величин дозы ради­ации, вызывающей гибель определенной части (например, 50 % -ЛД₅₀) исследуемой популяции. Радиочувствительные организмы быстрее реагируют на меньшие дозы ионизирующего излучения по сравнению с малочувствительными. Гидробионты отличают­ся большой вариабельностью радиочувствительности. Так, у не­которых видов синезеленых водорослей ЛД₅₀ составляет около 17 000 Гр, тогда как для рыб этот показатель находится в преде­лах 6-55 Гр:

У гидробионтов чувствительность к ионизирующему излуче­нию увеличивается от низших форм к более высокоорганизован­ным и уменьшается от ранних стадий развития к более поздним. По радиочувствительности гидробионтов можно расположить в следующий ряд: рыбы > ракообразные > моллюски > водоросли > бактерии.

На проявление радиобиологических эффектов могут влиять такие абиотические факторы, как фотоокисление, температура, рН, соленость и окислительно-восстановительные условия вод­ной среды. Влияние указанных физико-химических факторов да леко не однозначно: могут усиливаться или угнетаться радиобио­логические эффекты, в значительной степени зависящие, с одной стороны, от дозы облучения, а с другой - от биологических осо­бенностей организмов. Непредусмотренных модификаций радио­биологических эффектов следует ожидать при совместном радио-нуклидном и химическом загрязнении водной среды. При этом усиливается вероятность нарушений в биосистемах, сокращения жизни организмов и их гибели.

Таким образом, радионуклидное загрязнение водоемов сопро­вождается как прямым поражением биосистем вследствие дей­ствия ионизирующего излучения, так и опосредованно - вслед­ствие нарушения сбалансированных структурно-метаболических связей в гидробиоценозах. Если поражение гидробионтов на атомно-молекулярном уровне проявляется за доли секунды, то на

46.ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ БЛОКИ СИСТЕМЫ САМООЧИЩЕНИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ

Следующие основные функциональные блоки в совокупности охватывают значительную часть общего гидробиологического механизма само­очищения водных экосистем: 1) блок фильтраци­онной активности ("фильтры"); 2) блок механизмов переноса, перекачивания хи­мических веществ из одного экологического компартмента в другой (из одной среды в другую), иными словами, "насосы" в составе механизмов самоочищения водных экосистем; 3) блок рас­щепления молекул загрязняющих веществ ("мельницы", перемалывающие загрязняющие вещества).

Фильтры. Выделяют четыре фильтрующие системы: а) совокупность бес­позвоночных гидробионтов-фильтраторов;

б) пояс прибрежных макрофитов, который задер­живает часть биогенов и загрязняющих веществ, поступающих в экосистему с прилегающей тер­ритории;

в) бентос, задерживающий и поглощающий часть биогенов ж мопотантов, мигрирую­щих на границе раздела воза/донные осадки;

г)микроорганизмы, сорбированные на взвешенных частицах, которые перемещаются относи­тельно водной массы: в результате микроорганизмы
извлекают из воды растворенные органические вещества и биогены. Оседание
взвешенной в воде частшви увеличивает для сорби­рованных бактерий обмен кислородом со внешнейводной средой.

2. Насосы. Следующие функциональные систе­мы способствуют перемещению веществ из одно­го участка в другой: а) блок процессов, действующих как насос, способствую­щий перемещению части поллютантов и водной толщи в осадки (такие процессы, как седимента­ция, сорбция):

б) блок процессов, действующих как функциональный насос, способствующий пе­ремещению части поллютантов из водной толщи в атмосферу, испарение:

в) блок процессов, дей­ствующих как функциональный насос, способст­вующий перемещению части биогенов из воды на территорию окружающих наземных экосистем -совокупность миграционных процессов в связи с вылетом имаго тех насекомых, у которых личи­ночная стадия проходит в воде;

г) аналогичный блок процессов - перемещение части биогенов из воды на территорию окружающих наземных эко­систем благодаря жизнедеятельности тех видов птиц, которые питаются гидробионтами, изымая биомассу из водной экосистемы, но гнездятся на территории, окружающей водоем или водоток;

д)блок процессов перемещения части биогенов из воды на территорию береговых экосистем бла­годаря выходу из водоема земноводных, началь­ные стадии онтогенеза которых проходят в воде.

3.Мельницы - это функциональные системы, которые разрушают избыток органических ве­ществ и расщепляют загрязняющие вещества: а) мо­лекулярная мельница внутриклеточных фермен­тативных процессов;

б) мельница внеклеточных ферментов, находящихся в водной среде;

в) мель­ница фотохимических процессов, сенсибилизиро­ванных веществами биологического происхожде­ния;

г) мельница свободно-радикальных процессов с участием лигандов биологического происхожде­ния. Есть много примеров ко­личественного изучения соответствующих про­цессов.

К важным и де­тально охарактеризованным биотическим про­цессам, ведущим к очищению воды, относятся окисление органического вещества и фильтрация воды гидробионтами.