Исследование воды и донных отложений Охотского моря методом биотестирования
В июне-августе 1993 г. в Охотском море в 24-м рейсе на НИС "Академик Александр Несмеянов" было проведено биотестирование компонентов природной среды: поверхностного микрослоя (ПМС), поверхностного (0 - 0,5 м) и придонного слоев воды (0,5-1,0 м от дна) и донных отложений с целью определения их возможной токсичности в результате антропогенного воздействия на морскую экосистему.
Практически на всех разрезах и полигонах использовали в качестве основного тест-объекта лабораторную культуру морских одноклеточных водорослей Phaeodactylum tricornutuпn. Для более объективной оценки полученных результатов на отдельных станциях использовали тест-объекты других систематических групп организмов: икру морских ежей, которые в период рейса содержались в судовых лабораторных условиях, а также природных пелагических крупных копепод Calanus cristatus , отловленных в различных районах исследования и адаптированных клабораторным судовым условиям.
Ранее в дальневосточном регионе экотоксикологические исследования проводились только в Беринговом море в 1981, 1984 и 1988 гг. (Гусев, Никитина, 1987; Исследование ., 1990; Экспериментальные исследования ., 1992). Подробный анализ результатов этих исследований приводится при описании данных биотестирования воды и донных отложений, полученных нами в западной части Берингова моря в 1993 г. (Исследование ., 1995). Отметим здесь, что работы 1981 и 1988 гг. в Беринговом море имели сходную направленность с работами, выполненными в 1993 г. на НИС "Академик Александр Несмеянов".
Материал и методы исследований
Отбор проб для биотестирования воды и донных отложений в Охотском море проводили на гидрологических станциях (рисунок). Поверхностные пробы воды отбирали пластиковым ведром, пробы ПМС собирали сетчатым пластиковым экраном с размером ячей 2х2 мм, с общей рабочей площадью 0,8 м2. Придонную воду на мелководных станциях отбирали из 30-литрового пластикового батометра или гидрологического батометра объемом 1,7 л, донные осадки - дночерпателем "OKeaE".
С помощью тест-объекта одноклеточные водоросли выполнен анализ 130 проб воды, отобранных на 126 станциях (из них 27 - в ПМС, 90 - в поверхностном слое воды, 12 - в придонном слое), и 51 пробы донных отложений.
На тест-объекте ранние и личиночные стадии онтогенезаморского ежа проанализированы поверхностные пробы воды на 27 станциях (на отдельных станциях - с промежуточных горизонтов 100 и 500 м): в районе Курильских островов - 7 станций (ст.2292 - 2298); на шельфе Камчатки и в северо-восточной части Охотского моря - 6 станций (ст.2356, 2357, 2377, 2380, 2383, 2385); на Сахалинском шельфе и склоне - 14 станций (ст.2416 - 2419, 2429 - 2438). При этом на ряде станций шельфа и материкового склона Восточного Сахалина (ст.2431-2438) биотестировались также пробы воды из придонного слоя.
Природные веслоногие ракообразные использовались для биотестирования поверхностных проб воды, отобранных в тихоокеанской части Прикурильского района на ст.2283 и 2321.
Одноклепочные водоросли. Для оценки качества среды нами использован метод замедленной флуоресценции (ЗФ). ЗФ представляет собой индуцированную фотохемилюминесценцию, возникающую в результате предварительного освещения объекта. Регистрируемое послесвечение имеет низкий квантовый выход и поэтому не влияет на общую эффективность фотосинтеза и физиологическое состояние объекта. Определение интенсивности замедленной флуоресценции проводили на специальной установке для измеренения короткоживущих компонентов послесвечения Методические рекомендации ...,1987).
Для биотестирования морскую культуру диатомовой водоросли Ph. triсогnutuпп выращивали на среде Гольдберга в модификации Ю.Г.Кабановой (1967). Среду готовили на условно чистой природной воде (с глубины 100 м) из района исследования и адаптировали к ней культуру водорослей. Культивирование водорослей и экспонирование опытных образцов проводили при температуре 20+2°С и освещенности 3000 лк. В опыт брали культуру водорослей в экспоненциальной фазе роста. Опытные пробы воды непосредственно перед биотестированием фильтровали через мембранный фильтр с диаметром пор 4,5+0,5 мкм для удаления взвеси и клеток фитопланктона. В каждую опытную и контрольную пробу воды объемом 50 мл (трехкратная повторность) добавляли суспензию лабораторных водорослей до плотности 15-20 тыс.к.л./мл и экспонировали в течение 72 ч. Контролем служила среда Гольдберга. Измеряли интенсивность 3Ф водорослей через 24, 48 и 72 ч на экофлуориметре в кювете объемом 10 мл в течение 10 с с предварительным выдерживанием пробы 10 мин в темноте.
Первичную обработку проб донных отложений и подготовку их к биотестированию проводили в соответствии с рекомендациями ГОИНа (Руководство ., 1984; Ткаченко, 1983). Пробу смешивали с охотоморской водой из условно чистого района в соотношении 1:4, взбалтывали
Схема расположения станций в Охотском море. 24-й рейс НИС "Академик Александр Несмеянов". 06.07 - 17.08.93
чение 4 ч, отстаивали 12 ч. Надосадочную жидкость сливали и центрифугировали в течение 10 мин при скорости 4000 об/мин. Полученные водные вытяжки донных отложений тестировали без разбавления и с разбавлением в 2 и 10 раз. Ход анализа аналогичен биотестированию поверхностной и придонной воды.
О качестве исследуемой опытной среды судили по отклонению уровня ЗФ водорослей от контроля (в %), характеризуя проявление токсического (ингибирующего) или стимулирующего (эвтрофирующего) эффекта за счет присутствия в пробах токсикантов или загрязнителей типа биогенов, микроэлементов, растворенной органики и др. Подробное изложение методики постановки опытов и обработки их результатов приведено в соответствующих руководствах по биотестированию (Госкомприроды.,1991; Методические рекомендации., 1982, 1987; Методические указания ..., 1978.
По данным статистической обработки результатов исследования, отклонения опытных данных от контроля (1-19%) находятся в пределах нормы, а статистически достоверные отклонения от контроля (20% и выше) характеризуют состояние среды, способное вызвать определенный токсический зффект для тест-организмов. Отклонения 20 - 35% характеризуют (условно) среду обитания как слаботоксичную, 36 - 49% - как среднетоксичную, 50 и более процентов - повышенную токсичность среды.
Природный зоопланкпон. Представителей одного из наиболее крупных видов веслоногих планктонных рачков - килеватого калянуса (С. cristatus), характерного для субарктических вод, отбирали из проб вертикального облова планктона сетью "ДжOM"по слоям воды 0-50 м или 0100 м. В опытах исследовались рачки 4-й копеподитной стадии длиной 7,8 - 9,8 мм. Время пребыஐ ど адаптационном аквариуме составляло 1 - 2 сут, при этом температура повышалась от 10 ANO
Показателем качества среды (тест-функция) была выбрана выживаемость рачков при распреснении воды поверхностного слоя с соленостью 34 - 36%o до 21,9 - 26,7%o. В данном случае использовался метод функциональных нагрузок на организм (Общие рекомендации ., 1989).
После адаптации природного зоопланктона к лабораторным условиям, по 5 организмов разносили сачком в экспериментальные и контрольные стаканы (две повторности). Контролем служила условно чистая вода станции с горизонтов 30-60 м.
Сравнивалась устойчивость калянуса из различных исследованных районов к распреснению природных вод в лабораторных условиях. i. - - -
Икра морских ежей. Морские ежи были собраны в зал.Петра Великого у о.Рейнике из условно чистого района водолазами на глубине 5-7 м. Содержались в судовых условиях при температуре 3 - 4"С при постоянной аэрации с ежедневной сменой воды. Кормление ежей проводили f раз в 3 дня морской водорослью ульвой, согласнодневному рациону. Яйцеклетки и сперматозоиды морских ежей получали в судовых условиях методом Тайлера (Tyler A., Tyler B., 1966). Оплодотворенные яйцеклетки содержались в чашках Петри монослоем при температуре 12 - 15°C. Просматривали яйцеклетки на стадии дробления приблизительно в течение суток каждые 2 ч, послевыклева - каждые 12 ч. О качестве исследованной пробы воды судили по скорости дробления, аномальным и погибшим эмбрионам и личинкам. Контролем служила искусственная морская вода и условно чистая природная вода из района исследования с глубины 100 м.
Результатынсследований
Результаты биотестирования воды на тест-объекте одноклеточные водоросли Ph.tricornutuп представлены в табл.1,
Поверхноспный слой воды и ПМС. В районе Курильской гряды выделяются два участка, где отмечена токсичность поверхностных вод: первый - на юге района, вдоль о.Кунашир со стороны Тихого океана (ст.2276, 2278, 2279, 2281, 2283), где отмечается подавление уровня флуоресценции водорослей на 28-38%; второй - в северной части района, где и охотоморские воды (ст.2313, 2314), и тихоокеанские (ст.2308-2310) характеризуются подавлением уровня ЗФ (на 35 - 36% и 20 - 22% соответственно). Понижен уровень флуоресценции на севере пролива Крузенштерна (ст.2316) до 37% (см.табл.1). Полученные значения ЗФ, характеризуют исследованные пробы воды в основном как слаботоксичные, лишь на отдельных станциях среду обитания можно характеризовать как среднетоксичную (подавление уровня ЗФ на 36 - 38%).
Результаты биотестирования поверхностного слоя воды в районе Курильских островов на икре морских ежей показали, что только на одной (ст.2293) из 7 исследованных станций отмечена слабая токсичность воды для ранних стадий их эмбриогенеза (отклонение от контроля 20%). Данная станция расположена в южной части района в Охотском море, на траверзе пролива Екатерины, где возможно поступление вод с шельфа Восточного Сахалина.
Результаты влияния распреснения вод на смертность калянуса, отловленного в Тихом океане у Южных Курил (ст.2283) и Северных Курил (ст.2321), представлены соответственно в табл.2 и 3. Как видно из табл.2 и 3, наиболее устойчивыми к распреснению воды оказались экземпляры килеватого калянуса у Северных Курил. Гибель рачков вызывало лишь распреснение вод до 23,6%o при котором она наступала только через 5-6 ч, в то время как у Южных Курил при низкой солености (21,8 - 23,6%o) гибель рачков отмечалась уже в первые часы экспозиции и нарастала в течение двухсуточного эксперимента. Не вызывала смертности рачков соленость более 26%c при экспозиции 60 ч (аналогично контролю).
Таким образом, исследования, проведенные на трех биотестах, показали, что поверхностный слой воды у Южных Курил проявляет токсичность, особенно заметную со стороны Тихого океана (о.Кунашир), где пробы воды с наибольшего количества станций вызывают отклонения в развитии тест-организмов. Результаты биотестирования ПМС на тест-объекте одноклеточные водоросли подтвердили отмеченное выше на участке у о.Кунашир со стороны Тихого океана проявление токсичности поверхностного слоя воды (см.табл.1). Здесь в ПМС выявлен более HM3KMň уровень флуоресценции (подавление ЗФ до 38 - 44%), чем в поверхностном слое. Это объясняется аккумуляцией всех загрязняющих веществ в поверхностной пленке воды.
На шельфе и материковом склоне Камчатки, в северо-восточной, а также в северо-западной частях Охотского моря ни одна из проб поверхностного слоя воды при биотестировании на одноклеточных водорослях не проявила токсичности. В то же время биотестирование поверхностного слоя воды на икре морских ежей (7 станций) показало незначительный токсический эффект (20 - 35% от контроля) на двух прибрежных станциях (ст.2356 и 2383). Именно на этих станциях отмечено повышенное содержание пестицидов (ДДЕ) - от 10" 105 Ao 100 - 105 Mr/m.
В Сахалинском заливе с помощью одноклеточных водорослей поверхностный слой воды исследовался всего на 8 станциях: из них 5 станций (ст.2394, 2396, 2395, 2410, 2411) находились в районе течения, выносящего в залив распресненные воды из Амурского лимана, и 3 станции (ст.2400, 2401, 2415) располагались вдоль западного побережья залива, в районе поступления в залив морских вод. Поверхностные воды вблизи Амурского лимана (ст.2411) и на северо-западе Сахалинского залива оказались слаботоксичными (подавление уровня ЗФ на 21 - 23%).
таблица I. Результаты биотестирования проб воды в Окотском море иатест-объекте Ph.hтісопшішп
Уровень флуоресценции воды.% Уровень флуоресценции воды.Ж. Станция TIMC поверхностный слой, придонный слой: MG །"cཐམp་་་་་་་་་་་་་་་་་་་་་་་་ слой, придонный слой,
O-5M. в скобках глубина, м O - 0,5 M в скобках глубина, м - ಗpಜ್ಜಬರ್ದಯಾಗಿ ршйон шельф материков: DF of HO Caxamuna -3 33 ZAFE -35 -
Примечанше. Отрицательное число - уровень флуоресценции инже 100% на соответствующее чнcло процентов, положительное число - выппе 100%. нолъ — отклонения от 100% иет (уровень контроля). Градации уровня токенчностн см. по тексту. Экспознция проб - 3 сут.
Таблица 3. Влинине распреснення воды Таблица2. Влияние распреснения воды
на гибелъкиленатото калянуса на гибель ಇಂy о калянуса (чнcло погнбших эма“ь) на южной частн (w Homó೫ 3R3. o.) H.J. T Примурильского района (ст.2283) рикурильского района (ст.232.1)
Шельф и материковый склон Восточного Сахалина, в том числе в районе нефтегазоносных месторождений, исследовали на одноклеточных водорослях на 16 станциях четырех разрезов (ст.2416-2425, 2429-2433) и на икре морских ежей на 15 станциях (ст.2416-2419, 2429-2439).Отмечена слабая токсичность поверхностного слоя воды в районе Пильтун-Астохского нефтегазоносного месторождения (ст.2421, подавление уровня ЗФ на 28%), а также поверхностного слоя и придонной воды Луньского месторождения (ст.2429, 2433, 2437; аномальное развитие икры морских ежей до 20-30%).
Донные опложеншя. Водные вытяжкидонных отложений биотестировались только на тест-объекте Ph. tricornutum (табл.4). В районе Курильских островов отобрано 11 проб донных отложений: 8 проб - на полигоне к югу от о.Кунашир со стороны Тихого океана и в проливе Екатерины (ст.2278-2282, 2287-2289), 2 пробы - в проливе Фриза и прилегающей к нему акватории (ст.23012303) и 1 проба - вблизи пролива Буссоль (ст.2308). Все пробы из проливов при биотестирова
нии показали контрольный уровень ЗФ водорослей (отклонения от контроля 1 - 5%). На первом из вышеуказанных участков в четырех пробах из восьми (ст.2279, 2281, 2287, 2288) неразведенная водная вытяжка подавляет уровень ЗФ водорослей на 21 - 24% (слабый токсический эффект), на одной станции - на 39% (среднетоксичная проба). Разведение водных вытяжек донных отложений в 2 раза снимало их токсичность.
Таблица 4. Результаты биотестирования проб донных осадков (водные вытямин) в Охотском море на тест-объемте Ph.iгiсогпшtшп
Уровень флуоресценции водной вытяжки грунта Станции Глубина, м при различной степени разбавления, Х.
Пршмечанше. См. в табл.І.
В северо-западной и северо-восточной частях Охотского моря, а также на шельфе и материковом склоне Камчатки из подвергшихся анализу 33 проб (см.табл.2) только 11 пробнеразведенных водных вытяжек донных отложений показали отклонение уровня ЗФ в пределах контроля (1 - 18%). Статистически достоверные отклонения уровня ЗФ (20-34%) отмечены на 22 станциях и характеризуют слабый уровень токсичности. Разведение водных вытяжек донных отложений в 2 раза снимает, как правило, токсичность до уровня контроля. Только 3 пробы (ст.2380, 2395, 2406)
сохраняют слабый уровень токсичности при этом разведении (уровень ЗФ снизился с 30 - 34 до 22 - 24%).
H နိဂိဖိksqe и материковом склоне Восточного Сахалина исследовано 7 проб донных отложений, в том числе в районе нефтегазоносных месторождений. Практически все пробы показали слабый токсический зффект в неразведенных вытяжках, разведение их в 2 раза снимает токсический эффект во всех пробах, кроме ст.2434 в районе Луньского нефтегазоносного месторождения (снижение 3Ф с 29 до 21 %).
Заключение
Полученные в 1993 г. результаты по биотестированию поверхностного слоя воды и ПМС в различных районах Охотского моря, также как и ранее в западной части Берингова моря (Исследование ., 1995), показали, что поверхностные воды практически не проявляют токсических свойств. Однако наединичных станциях в пробах поверхностных вод, в том числе с экстремально высоким содержанием пестицидов (ДДЕ) - от 10 - 10° до 100 - 105 мг/л, отмечалась токсичность от слабого до среднего уровня, зарегистрированная на различных тест-объектах (микроводоросли, икраморских ежей). В то же время в тихоокеанских водах на исследованной акватории вдоль о.Кунашир отмечается зффект слабой токсичности поверхностного слоя, несколько возрастающий в ПМС.
Водные вытяжки донных отложений в большинстве проб исследованных районов Охотского моря, также как и в западной части Берингова моря, проявляют слабый токсический эффект, Однако при разведении этих вытяжек в 2 раза токсический эффект (за редким исключением) снимается. По всей видимости, вещества, токсически действующие на тест-объекты, неустойчиBal B BONe.
Данные, полученные в результате широкомасштабного биотестирования вод и донных отложений Охотского и Берингова морей, можно рассматривать в настоящее время в качестве фоновых характеристик при мониторинге качества водной среды в условиях усиливающего антропо
С.А.Соколова, А.И.Старцева (ВНИРО), Г.В.Моисейченко, С.А.Черкашин (ТИНРО)
Смотрите также
