Эколого-токсикологические аспекты ацидификации водоемов таежной природно-климатической зоны (на примере Карелии)

5. Эколого-токсикологические аспекты ацидификации водоемов таежной природно-климатической зоны (на примере Карелии)

5.1 Анализ современного состояния проблемы ацидификации водных экосистем

По литературным материалам проведен анализ современной концепции ацидификации пресноводных экосистем, выделены зональные и азональные факторы, определяющие возникновение и протекание процессов ацидификации в природе, приведена география распространения закисленных водоемов в различных регионах мира. Дана комплексная характеристика абиотических и биотических факторов устойчивости водных экосистем Европейского Севера к антропогенному закислению. Показано, что специфической особенностью поверхностных вод зоны тайги является широкое распространение гумифицированных озер с низкой минерализацией, водосборы которых сильно заболочены и природа их закисления имеет двойную природу: антропогенную и естественную, за счет притока органических кислот с водосбора. Высокие величины антропогенного поступления кислот в сочетании с высокой представленностью чувствительных, слабо забуференных озер создает предпосылки к существованию большого количества закисленных водоемов в этих регионах.

5.2 Популяционная норма реакции регионально представительных и индикаторных гидробионтов на закисление водной среды

Проведенные эксперименты показали, что ацидорезистентность планктонных ракообразных сем. Daphniidae характеризуется значительными межвидовыми различиями. Представительные для водоемов Карелии виды (S. serrulatus и D. pulex) более устойчивы к низким значениям рН, чем D. magna, граница распространения которой проходит южнее Карелии, т.е. норма реакции D. magna (стандартного тест-объекта в токсикологии) на закисление не отражает специфику регионального биоценоза. Установлено также, что популяционная норма реакции гидробионтов на закисление формируется под непосредственным влиянием природных значений рН среды их обитания, о чем свидетельствуют межпопуляционные различия ацидорезистентности окуня в период раннего онтогенеза из олигоацидных водоемов (Ангозеро и Петрозаводская губа Онежского озера) и закисленных естественным путем -мезоацидных ламб (Лебяжья и Озерки). Сравнение полученных результатов по величине рН50 позволило составить следующие ряды популяционной ацидорезистентности (по убыванию устойчивости к закислению):

эмбрионы: лебяжья (рН50 3.54) > онежская (рН50 4.06)  ангозерская (рН50 4.09);

личинки : озерковская (рН50 4.14) > лебяжья (рН50 4.33) > онежская (рН50 4.79)   ангозерская (рН50 4.83).

Для всех исследованных популяций окуня получены достоверные уравнения регрессии зависимости выживаемости эмбрионов и личинок от рН водной среды.

5.3 Экспериментальная оценка токсичности металлов при различном уровне закисления северотаежных водных экосистем

Методом ступенчатой нагрузки исследована острая токсичность металлов для половозрелых самок D. pulex в диапазоне рН 7.46-4.90, не вызывающем гибель дафний в контроле. Полиномиальные тренды индексов КТН50 для всех металлов, кроме хрома, с достоверностью аппроксимации (R2)  0.9 показали значительное увеличение токсичности по мере закисления водной среды. Достоверные различия (р  0.05) в токсичности по сравнению с близкой к нейтральной контрольной средой начинают проявляться для Cu, Zn, V, Cr, Pb и Al уже с рН 6.72, 6.71, 6.68, 6.64, 6.33 и 6.23 соответственно, для Ni и Li – соответственно с рН 5.87 и 5.83, а для Cr - только при рН 5.43. Для всех металлов, за исключением хрома, получены достоверные уравнения регрессии зависимости их токсичности от рН водной среды. В аналогичных опытах на моллюсках и личинках озерного лосося также выявлена достоверная отрицательная связь острой токсичности Al, Pb, Cu и Fe от рН.

Влияние гуминовых веществ (ГВ) на токсичность металлов (на примере меди) при закислении изучено в диапазоне рН 7.13-5.24 на модельных средах с цветностью 35, 118, 209 и 363 град., что по классификации С.П. Китаева (1984) соответствует олигомезогумозному, мезополигумозному, полигумозному и ультраполигумозному классу вод соответственно. Установлено, что при увеличении цветности острая токсичности меди закономерно снижается при всех значениях рН. Так, при рН 5.24-5.29 в олигомезогумозной воде КТН50 меди для молоди D. pulex составляет 0.133, в мезополигумозной – 0.195, в полигумозной – 0.372 и в ультраполигумозной – 0.735 мг/л*сут. Достоверные различия токсичности меди в нейтральной и кислой (рН 5.62-5.24) среде отмечены только для олигомезо- и мезополигумозной фоновой среды. Однако при сравнении токсичности меди в олигомезогумозной среде разной степени закисления с более гумозными при тех же значениях рН наблюдаются достоверные различия для всех исследованных вариантов цветности (р < 0.05). Полученные по уравнениям регрессии расчетные КТН50 для вод от ультраолигогумозных до ультраполигумозных подтверждают существенную роль ГВ в снижении острой токсичности меди в условиях закисления. Так, по сравнению с нейтральной водой при рН 5.71 острая токсичность металла увеличивается на 48 % в ультраолигогумозной среде и всего на 7 % в ультраполигумозной, а при рН 5.26 - на 88 и 11 % соответственно. Выявленные особенности интоксикации металлами в условиях закисления водной среды должны учитываться при нормировании их антропогенного поступления в водоемы таежной зоны.