Определение качества природных вод методом биотестирования в полевых условиях

присутствующие в каждом эксперименте и практически неустранимые [ 2 ] .

При выборе длительности опытов необходимо учитывать биологию тест-объектов, характер действия исследуемого вещества, цель и задачи биотестирования. Наиболее часто используются тесты по критериям выживаемости и плодовитости. Популяционный смысл критерия выживаемости заключается в том, что любая популяция неоднородна в отношении чувствительности к токсиканту, в ней есть особи резистентные и толерантные, и токсикант в плане дальнейшей судьбы популяции действует как фактор отбора. Одним из главных критериев благополучия, с точки зрения популяции, является соотношение между рождаемостью и смертностью. Учесть его в естественных условиях очень трудно, но оно отчетливо может быть охарактеризовано в опытах на синхронизированной тест-культуре беспозвоночных животных с коротким жизненным циклом.

Главные достоинства биотестирования – простота и доступность приемов их постановки, высокая чувствительность тест-организмов к минимальным концентрациям токсических агентов, быстрота, отсутствие надобности в дорогостоящих реактивах и оборудовании. Одним из недостатков лабораторного биотестирования является то, что тестирование вод проводят в лабораторных условиях в краткосрочных и хронических экспериментах на изолированных популяциях организмов по ограниченному набору физиологических и поведенческих реакций, для отдельных факторов без какого-либо учета их возможного взаимодействия. При лабораторном тестировании обеспечивается набор оптимальных факторов для тест-объектов при том, что в естественных условиях возможны вариации абиотических и биотических факторов.

В течение шести лет 2004-2010 гг. проводилось обследование р. Обь методом хронического биотестирования на тест-объектах C. Аffinis в лабораторных условиях. Были обследованы точки: 500

м выше сброса устья протоки Б. Рязанка, 500 м ниже сброса устья протоки Б. Рязанка. Данные участки выбраны с целью отслеживания негативного влияния городских и промышленных стоков на воды р. Обь. Первая точка находится выше по течению, вторая ниже по течению относительно г. Нижневартовска. В период исследования проб воды р. Обь превышение ПДК отмечалось по таким показателям как: нефтепродукты, аммоний, медь, железо, фенолы, а также по таким показателям как ХПК, АПАВ. Нефтепродукты выше нормативов ПДК определялись редко (в 20% отобранных проб), превышение норм было незначительным 0,006-0,007 мг/л. Превышение нормативов ПДК по аммоний-иону отмечено в 42% случаев. В 62% проб меди определялось от 0,002 до 0,005 мг/л, аналогичное превышение уровней ПДК регистрировалось по содержанию количества фенолов от 0,002 до 0,004 мг/л. Количество железа в тестируемой воде в 100% случаев превышало допустимые пределы. Превышение нормативов ПДК по марганцу отмечено в 100% случаев за исследованный период, резкие скачки количества марганца в водах р. Обь преимущественно отмечаются в зимний период в первых кварталах года.

Корреляционную зависимость количества молоди тест-объекта C. affinis с количеством химических веществ в исследуемых пробах проводили с использованием функции КОРРЕЛ программы Excel. Связь между показателями биотестирования и химического анализа воды может быть отрицательной и положительной: когда значения одной переменной убывают, значения другой возрастают, это показывает отрицательный коэффициент корреляции. При положительной корреляции при увеличении одного параметра второй тоже увеличивается. Достоверность коррелятивной зависимости определяли, рассчитывая t-критерий и сравнивая его с табличным (t st) значением. При t> t st для данной доверительной вероятности наличие корреляции можно считать статистически достоверным [3]. Рассчитывалась как частная корреляция, так и множественная. Корреляционная зависимость токсичности по критериям выживаемости, проб воды р. Обь с результатами химических анализов составила: железо (r=0,09), марганец (r=0,29), аммоний (r=0,11), медь (r=0,07), нефтепродукты (r=0,02), фенолы (r=0,06), цинк (r=0,02), хлориды (r=0,1), нитраты (r=0,01), нитриты (r=0,09). Показатели положительно коррелируют с результатами биотестирования. Отрицательная корреляция отмечена лишь с фосфатами (r= - 0,03).

Корреляционная зависимость хронической токсичности по критериям плодовитости проб воды р. Обь с результатами химических анализов составила: железо (r= - 0,2), марганец (r=0,2), аммоний (r= -0,1), медь (r= - 0,07), нефтепродукты (r= -0,07), фенолы (r=0,03), цинк (r=0,01), нитраты (r=0,04), нитриты (r= -0,07), фосфаты (r=0,04), хлориды (r=0,01). Кроме того, рассчитывалась множественная коррелятивная зависимость токсичности проб воды по показателю плодовитости с такими химическими веществами, как марганец и цинк.

Показатель множественной корреляции составил r=0,4, показатель достоверен, так как полученный коэффициент больше максимального из парных или частных коэффициентов корреляции 0,4 > 0,01; 0,2; -0,06.

В связи с вышеизложенным встает вопрос о необходимости корректировки методики лабораторного биотестирования природных и сточных вод. Для решения данного вопроса предлагается использовать дополнительные методы, позволяющие адекватно интерпретировать результаты химического анализа и результаты лабораторного биотестирования. В данной статье описывается инновационная методика биотестирования, предложен прибор для осуществления биотестирования в полевых условиях. Предложены способы интерпретации результатов. Методика биотестирования с использованием «Экспресс-биотестора» основана на стандартной методике, однако особенность ее в том, что вывод о токсичности воды делается на основании сравнения результатов лабораторного биотестирования проб воды, полевого биотестирования воды с использованием «Экспресс-биотестора» непосредственно в водном объекте, с контрольными результатами.

Основной частью прибора «Экспресс-биотестор» является цилиндрический пластиковый сосуд вместимостью 300 мл. Он снабжен закрывающейся сверху крышкой. Высота емкости 10 см, на высоте 6 см по окружности емкость имеет отверстия диаметром 0,5 мм. К прибору прикреплен трос длиной 1,5 м, к верхней части троса прикреплен буй, способный удерживать вес 1 кг. Величина сосуда может варьировать в зависимости от размеров тест-объектов и целей эксперимента. Методика полевого биотестирования качества воды с использованием «Экспресс-биотестора» непосредственно в водном объекте заключается в следующем: крышка прибора открывается и емкость заливается культивационной водой, уровень воды составляет 6 см и не должен достигать отверстий, после чего в культивационную воду помещаются 10 тест-объектов Daphnia magna либо Ceriodaphnia affinis 24-часового возраста (разница между возрастом рачков не должна составлять более 8 часов, что определяется по размеру рачков и обеспечивается синхронизированным культивированием), либо другой тест-объект. Крышка прибора закрывается. Прибор с тест-объектами помещается непосредственно в водный объект на нужную глубину (глубина погружения регулируется длиной веревки) и в выбранном месте. Буй остается на поверхности воды, благодаря чему прибор можно будет легко обнаружить. При необходимости можно использовать груз. Отверстия в стенках емкости обеспечивают попадание и циркуляцию природной воды тестируемого водного объекта в «Экспресс-биотесторе», следовательно, тест-объекты окажутся в тестируемой среде. После окончания процедуры тестирования, а также при проведении процедуры регистрации выживаемости и плодовитости тест-объектов «Экспресс-био-тестор» вынимается из водного объекта, лишняя вода через отверстия сливается, остается количество воды, необходимое для поддержания жизнедеятельности тест-объектов. Подсчет выживших особей, родившейся молоди, а также анализ результатов можно делать как в полевых условиях, так и в лаборатории. При необходимости продолжения опыта прибор возвращается в исходную точку.

Параметры и время тестирования можно выбрать в зависимости от целей тестирования и биологии тест-объекта. Если это острая токсичность, то показания можно снимать через 1 час, 24 часа, 48 часов, если определяется хроническая токсичность, то подсчет выживших особей и регистрация выметанной молоди должна производиться раз в сутки. При проведении биотестирования с использованием тест-объекта Ceriodaphnia аffinis учет смертности цериодафний в опыте целесообразно проводить через каждый час до конца первого дня опыта, а затем 2 раза в сутки ежедневно до истечения 48 часов. Продолжительность хронического опыта на тест-объекте Ceriodaphnia аffinis 7-10 суток, опыт считается законченным, если в контроле выживает 80% испытуемых цериодафний, а 60% и более из них дают три поколения молоди (первый помет при удовлетворительных условиях на 3-4 день и каждый следующий через 36-48 часов; при соблюдении удовлетворительных условий обычно происходит три помета за 7-10 суток эксперимента).

Отметим, что использование прибора возможно в летний период, а также поздней весной и ранней осенью. В озерах и стоячих водоемах возможно использование прибора без дополнительных приспособлений, в реках с сильным течением рекомендуется использование груза или троса с креплением на берегу, для устранения потери прибора. Прибор спускается в воду на тросе, и может работать на разных глубинах. Наиболее успешно применять прибор при биотестировании вод на поверхности и на глубинах, не превышающих 1,5 м. «Экспресс-биотестор» может применяться для работы с лодки или судна, его необходимо опускать в воду в вертикальном направлении.

Использование «Экспресс-биотестора» устраняет недостатки биотестирования проб воды в лабораторных условиях в весеннее-летний и лет-нее-осенний период. Применение методики биотестирования с использованием прибора «Экс-пресс-биотестор» непосредственно в полевых условия исключает необходимость консервирования проб воды.