Закономерности сезонных изменений функционального состояния популяций гидробионтов в норме и при токсификации изучены на лабораторных культурах рыб (PoeciliareticulataPeters), водорослей (ScenedesmusquadricaudaTurp. Breb., ChlorellavulgarisBeyer) и дафний (DaphniamagnaStraus) и двух видах ветвистоусых рачков (Simocephalusvetulus (O. F. Mьler), DaphniapulexLeydig), отловленных в одном и том же природном водоеме.
Исследование сезонной токсикорезистентности гуппи проводили в течение года на односуточных мальках. По окончании хронических экспериментов (экспозиция 28 сут.) у подопытных определяли интенсивность дыхания [Строганов, 1962], массу и длину тела. Эксперименты на популяциях планктонных организмов вели круглогодично при постоянной освещенности и температуре 16-190 С. Природные популяции Cladocera и московской культуры Daphniamagna, полученной в лаборатории экологической токсикологии ВНИРО, в течение месяца адаптировали к условиям содержания в аквариальной СевНИИРХ. В опытах на зоопланктонных организмах учитывали суммарную биомассу и возрастную структуру популяций, на водорослях - индекс замедленной флуоресценции (ИЗФ). Тест-реагентами служили сульфат меди и никеля.
Материалом для анализа сезонной динамики токсикорезистентности гидробионтов на ценотическом уровне послужили опубликованные данные многолетних академических исследований по лимнологии водохранилищ и озер [Мордухай-Болтовская, 1955; Деньгина, 1964; Луферова, Монаков, 1966; Андроникова, 1971; Цееб, Травянко и др., 1972; Кожов, Помазкова, 1973; Мешкова, 1973; Петрович, 1973; Вьюшкова, Белова, 1977; Ривьер, 1978; Бушман, 1982; Куликова, 1982, 1984, 1992; Лозовик, Пальшин и др., 1989], обработанные нами в соответствии с рассматриваемой проблемой.
Закономерности формирования популяционной нормы реакции на закисление водной среды изучены на лабораторных культурах зеленой водоросли Scenedesmusquadricauda (Turp.) Breb (в пяти повторностях) и ветвистоусого рачка DaphniapulexLeydig (в двух повторностях).
Исследования популяционного адаптивного потенциала зоопланктонных организмов к токсическому воздействию металлов проведены на DaphniapulexLeydig. С целью обеспечения достаточной генетической гетерогенности исходного материала, для формирования модельных популяций использованы "дикие" дафнии, отловленные в природном временном водоеме и адаптированные к условиям аквариального содержания в течение 2 месяцев. Тест-реагентами служили сульфат меди и нитрат свинца.
Адаптацию модельных популяций к металлам осуществляли методом ступенчатой нагрузки Перевод в новую концентрацию проводили через 30-40 суток, когда популяция достигала достаточной численности и биомассы насыщения. Часть адаптированной на данной ступени популяции оставалась в прежних условиях в течение 1 года. По окончании адаптационного периода модельные популяции, сформированные при разных уровнях содержания в воде Cu и Pb, тестировали на устойчивость к острой и хронической интоксикации соответствующим металлом. Для определения относительной токсикорезистентности адаптированных популяций каждый раз по полной схеме ставили вариант с неадаптированными дафниями, культивируемыми в течение года на фоне чистой воды (контроль). Функциональное состояние модельных популяций оценивали на 28-е сутки хронического эксперимента по численности и биомассе молоди (juvs), половозрелой части популяции (ad ) и их суммарным показателям (juv + ad).
Для дополнительной оценки изучен уровень конкурентоспособности адаптированных популяций D. pulex при совместном культивировании с лабораторной культурой ветвистоусого рачка SimocephalusvetulusO.F. Mьller. В связи с тем, что S. vetulus не был адаптирован к повышенному содержанию металлов, эксперименты проведены на фоне чистой воды. Зависимость токсикорезистентности к металлам и функционального состояния двух видов Cladocera от их содержания в моно- или поликультуре оценивали по результатам хронического эксперимента при экспозиции 28 суток. Регистрируемые параметры – суммарная биомасса и ПК металла.
Закономерности и особенности формирования региональной нормы реакции природных популяций гидробионтов изучены по результатам полевых исследований, проведенных в 1985-1990 г.г. в Карелии, в 1985 г. в Хакасии, в 1986 г. в Приморском крае, в 1987 и 1990 г.г. на Южном Урале и в 1988-1989 г.г. в Восточном Казахстане.
При выборе "маточных" водоемов исходили из того, что обследуемые популяции не должны подвергаться прямому антропогенному воздействию, а их норма реакции в достаточной степени отражать региональную устойчивость биоты. Изучена токсикорезистентность водных организмов, относящихся к трем экологическим группам: зоопланктону (дафнии, циклопы, симоцефалус), зообентосу (моллюски, гаммариды, пиявки, турбеллярии, личинки поденок, веснянок, ручейников) и нектону (рыбы), из 9 водоемов Хакасии, 19 водоемов Приморского края, 40 водоемов Южного Урала, 29 водоемов Восточного Казахстана. Приоритетным объектом были выбраны гаммариды (GammaruslacustrisL.), как олиготоксобный вид, наиболее широко представленный в водоемах всех обследованных регионов. В Карелии эксперименты ставили на фоне воды из 6 водоемов. Индикаторными и представительными гидробионтами были зеленые водоросли Scenedesmusquadricauda (Turp.) Breb, ветвистоусые рачки DaphniamagnaStraus, икра и личинки рыб (SalmoirideusGibbons, Coregonuspeled (Gmelin), CoregonuslavaretusL.). Тест-реагентами служили молибденат натрия, вольфрамат натрия, сульфат меди, цинка и никеля, нитрат свинца.
При обсуждении результатов исследований использованы следующие понятия:
- представительные популяции гидробионтов - региональные популяции данного вида или экотипа (в отличие от индикаторных, не являющихся аборигенными для конкретного региона или водоема);
-маточный водоем – среда обитания представительных гидробионтов;
-пороговая концентрация надфоновая – максимальная недействующая добавка металла к его природному фоновому содержанию в водоеме; абсолютная – сумма надфоновой пороговой концентрации и природного содержания металла в водоеме;
-под природным гидрохимическим фоном водоема мы понимаем качество водных масс, ненарушенных деятельностью человека [Караушев, 1987].
При исследовании процессов ацидификации фоновой средой во всех опытах была отстоянная водопроводная вода с кислотностью, близкой к нейтральной и цветностью 35 град. В экспериментах с различной степенью гумификации использовали также воду из оз. Урозера с цветностью 9 град. и рН, близким к 7.0.
Исследуемый диапазон рН (6.5-3.0) получали добавлением к фоновой среде разбавленной (1:5, 1:10 или 1:20) серной кислоты и поддерживали на заданном уровне ежедневными сменами растворов в острых опытах и через сутки – в хронических. Измерение рН проводили в свежеприготовленных растворах и в аквариумах с тест-объектами перед сменой растворов. При анализе экспериментальных данных использовали средние за период экспозиции значения рН. Расчетные величины рН50 получали по уравнениям регрессии.
При создании среды с различной цветностью применяли гумат натрия. Для приготовления основного раствора 10 г гумата растворяли в 10 л воды и настаивали 10 суток, после чего фильтровали и готовили рабочие растворы, исходя из классификации озер по степени гумозности на основе цветности по С.П. Китаеву (1984). Цветность рабочих растворов измеряли перед каждой сменой на фотоколориметре КФК-2МП с одновременным определением рН.
Исследования видовых различий резистентности зоопланктона к закислению проводили на лабораторных культурах DaphniamagnaStraus, DaphniapulexLeydig и Simocephalus serrulatus Koch, адаптированных в течение нескольких лет к аквариальным условиям с величиной рН воды, близкой к нейтральной (в среднем 6.9).
Внутривидовые различия ацидорезистентности планктонных ракообразных изучали на трех популяциях D. pulex: ладвинская и вилговская (из природных временных водоемов с рН 6.6 и 6.95 соответственно) и лабораторная культура (ладвинская популяция, адаптированная к аквариальным условиям в течение 6 лет). В опытах на рыбах использованы эмбрионы и личинки окуня Perca fluviatilisLinne из светлых олигоацидных водоемов: Ангозеро и Петрозаводская губа Онежского озера (рН в среднем 6.54 и 6.53 соответственно) и ультраполигумозных -мезоацидных ламб (Лебяжья и Озерки), закисленных естественным путем (рН в среднем 4.55 и 4.13 соответственно). Икру окуня собирали после естественного нереста с растений и сетей.
Во всех экспериментах контролем служил вариант без добавления серной кислоты (при величине рН, близкой к нейтральной). Сравнение полученных по уравнениям регрессии расчетных параметров осуществляли по индексам выживаемости и биомассы (за 1 принимали параметры для нейтральной среды).
В опытах по изучению особенностей интоксикации металлами в условиях закисления водной среды использованы представительные для водоемов Карелии гидробионты: Daphnia pulex Leydig (молодь, взрослые), взрослые моллюски Planorbarius purpure O.F. Mьller, личинки озерного лосося Salmo salar morpha sebago Girard. Реагентами служили соединения металлов, являющихся регионально приоритетными компонентами загрязнения поверхностных вод Карелии: CuSO4*5H2O, Al2(SO4)3*18H2O, FeCl3*6H2O, ZnSO4*7H2O, Pb(NO3)2, K2Cr2O7, NiSO4*2H2O, Li2SO4*H2O, NH4VO3. Сравнение полученных по уравнениям регрессии расчетных параметров токсичности осуществляли по индексам (за 1 принимали значения параметров для нейтральной среды).
Для выявления особенностей токсичности органических поллютантов при закислении водной среды в качестве тест-объектов использованы половозрелые самки Daphnia pulex Leydig и личинки окуня Perca fluviatilis L. Тест-реагентами служили: формальдегид; нефтепродукты – бензин А-76 и дизельное топливо, пестициды – гербициды (Ситовит, Глуккор, Бетарен, Гранстар, Голтикс, Зенкор), инсектицид (Данадим-БИ-58), фунгицид и протравитель семян (Оксихом); компоненты буровых растворов – пропиленгликоль, глутаральдегид, четвертичный этосульфат аммония (продукт R 8293-E), ацетат 2-алкил-1-(2-аминоэтил)-1Н-4,5-дигидроимидазола (продукт PR 4659), метилизобутилкетон (продукт R 4522), модифицированный полиакриламид (продукт EC 6029-А). Сравнение экспериментальных и расчетных данных проводили по индексам (за 1 принимали значения КТН50 для нейтральной или ультраолигогумозной среды).