рыбы в экосистемах - Биолого

РЫБЫ В ЭКОСИСТЕМАХ
_______________________________________________
РЫБА КАК БИОИНДИКАТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
АМУРСКОГО ВОДНОГО БАССЕЙНА
Л.М. Чухлебова
Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, ул. Ким Ю Чена, 65, Хабаровск,
680000, Россия. E-mail: [email protected]
Приводятся результаты состояния рыб экосистемы реки Амур микробиологическими
методами. Показано, что рыбы являются чувствительным компонентом пресноводных
экосистем.
FISH AS BIOLOGICAL INDICATOR OF ECOLOGICAL CONDITION
IN THE AMUR WATER BASIN
L.M. Chukhlebova
Institute of Water and Ecological Problems, Russian Academy of Sciences, Far East Branch
Kim Y Chen st. 65, Khabarovsk, 680000, Russia. E-mail: [email protected]
This article informs about the Amur River fish condition which was monitored with
microbiological methods. It is shown that fish are a sensitive component of water ecological
systems.
Нарастающие масштабы загрязнения водоемов различными техногенными соединениями являются причиной поиска критериев в оценке их состояния. Особое место в
потоке поступающих в водные экосистемы аллохтонных веществ занимают органические
соединения, которые наряду с автохтонным органическим веществом, образующимся
непосредственно в водоеме, определяют уровень евтрофирования водных экосистем и
оказывают существенное влияние на органолептические свойства воды (Сакевич, 1985;
Сиренко, Козицкая, 1988). Изменения, происходящие в гидросфере, наиболее сильное
воздействие оказывают на водные организмы, которые чутко реагируют на изменения
состояния среды и именно их целесообразнее использовать в качестве биоиндикаторов
(Моисеенко, 2002).
Для оценки степени загрязнения экосистемы р. Амур органическими веществами различного генезиса разработан комбинированный метод биоиндикации с использованием
организмов разного уровня организации (рыба и микроорганизмы).
Чуткими биоиндикаторами состояния водных экосистем являются микроорганизмы,
так как им принадлежит главная роль в самоочищении природных экосистем.
РЫБА КАК БИОИНДИКАТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
241
Рыбы, как завершающее звено в трофической цепи водоемов являются объективными
индикаторами уровня загрязнения водной среды в целом, но не отдельных ее участков.
Обусловлено это тем, что рыбы, как мигрирующие организмы, дают лишь интегральную
характеристику загрязнения водного объекта. Изменения экологических факторов водной среды в условиях антропогенного загрязнения водоема различными по природе
химическими веществами могут оказать существенное влияние на жизнедеятельность и
выживание рыб: ослабить устойчивость организма к раздражителям и привести к гибели
(Лукьяненко, 1987).
Впервые уровень бактериальной контаминации мышечных тканей и жабр рыб предложен в качестве критерия состояния водных экосистем и как фактор экологического
риска для здоровья человека (Чухлебова, 2004).
Материал и методика
Река Амур – одна из крупнейших рек в мире, она занимает девятое место в мире по
протяженности и десятое – по площади бассейна.
В Амуре обитает, как минимум, 118 массовых видов рыб. Из ценных промысловых
видов наиболее многочисленными являются белый толстолобик (19,5%), карась (21,9%),
верхогляд (16,3%), сазан (10,9%), лещ белый (10,3%). Кроме этих видов рыб довольно
значительную долю в уловах занимают такие виды рыб как конь пестрый (4,0%), монгольский краснопер (3,4%), сом амурский (2,8%), щука (1,1%) и другие (Семенченко, 2007).
Одной из крупных притоков Нижнего Амура является р. Анюй – типичная лососевая
река (Леванидов, 1981). Наиболее важное хозяйственное и биоценотическое значение в
его бассейне имеют проходные рыбы из семейства лососевых (осенняя кета – один
самых ценных ресурсов Амура) и пресноводные (амурский хариус, ленок). Хариусы и
ленки – ценные промысловые рыбы, используемые как биоиндикаторы техногенного
загрязнения горных рек Сибири и Дальнего Востока (Тайсаев, 1992).
Фактический материал был собран в течение 1998–2006 гг. Воду отбирали с поверхностных слоев батометром. Рыбу для анализов каждого вида отлавливали в количестве
3–5 экз. с использованием ставных сетей, а также ручных орудий лова сотрудниками
Амуррыбвода, ИВЭП ДВО РАН и Хабаровского филиала ТИНРО-центра.
Материалом для микробиологических исследований служили пробы воды, мышечные
ткани и жабры рыб, приготовление к анализу согласно нормативным требованиям (Методы…, 1989; Инструкция.., 1991).
Показателям общей бактериальной обсемененности мышечной ткани и жабр служило
количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов
(КМАФАнМ): в сырой рыбе должно содержаться не более 5х104 колониеобразующих
единиц на грамм массы (КОЕ/г), а также численность фенолрезистентных бактерий (ФРБ)
на жабрах.
Результаты обрабатывали статистически и представляли в виде средних значений и
их ошибок (Х±α) (Плохинский, 1970).
Результаты и их обсуждение
Работы проводились в основные фазы водного режима – зимнюю межень (1998–1999 гг.,
2001–2002 гг., 2005–2006 гг.) и летне-осенние паводки (2002 и 2006 гг.). Уровни воды
приведены по данным Дальневосточного управления гидрометслужбы (рис. 1).
Л. М. ЧУХЛЕБОВА
242
На протяжении последних 30 лет наблюдается снижение водности Нижнего Амура,
который кроме уменьшения площади нагула рыб сказывается на ухудшении среды обитания (Эколого-экономические.., 2007).
Данные о водности Амура показывают, что в настоящее время продолжается один из
минимумов его водности. Водная среда разной степени загрязненности, содержит органическое вещество (ОВ) разной стадии минерализации. Его состав и содержание в
природных водах определяется совокупностью многих, различных по своей природе и
скорости процессов. Изучение органического вещества в природных водах имеет важное
экологическое значение.
среднемноголетний уровень воды, м
300
250
200
150
100
50
0
май
июнь
июль
август
сентябрь
месяц
1974-2001
2002-2006
Рис. 1. Среднемноголетние уровни воды в р. Амур
Естественные водоемы, хотя и обладают высокой самоочищающей способностью, но
при внесении большого количества органических загрязнителей не в состоянии быстро
переработать их (Мудрецова-Висс, 1978).
Основные гидрохимические показатели воды р. Амур содержат большое количество
органических веществ аллохтонного происхождения, главным образом, гумусной природы. Об этом свидетельствует цветность воды в данном водоеме. В зависимости от
сезона она колеблется от 77 до 1090.
В многолетней динамике воды Амура в пределах Среднеамурской низменности имеют
минимумы распределения содержания общего органического углерода на участках Амура
выше поселков Амурзет, Нагибово, Малмыж. Максимумы – ниже устья р. Сунгари, городских очистных сооружений городов Хабаровска, Амурска, Комсомольска-на-Амуре (с
превышением ПДК по ХПК и БПК5 в 1,2–5,0 раз и понижением значений ПО/ХПК <0,4).
Пределы изменений Сорг. – 7–46 мгС/дм3. Годовая динамика содержания ОВ в воде
Амура характеризуется существенным увеличением их количества после летне-осенних
паводков за счет аллохтонной составляющей. В зимнее время общее содержание ОВ
уменьшается за счет автохтонной органики, но вклад аллохтонного ОВ остается существенным. Притоки Амура – реки Уссури, Тунгуска и Анюй характеризуются содержанием
ОВ (Сорг. – 6–14 мг С/дм3) как автохтонного, так и аллохтонного происхождения и не
содержат техногенных ОВ (ХПК БПК5 ниже ПДК) (Левшина, 2006).
РЫБА КАК БИОИНДИКАТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
243
Наиболее интенсивному загрязнению водными микроорганизмами подвергается
жаберный аппарат рыб. Качественный и количественный состав микроорганизмов
жаберных пластинок зависит от экологического состояния водной среды.
Определяющим может стать характер загрязнения вод органическими соединениями
различного происхождения (Антонов и др., 1994).
Нашими исследованиями показано, что от характера загрязнения водных экосистем,
общей численности планктонных и бентосных микробоценозов и их активности зависит
степень обсемененности жабр и мышечных тканей рыбы бактериями (Чухлебова, 2001;
Кондратьева, Чухлебова, 2002).
В жабрах рыбы, только что извлеченной из воды, процессы порчи протекают весьма
интенсивно вследствие того, что они исключительно близко соприкасаются с внешней
средой (лед, вода, воздух), являющейся источником обсеменения микроорганизмами
(Андронников и др., 1987).
Принимая во внимание важную роль жабр в контакте с водной средой, были проведены микробиологические исследования, направленные на выявление особенностей их
бактериального загрязнения при различном уровне евтрофирования водных экосистем.
Сравнительный анализ качества воды по численности аэробных сапротрофных
микроорганизмов в период ледостава 2003–2005 гг. показал, что вода в основном русле
Амура классифицировалась как «очень грязная» и «грязная» в 2002 г. В период открытого
русла 2002–2004 гг. как «загрязненная» и «очень грязная» в 2005 г. (Таубе, Баранова, 1983).
Многолетние исследования, проведенные в течение 4 лет, зависимости бактериальной
обсемененности жабр рыб от качества водной среды показали, что высокая численность
гетеротрофных (ГБ) и фенолрезистентных бактерий (ФРБ) в воде соответствует значительной численности бактерий на жабрах (табл. 1). Самая высокая степень бактериальной
обсемененности жабр промысловых видов рыб выявлена в 2005 г., возможно, это
связано с интенсивной антропогенной нагрузкой на водную среду.
Таблица 1
Некоторые данные многолетних исследований зависимости бактериальной
обсемененности жабр рыб от численности микроорганизмов водной
среды в местах вылова
Качество воды, тыс. КОЕ/мл
Год
ГБ, Х
σ±
2002
2004
2005
2006
12,25
80,30
323,0
5,60
6,50
48,70
134,2
2,64
2002
2004
2005
2006
20,80
34,70
132,3
13,40
10,40
16,50
52,50
4,250
Кол-во:
экз./виды
Количество бактерий на жабрах
тыс/КОЕ/г
ФРБ,
σ±
ГБ, Х
σ±
Х
Основное русло Амура (ледостав)
0,49
0,28
21/9
15,6
7,80
0,29
0,14
30/7
12,7
7,15
1,30
0,60
32/8
48,4
115,3
1,20
0,58
22/7
22,9
8,30
Основное русло (открытая вода)
1,50
0,75
33/10
18,2
9,6
0,53
0,26
36/7
46,3
22,3
0,39
0,20
55/12
151,3
612,2
0,64
0,32
27/7
26,5
13,3
ФРБ, Х
σ±
0,39
0,41
0,12
0,01
0,19
0,21
0,06
0,005
1,97
0,65
7,34
1,20
0,92
0,32
3,70
0,60
Примечание. ГБ – гетеротрофные бактерии, ФРБ – фенолрезистентные бактерии, Х ± σ –
средние значения
Л. М. ЧУХЛЕБОВА
244
Высокая степень бактериального обсеменения тканей также обусловлена ее естественным физиологическим состоянием, связанным с общим ослаблением организма
вследствие длительной миграции и преодоления многочисленных стрессовых ситуаций
(Никольский, 1974).
Поступление микроорганизмов в мышечные ткани могло происходить как через наружные покровы, так и через жабры, содержащие высокие количества гетеротрофных и
фенолрезистентных бактерий.
Проведенные исследования качества ценных промысловых рыб (осенней кеты), дошедших по руслу Амура от г. Николаевска-на-Амуре до устья Амурской протоки показали,
что низким качеством и высокой бактериальной обсемененностью мышечных тканей и
жабр характеризуется осенняя кета, выловленная у пос. Тахта и Верхний Нерген (табл. 2).
Таблица 2
Сравнительная оценка качества ценных проходных (кета – Onkorhynchus keta) и пресноводных лососевидных (хариус – Thymallus arcticus grubii и ленок – Brachymystax lenok)
рыб Амурского водного бассейна (летне-осенний период 1999–2006 гг.)
Рыба
Кол-во
экз.
Место вылова
Кета
Кета
Кета
Кета
Кета
Кета
Кета
Хариус
Хариус
Хариус
Хариус
Хариус
Ленок
5
3
4
3
4
4
4
6
5
5
6
4
5
Р. Амур, пос. Славянка
Р. Амур, пос. Тахта
Р. Амур, пос. Булава
Р. Амур, пос. Верхний Нерген
Протока Амурская
Протока Гассинская
Оз. Хаванда
Р. Анюй
Р. Манома
Р. Куптурку
Р. Богбасу
Р. Гобилли
Р. Манома
Численность МАФАнМ, тыс.КОЕ/г
мышцы
жабры
Х
σ±
Х
σ±
86,9
43,0
91,1
48,5
168,0
91,0
451,0 220,0
22,6
12,9
82,5
43,3
188,0
67,0
230,0 116,0
68,5
15,8
144,3
83,5
6,3
3,5
25,0
11,2
3,97
1,32
23,4
10,4
0,68
0,15
2,1
1,8
1,28
1,08
2,5
0,7
7,46
0,78
7,5
2,0
4,35
0,8
4,8
2,5
1,55
0,61
3,2
1,1
1,30
1,01
5,97
2,4
Примечание. Х ± σ – средние значения
Численность гетеротрофных и фенолрезистентных бактерий на жабрах кеты, выловленной у пос. Верхний Нерген была на порядок выше, чем у кеты из Амурской протоки,
что, вероятнее всего является результатом загрязнения поверхностных вод трудноминерализуемыми органическими веществами, в том числе соединениями ароматической
природы.
Высокая обсемененность мышечных тканей и жабр осенней кеты выявлена у рыб,
выловленных из основного русла, свидетельствует о том, что главным источником высокой бактериальной контаминации кеты является р. Амур.
Качество воды из рек Анюй и Манома, которые по трофическому статусу соответствуют олиготрофно-мезотрофному типу водотоков, а притоки р. Анюй реки Куптурку,
Богбасу, Гобилли отнесены к олиготрофному типу (Гаретова, Кондратьева, 2002).
Пресноводные хариусы и ленки из водотоков горно-таежного типа рек Анюй и Манома
содержали незначительное количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных
микроорганизмов (МАФАнМ) из мышечных тканей и жабр.
РЫБА КАК БИОИНДИКАТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
245
Поиск корреляционной зависимости между бактериальным загрязнением жабр и степенью проникновения микроорганизмов в мышечные ткани показал, что летом и весной
существует прямая положительная корреляция (табл. 3).
Осенью коэффициент корреляции остается положительным только в случае вылова
рыбы из водных экосистем, слабо загрязненных биохимически лабильными органическими веществами, например из Амурской протоки. В остальных случаях, в том числе во
время паводков, взаимосвязь между обсемененностью жабр и качеством рыбной продукции отсутствует. Вероятно, в это время жабры загрязняются в значительной степени за
счет взвешенных органических веществ и развивающихся на них микроорганизмов не
способных активно внедряться в мышечные ткани в виду отсутствия у них протеолитических ферментов.
Таблица 3
Корреляционная зависимость между бактериальным загрязнением жабр
и мышечных тканей рыб
Рыба
Кол-во
экз.
Место вылова
Карась – Carassius auratus
Конь пестрый – Hemibarbus maculatus
Корюшка – Hypomesus olidus
Сазан – Cyprinus carpio
Сазан – Cyprinus carpio
Чебак – Leuciscus waieckii
Карась – Carassius auratus
Карась – Carassius auratus
Карась – Carassius auratus
Карась – Carassius auratus
Конь пестрый – Hemibarbus maculatus
Карась – Carassius auratus
Красноперка –Tribolodon hakuensis
7
4
5
5
3
6
3
3
5
8
4
5
5
Р. Амур, пос. Нижнеспасское
Р. Амур, пос. Малышево
Р. Амур, пос. Тыр
Протока Амурская
Протока Амурская
Протока Ноевкая
Протока Ноевская
Протока Кафа
Протока Талга
Протока Малышевская
Протока Малышевская
Р. Чойта, пос. Верхний Нерген
Амурский лиман (устье р. Хусси)
Коэффициент
корреляции
0,77
0,55
0,77
0,52
0,99
-0,10
-0,33
0,53
-0,17
0,13
0,90
0,99
0,77
Сезон
Весна
Весна
Весна
Осень
Осень
Осень
Осень
Лето
Осень
Осень
Весна
Лето
Лето
Таким образом, обсемененность мышечных тканей и жабр рыб МАФАнМ, выловленных в водотоках экосистемы р. Амур рассматривается в качестве критерия загрязнения
водной среды. Установлено, что обсемененность жабр микроорганизмами зависит от уровня
евтрофирования водной среды органическими вещества различного происхождения.
При незначительной численности микроорганизмов в водной среде, как правило,
бактериальная обсемененность жабр рыб была низкой.
Согласно микробиологическим исследованиям высоким качеством отличалась рыба
из горно-таежных рек олиготрофного типа р. Анюй и ее притоков и р. Манома.
Литература
Андронников С.Б., Иванов Э.В., Лукина Т.М., Шестерин И.С. 1987. Способ контроля воды на токсичность по жаберному аппарату // Методы ихтиотоксикологических
исследований. Л. С. 34–43.
Антонов Н.А., Денисова С.А., Шевченко В.В. 1994. Экспертиза мяса убойных животных, птицы, рыбы. СПб. С. 29–42.
246
Л. М. ЧУХЛЕБОВА
Гаретова Л.А., Кондратьева Л.М. 2002. Оценка трофического статуса водотоков
бассейна р. Анюй после лесных пожаров 1998 г. // Охрана лесов от пожаров в современных условиях: материалы междунар. науч.-практ. конф. Хабаровск. С. 186–191.
Инструкция по санитарно-микробиологическому контролю производства пищевой продукции из рыбы и морских беспозвоночных №5319–91. 1991. Л.: Гипрорыбфлот. 94 с.
Кондратьева Л.М., Чухлебова Л.М. 2002.Оценка качества рыбы реки Амур по микробиологическим показателям // Наука-Техника-Технологии: материалы IV Междунар.
науч.-практ. конф. Находка. С. 152–155.
Леванидов В.Я. 1981. Экосистемы лососевых рек Дальнего Востока // Беспозвоночные животные в экосистемах лососевых рек Дальнего Востока. Владивосток: ДВНЦ АН
СССР. С. 8–27.
Левшина С.И. 2006. Содержание и динамика органического вещества поверхностных вод бассейна р. Амур и его геоэкологическое значение: автореф. дис… канд. геогр.
наук. Владивосток. 23 с.
Лукьяненко В.И. 1987. Экологические аспекты ихтиотоксикологии. М.: Агропромиздат. 240 с.
Методы изучения водных микроорганизмов. 1989. // С.И. Кузнецов, Г.А. Дубинина. М.: Наука. 288 с.
Моисеенко Т.И. 2002. Концепция биологической оценки качества вод: экотоксикологический подход // Вода: экология и технология. М.: Экватек. С. 80.
Мудрецова-Висс К.А. 1978. Микробиология. М.: Экономика. 240 с.
Никольский Г.В. 1974. Экология рыб. М.: Высшая школа. 357 с.
Плохинский Н.А. 1970. Биометрия. М.: МГУ. 367 с.
Сакевич А.И. 1985. Экзометаболиты пресноводных водорослей. Киев: Наукова
думка. 197 с.
Семенченко Н.Н. 2007. Состояние запасов жилых промысловых рыб реки Амур //
Экология и безопасность водных ресурсов: материалы регион. науч.-практ. конф.
Хабаровск: Изд-во ДВГГУ. С. 151–160.
Сиренко Л.А., Козицкая В.И. 1988. Биологически активные вещества водорослей и
качество воды. Киев: Наукова думка. 256 с.
Тайсаев Т.Т. 1992. Хариус – биоиндикатор техногенного загрязнения горных рек
Сибири // Геогр. и природные ресурсы. № 2. С. 49–52.
Таубе П.Р., Баранова А.Г. 1983. Химия и микробиология воды. М.: Высш. школа.
232 c.
Чухлебова Л.М. 2001. Микробиологическая индикация ихтиофауны водных экосистем // Оценка современного состояния микробиологических исследований в ВосточноСибирском регионе: материалы всерос. науч.-практ. конф. Иркутск: ИГУ. С. 161–162.
Чухлебова Л.М. 2004. Экотоксикологическая оценка состояния рыб экосистемы
реки Амур: автореф дис… канд. биол. наук. Владивосток. 22 с.
Эколого-экономические проблемы бассейна реки Амур и их законодательное
решение. 2007. Хабаровск: РИОТИП. 174 с.