Лекция № 3 ВЛИЯНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ ВОДНОЙ СРЕДЫ НА ТОКСИКОРЕЗИСТЕНТНОСТЬ РЫБ

Токсическое воздей­ствие сточных вод промышленных и других предприя­тий на гидробионтов зависит от ряда экологических факторов. Важнейшими из них, влияющими на токсикорезистентность рыб, являются температура воды, со­держание растворенных в воде кислорода, углекислоты, минеральных веществ (жесткость воды), содержание органических веществ, концентрация водородных ионов (рН воды), скорость течения воды и свет.

Раз­личают прямую и косвенную группу факторов, влияю­щих на токсичность вещества:

1) факторы, оказывающие прямое влияние на фи­зиологические функции организма (изменение прони­цаемости жабр, кожных покровов и других биологиче­ских мембран) и способствующие быстрому проникно­вению яда;

2) факторы, влияющие на яд, изменяющие его концент­рацию или физико-химические свойства.

Влияние факторов на характер действия сточных вод подразделяют на три основные группы:

1) влияние на свойства загрязняю­щих веществ,

2) на время и условия контакта орга­низма с этими веществами,

3) на чувствительность организмов к загрязнению.

Некоторые факторы могут действовать и по всем трем направлениям. Так, содержание растворенного в воде кислорода может влиять на окисление загрязненных веществ (в первую очередь органических), распре­деление организмов в водоеме и на чувствительность организмов.

Экологические факторы влияют как на характер действия токсикантов, так и на устойчивость рыб к ядам.

Температура воды.Концентрация токсического ве­щества и время гибели (концентрация — время), харак­теризующие устойчивость рыб, тесно связаны с температурой воды. Установлена зависимость уровня обмена веществ у рыб от температуры воды. Это позво­лило предположить, а позднее экспериментально дока­зать зависимость скорости гибели рыб и пороговой кон­центрации токсического вещества от температуры воды. Экспериментально доказан, так называемый температурный коэффициент, равный от 1,9 до 3,4. Температурный коэффициент указывает, что при снижении температуры воды на 10° отдаляется время проявления симптомов отравления в 1,9-3,4 раза.

Величина температурного коэф­фициента больше, если речь идет о повышении темпе­ратуры, то есть с увеличением температуры воды на 10° С время проявления симптомов отравления ускоряется бо­лее чем на 1,9-3,4 раза. Время выживания рыб в токсических растворах раз­личных металлов с увеличением температуры воды на 10° увеличивается на 50%.

С повышением темпе­ратуры воды сокращается время проявления симптомов отравления и ускоряется гибель рыб. Физиологически это явление объясняется тем, что при повышении тем­пературы воды увеличивается проницаемость тканей для ядов, увеличивается скорость обмена веществ и потреб­ление кислорода. Следовательно, концентрация токси­канта, действие которого не выявляется при низких и средних температурах, может оказаться летальной при повышении температуры в водоеме. Поэтому низкие температуры воды часто маскируют наличие токсиче­ских веществ в водоеме. Отравление рыб в водоеме мо­жет наступить с повышением температуры воды при условии сохранения токсических свойств токсикантом.

Исключением из этого пра­вила являются некоторые хлороргаиические пестициды, токсическое действие которых проявляется независимо от температуры.

Вода при извест­ных температурных диапазонах может быть причиной гибели рыб. Особенно неблагоприятен резкий перепад температур, встречающийся в естественных водоемах или обусловленный сбросом нагретых сточных вод или сбросных вод тепловых электростанций. Резкие измене­ния температуры воды в естественных водоемах часто приводят к массовой гибели промысловых рыб, таких, как форель, пикша, треска, сельдь и др.

Сброс на­гретых сточных вод от ТЭЦ в рыбохозяйственные водоемы опа­сен как зимой, так и летом, даже для рыб, адаптированных к летним температурам. Неблагоприятное дей­ствие нагретых сбросных вод на рыб значительно уси­ливается зимой.

Пороговые температуры выживания рыб зависят от температуры, к которой рыбы адаптировались в при­роде. Например, термофильные (карп, лещ, плотва, су­дак) переносят температуру от 27 до 36°, а термофоб­ные (лососевые) лишь до 27°. Температурные адаптации за­висят от возраста, сезона и физиологического состояния.

Содержание растворенного в воде кислорода.Уста­новлено, что дефицит кислорода в воде влияет на интен­сивность обмена веществ, снижает устойчивость рыб ко многим ядам органической и неорганической природы. Так, при 30%-ном насыщении воды кислородом устойчи­вость рыб к токсическим веществам снижается в 7 раз по сравнению со 100%-ным насыщением.

Если недоста­ток кислорода сам по себе еще не губителен, то его дефицит может существенно снизить устойчивость рыб к различным токсическим веществам. Отмечается более выраженное влияние на устойчивость рыб к ядам низ­ких концентраций кислорода.

Сни­жение устойчивости рыб при дефиците кислорода в большей степени зависит от видовых особенностей рыб, от уровня их газообмена, чем от природы яда. Физиологи­чески это явление объясняется тем, что при дефиците кислорода в крови рыб возрастает уровень гемоглобина и увеличивается скорость циркуляции крови через жабры.

Концентрация водородных ионов (величина рН). Из­менение активной реакции среды в ту или иную сто­рону от нейтральной значительно влияет на устойчивость рыб к ядам, изменяя степень токсичности ядовитых ве­ществ. При этом имеются в виду не крайние величины рН, токсически действующие сами по себе, а те, кото­рые не оказывают какого-либо токсического эффекта.

Это касается двух довольно обшир­ных и распространенных групп токсических веществ: аммиака, солей аммония и цианистых соединений. Из других соединений, токсичность которых зависит от ве­личины рН, следует указать на некоторые соединения хрома, железа (хлорное и сернокислое), марганца, меди, свинца, стронция, сульфидов. Однако существует слабая связь между устойчивостью рыб к фенолу и величиной рН.

Активная реакция среды изменяет степень диссоциации ионизи­рующих веществ, в результате чего изменяется их ток­сичность.

Аммиак усиливает свою токсичность в щелочной среде, поэтому устойчивость рыб в щелочных растворах аммиака значительно ниже, чем в нейтральной и кислой среде. По аналогии с солями аммония цианиды также диссоциируют в водном растворе, однако диссоциация их очень мала. В водном растворе цианидов образуется синильная кислота, количество которой зависит как от концентрации цианистых солей, так и от величины рН: в сильнощелочном растворе цианистая кислота диссо­циирует полностью.

Величина рН в во­доемах изменяется не только в зависимости от сезонов, но и на про­тяжении суток. Боль­шинство рыб переносят рН от 5,0 до 9,0. Более чувствительны к сни­жению рН карпы. Снижение рН ниже 5,0 является для них критическим: у карпа появляется «кислотное заболевание».

Влияние повышенных или пониженных концентраций водородных ионов на устойчивость рыб к ядам за­ключается в изменении интенсивности общего обмена веществ и газообмена в частности: понижение величины рН воды приводит к снижению интенсивности обмена, а увеличение рН — к повышению.

Жесткость воды.Уже давно установлено, что токси­ческое действие многих солей щелочных, щелочнозе­мельных и тяжелых металлов снижается в жесткой и морской воде. Физико-химически это явление объяс­няется тем, что высокоминерализованные воды, содер­жащие соли кальция, калия, натрия, магния и бария, снижают растворимость токсического вещества, образуя с ними нерастворимые осадки, и токсичность их в де­сятки раз уменьшается. Биологически снижение токсичности вышеупомянутых соединений следует объяснить тем, что ионы кальция влияют на клеточную проницае­мость, уменьшая тем самым проникновение яда внутрь клетки.

Существует тесная зависимость устойчивости рыб к токсическому действию солей тяже­лых металлов от степени жесткости воды.

Из других экологических факторов, влияющих на токсикорезистентность рыб, следует указать на содер­жание в водоеме углекислоты, скорость течения воды, свет.

Наличие повышенных концентраций углекислоты в водоеме, с одной стороны, изменяет буферные свойства воды и химически взаимодействует с токсическими соединениями, с другой — влияет на физиологические функ­ции организма, и, прежде всего, на газообмен. Скорость течения воды влияет на разбавление токсических веществ и на время контакта яда с гидробионтом. Свет также в некоторых случаях отражается на токсичности сточных вод, повышая токсичность ферроцианидов. Эти сравнительно не токсичные комплексные сое­динения под действием света разлагаются с образова­нием свободных высокотоксических цианидов.