УДК 574.6+574.52+574.62+574.632

КОМБИНИРОВАННОЕ ДЕЙСТВИЕ НЕФТЕПРОДУКТОВ И ГУМАТА НА ДАФНИЙ

Стом Д.И., Дагуров А.В.

НИИ биологии при Иркутском государственном университете

Россия, 664003, г. Иркутск, а/я 24, ул. Ленина, 3; E-mail: barhat@geogr.isu.ru

 

В последнее время накапливается все больше данных о способности различных гуминовых веществ снижать негативное влияние некоторых токсических соединений на различные организмы [1, 2, 3]. Среди загрязнителей, как по объему, так и по масштабам особо выделяются нефть и нефтепродукты [4, 5]. Поэтому представлялось интересным проверить возможность ослабления токсического действия последних  в присутствии гуминовых веществ.

Объекты и методы исследований

В экспериментах использовали нефть Марковского месторождения Иркутской области и нефтепродукты: летнее дизельное топливо (ГОСТ 305-82), топочный мазут М-40 (ГОСТ 10585-75), неэтилированные автомобильные бензины с октановым числом 76 и 93 (ГОСТ 2084-77), авиационный бензин Б-95/130 (ГОСТ 1012-72).

В качестве источника гуминовых веществ брали препарат “Гумат” выпускаемый ООО “АгроТех Гумат” в г. Иркутске [6].

Оценку токсичности гуматов и нефтепродуктов проводили на лабораторной культуре ветвистоусых рачков Daphnia magna (Straus) [7]. Дафниевый тест входит в большинство национальных и международных стандартов исследования качества вод и имеет ряд директивных документов по использованию в практике биологического тестирования [8, 9]. При его применении основным критерием токсичности служит выживаемость рачков. В наших опытах дополнительным индикатором токсического действия испытуемых веществ на дафний служил переход рачков на поверхность раздела воздух-водная среда [10, 11]. Эта тест-реакция является значительно более чувствительным показателем на наличие эмульсий нефти и нефтепродуктового загрязнения, чем гибель дафний.

Для выращивания дафний, экспериментов и контроля использовали дехлорированную водопроводную воду (водозабор р. Ангара выше г. Иркутска). Для опытов отбирали молодь одного помета в возрасте 2-х суток. В каждый экспериментальный сосуд объемом 30 мл помещали по 10 рачков. Опыт и контроль имели не менее 6 повторностей при трех параллелях в каждой.

Эмульсии нефти и нефтепродуктов с концентрациями 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5 мл/л получали приливанием необходимого количества нефти и нефтепродуктов к 1 литру воды с последующим перемешиванием в течение 60 минут на магнитной мешалке.

Для приготовления маточного раствора гумата навеску соответствующего мелкодиспергированного воздушно-сухого препарата гумата 0,5 г растворяли в 1 литре воды, затем маточный раствор центрифугировали при 7 тыс. об./мин. в течение 5 минут и после этого фильтровали через бумажный фильтр (белая лента).

Для получения насыщенных растворов углеводородов, в стеклянные мерные цилиндры, объемом на 2 литра, наливали почти доверху воды, и на их поверхность с помощью пипетки осторожно наслаивали слой нефтепродуктов толщиной 1 см. Сосуды снабжали устройством, позволяющим отбирать пробы раствора из-под пленки углеводородов. Процесс растворения проходил при температуре 20 - 22⁰ С в атмосфере воздуха в течение 30 суток. В опытах использовали насыщенные растворы углеводородов без разбавления, с разбавлением в 2 раза водой и  с разбавлением в 2 раза раствором гумата.

Для статистической обработки применяли общепринятые методы [12, 13] с использованием персонального компьютера и пакета программ Statgraf 3.0 и Excel 97. Выводы сделаны при вероятности безошибочного прогноза Р³0,95.

Результаты исследований и их обсуждение.

На первом этапе исследований были подобраны концентрации растворов гумата, которые не оказывали видимого эффекта на дафний при 24-х часовой экспозиции. Ими оказались растворы гумата приготовленные из исходной навески 0,5 г/л.

Как видно из таблицы 1 в изученном диапазоне концентраций (от 0,5 до 2,5 мл/л) эмульсии нефти и испытанных нефтепродуктов вызывали переход рачков, хотя и в разной степени в поверхностный слой. Из этой же таблицы, а также из таблицы 2 следует, что препараты гумата в испытанных концентрациях в большинстве случаев предотвращали, или, по крайней мере, существенно снижали способность эмульсий нефти, нефтепродуктов и их индивидуальных углеводородов инициировать всплытие дафний. В этом плане особенно эффективно действие растворов гумата на нефть и дизельное топливо: в отсутствие гумата 100% рачков оказывались на поверхности, а в его присутствии 100% дафний плавали в толще эмульсии (табл.1). Ранее было показано, что из большого числа самых различных испытанных веществ, только поверхностно-активные агенты предотвращали вызываемый эмульсиями нефтепродуктов переход рачков в поверхностную пленку. Гумат не только предотвращал всплытие Cladocera в поверхностную пленку, но и хотя и в меньшем числе опытов, и не так существенно, все же ослаблял токсическое действие эмульсий нефти и нефтепродуктов.  В некоторых случаях, например, в экспериментах с эмульсиями дизельного топлива в концентрациях 0,5 и 1 мл/л различие в смертности рачков в присутствие и в отсутствие раствора гумата составляло 50%. В эмульсии дизельного топлива с концентрацией 2 мл/л в отсутствие гуматов полная гибель всех рачков наступала через 5 часов, а при добавлении гумата через 24 часа. Концентрация 2,5 мл/л вызывала полное подавление активности рачков через 4 часа, а при добавлении гуматов рачки сохраняли активность в течение 5 часов.

Несколько менее эффективно гумат снижал токсическое влияние авиабензина. Еще слабее антагонизм проявлялся в смесях мазута и гумата. Но наименее выраженным было ослабление гуматом действия на дафний эмульсий нефти.

Вместе с тем как видно из материалов представленных в таблице 1 растворы препарата гумата в этой концентрации предотвращали переход дафний в поверхностный слой, вызываемый действием эмульсии, или, по крайней мере, снижали число рачков покидавших толщу водной эмульсии практически всех нефтепродуктов.

Так как в отличие от эмульсий нефтепродуктов в их растворах рачки не уходили из толщи водной среды на ее поверхность, то вставал вопрос, будут ли препараты гумата ослаблять не только токсическое действие эмульсий, но и растворов нефти и нефтепродуктов?

Анализ материалов таблицы 3 показывает, что гуматы ослабляли токсичность для рачков не только эмульсий, но и растворов нефтепродуктов. Например, при суточной экспозиции в разбавленных в два раза водой насыщенных растворах дизельного топлива число выживших дафний было на 33,3% меньше, чем при соответствующем их разбавлении растворами гумата.

Ослабление или даже полное подавление поведенческой реакции всплытия дафний на поверхность и снижение токсичности прослеживалось также в опытах с индивидуальными ароматическими и алифатическими соединениями, входящими в состав нефтепродуктов (табл.2 и табл.4).

В смесях эмульсий нефтепродуктов с гуматами, во всем диапазоне исследуемых концентраций фиксировали ослабление или даже полное предотвращение поведенческой реакции всплытия рачков в поверхностный слой. Таким образом, добавление гуматов к эмульсиям нефти и нефтепродуктов, снижало токсический эффект последних для дафний.  

Авторы признательны д.х.н. И.В.Перминовой и профессору Х.Штейнберг за ценные дискуссии и консультации.

Работа выполнена при финансовой поддержке НТП “Государственная поддержка региональной научно-технической политики Высшей школы и развития ее потенциала”, проект № 477 и РФФИ (грант №99-04-49612).

 

 

Таблица 1-Влияние эмульсий нефтепродуктов в присутствии и в отсутствие гуматов на выживаемость и всплытие на поверхность дафний при 24-х часовой экспозиции (в % к контролю – дехлорированная вода).

Концентрация, мл/л	Нефть		Нефть  +  гумат		Мазут		Мазут +  гумат		Дизельное топливо		Дизельное топливо + гумат		Авиабензин		Авиабензин + гумат
	Число рачков
	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых
0.5	100	50	0	88,9	100	88,9	0	100	44,4	44,4	5,6	94,4	16,7	83,3	0	100
1	100	33,3	0	55,5	100	83,3	0	94,4	55,6	0	11,1	50	16,7	55,6	0	100
1.5	100	27,8	0	50	100	77,8	0	88,9	72,2	0	16,7	44,4	27,8	55,6	0	100
2	100	0	0	22,2	100	55,6	0	83,3	72,2	0	16,7	0	38,9	0	11,1	0
2.5	100	0	0	16,7	100	33,3	0	77,8	77,8	0	22,2	0	55,6	0	16,7	0

 

Примечание: растворы гумата с исходной концентрацией 0,5 г/л не оказывают видимого влияния на дафний.

Таблица 2-  Влияние эмульсий углеводородов нефти в присутствии и в отсутствие гуматов на выживаемость и всплытие на поверхность дафний при 24-х часовой экспозиции (в % к контролю – дехлорированная вода).

Концентрация, мл/л	Декан		Декан + гумат		Ундекан		Ундекан + гумат		Додекан		Додекан + гумат		Гексадекан		Гексадекан + гумат
	Число рачков
	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых
0.5	100	61,1	0	72,2	100	72,2	0	100	100	72,2	0	100	100	100	0	100
1	100	33,3	0	50	100	50	0	72,2	100	44,4	0	61,1	100	61,1	0	100
1.5	100	0	16,6	11,1	100	33,3	0	61,1	100	27,8	0	55,5	100	50	0	100

 

Примечание: растворы гумата с исходной концентрацией 0,5 г/л не оказывают видимого влияния на дафний.

Таблица 3- Влияние смесей равных объемов насыщенных растворов нефти, нефтепродуктов и гумата на выживаемость дафний, в % к контролю – вода.

Компоненты смесей	Время инкубирования, час
	1	2	3	4	5	6	24
Нефть + Н2О  (1 : 1)	100	100	66,7	0	0	0	0
Нефть + гумат (0,5 г/л) (1 : 1)	100	100	72,2	0	0	0	0
Мазут + Н2О  (1 : 1)	100	100	38,9	22,2	11,1	11,1	0
Мазут + гумат (0,5 г/л) (1 : 1)	100	100	61,1	44,4	22,2	22,2	0
Дизельное топливо + Н2О (1 : 1)	100	100	100	88,9	88,9	88,9	38,9
Дизельное топливо + гумат (0,5 г/л) (1 : 1)	100	100	100	94,4	94,4	94,4	72,2
Бензин А-76 + Н2О (1 : 1)	87,5	50	33,3	0	0	0	0
Бензин А-76 + гумат (0,5 г/л) (1 : 1)	100	70,1	58,3	25	16,7	0	0
Бензин АИ-93 + Н2О  (1 : 1)	100	94.4	94.4	94.4	94,4	77,8	72,2
Бензин АИ-93  + гумат (0,5 г/л) (1 : 1)	100	100	100	100	100	100	100

 

Примечание: растворы гумата с исходной концентрацией 0,5 г/л не оказывали видимого влияния на дафний.

Таблица 4- Влияние эмульсий ароматических углеводородов нефти в присутствии и в отсутствие гуматов на выживаемость и всплытие на поверхность дафний при 24-х часовой экспозиции (в % к контролю – дехлорированная вода).

Концентрация, г/л	Антрацен		Антрацен  + гумат		Нафталин		Нафталин + гумат
	Число рачков
	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых	перешедших в поверхностный слой	живых
0,01	0	83	0	100	33	67	0	100
0,05	11	50	0	90	40	33	0	50
0,1	33	0	17	61	50	0	0	0

 

Примечание: растворы гумата с исходной концентрацией 0,5 г/л не оказывали видимого влияния на дафний

СПИСОК    ЛИТЕРАТУРЫ

1. Steinberg, C. E. W., M. Haitzer, R. Bruggemann, I. V. Perminova, N. Yu.Yashchenko and V.S. Petrosyan, 2000: Towards a Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR) of Dissolved Humic Substances as Detoxifying Agents in Freshwaters. - Internat. Rev. Hydrobiol. 85: 253-266.

2. Genevini, P.L., Sacchi, G.A., and Borio, D., Herbicide Effect of Atrazine. Diuron, Linuron and Prometon after Interaction with Humic Acids from Coal, Humic Substances in the Global Environment and Implications on Human Health, Senesi, N. and Miano, T.M., Eds., Elsevier, 1994, vol. 5, pp. 1291-1295.

3. Perminova, I. V., N. Yu. Yashchenko, V. S. Petrosyan, M. A. Anisimova, N. A. Kulikova, G. F. Lebedeva, D. N. Matorin and P. S. Venediktov: Impact of humic substances on the toxicity of xenobiotic organic compounds. - In: Role of Humic Substances in Transport Processes of Xenobiotic Organic Chemicals and Metals in Soil and Water Ecosystems. Proceedings of the Symposium of IHSS and SSSA/ASA. Anaheim, California. October 26-27. 1997. IHSS. Inc. St. Paul. MN USA.

4. Баренбойм Г.М. Проблемы  влияния нефтегенного загрязнения вод суши и Мирового океана на глобальные климатические изменения //Тез. доклд. 3-ий Международный конгресс "Вода: экология и технология". - Москва, 1998.- с. 345.

5. Попов В. Г., Абдрахманов Р. Ф., Иванова Е. В. Оценка эколого-гидрогеохимического состояния районов разработки нефтяного месторождения. - Водные ресурсы, 1996, т. 23, № 6, с. 716-722.

6. Б.В.  Левинский.  Все  о  гуматах.  Изд. 3.  Иркутск: Издательство “ИП Макаров С.Е.”, 1999 – 40 с.

7. Исакова Е.Ф., Колосова Л.В. Метод биотестирования с использованием дафний. - В кн.: Методы биотестирования вод. - Черноголовка: Наука, 1988, с. 50-57

8. Методическое руководство по биотестированию воды. РД 118-02-90. М.,1991. 48с.

9. ПНДД 14.1:3:3:4.3-98 Определение токсичности воды по жизнедеятельности дафний.

10. Балаян А.Э., Саксонов М.Н., Стом Д.И. Способ биотестирования нефтепродуктов. - Патент. - ВНИИГПЭ ОТД N20. - N 96114126.

11. Balayan A.E., Saxonov M.N., Stom D. I., Polovitkin V.P., Lozovoy D.V. Method of biotesting of oil pollution based on be­havior of Daphnia magna //Program and Proceedings of the Inter­national Symposium on Ecotechnology in Environmental Protection and Fresh Water Lake Management, october 17-20 2000. - Natural Science Auditorium, PaiChai University, 2000. - P. 254.

12. Плохинский Н.А. Биометрия. - М.: Высшая школа, 1970. - 273 с.

13. Тюрин Ю.Н., Макаров В.А. Статистический анализ данных на компьютере /под ред. Фигурнова. – М.: ИНФРА, 1998. – 528 с.