Экологический мониторинг морской среды предполагает совместный анализ состояния биотической и абиотической компонент морской экосистемы. Основные аспекты такого анализа включают определение изменений в условиях среды и изучение экологических последствий и биологических эффектов загрязнения. Биотестирование является одним из подходов к оценке биологических эффектов загрязнения морской среды. Оно характеризует качество среды по интегральному показателю «токсичность» на основе унифицированной экспериментальной оценки реакции водных организмов (тест-объектов) на токсическое воздействие [5].
Материалом для исследований служили пробы донных отложений, отобранные в рейсах научно-исследовательских судов в Баренцевом море в 2000-2012 гг. (рисунок).
В качестве тест-объектов использовали морскую золотистую водоросль Phaeodactylum tricornutum и личинок солоноватоводного жаброногого рачка Artemia salina. Продолжительность экспериментов 96 ч.
О токсичности донных отложений судили на основании биотестирования их водных вытяжек. При получении вытяжек каждую пробу донных отложений смешивали с морской водой из условно чистого района в объемном соотношении 1:4 и встряхивали в течение 2 ч. После смешивания суспензии давали отстояться 1 ч. Полученную надосадочную жидкость сливали и центрифугировали в течение 10 мин при скорости 4000 об/мин.
Водоросль Ph. tricornutum культивировали на среде Гольдберга в модификации Кабановой, при освещенности 4000 лк и температуре 20-22 ºС. При постановке экспериментов использовали общепринятую методику [4]. В качестве регистрируемого показателя выбрали изменение численности клеток водоросли.
Изучение воздействия вытяжек донных отложений на А. salina осуществляли по выживаемости личинок. В соответствии с методикой [4] в чашки Петри, содержащие 40 мл чистой морской воды или исследуемого раствора, помещали по 20 личинок в возрасте до 1 сут. Количество выживших рачков подсчитывали через каждые 24 ч. Эксперименты проводили в трех повторностях.
Карта-схема района исследований и расположение станций отбора проб
Результаты исследований показали, что наиболее часто токсичные донные отложения регистрируются в хозяйственно освоенных бухтах и заливах. По уровню загрязнения особо выделяется Кольский залив, на побережье которого расположены гг. Мурманск и Североморск, а также ряд промышленных предприятий. Доля токсичных проб донных отложений в южном и среднем коленах залива составляла 65 и 62 % соответственно. Наиболее чувствительна к загрязняющим веществам, присутствующим в донных отложениях этих районов, оказалась водоросль Ph. tricornutum. Максимально загрязнены донные отложения на участках расположения ПО «Судоверфь», торгового и рыбного портов, рейдовых нефтеперегрузочных комплексов и свалок старых судов. ЕС50 (концентрации, вызывающие 50 %-е по сравнению с контролем снижение численности клеток Ph. tricornutum) вытяжек донных отложений, отобранных в этих районах, достигали 3,7-37,2 %. Сопоставление результатов биотестирования с данными химико-аналитических исследований позволило выявить связь между токсичностью донных отложений Кольского залива и накоплением в них отдельных загрязняющих веществ. Установлены статистически достоверные значения коэффициента корреляции между уровнем токсичности донных отложений Кольского залива для Ph. tricornutum и содержанием в них меди (r = 0,52*; * – достоверно при Р < 0,05), цинка (r = 0,49*) и свинца (r = 0,51*).
Токсичные донные отложения отмечали в Мотовском заливе и Варангер-фьорде. Поллютанты поступают в эти районы с водами Северо-Атлантического течения, несущего загрязнения от промышленных центров Северной Европы, и из локальных источников (населенные пункты, порты, объекты военного назначения и т. п.), расположенных на побережье.
В Варангер-фьорде исследования проводили на девяти станциях. В глубоководных районах токсичные для личинок A. salina (гибель рачков в вытяжках достигала 21,7-23,3 %) донные отложения зафиксировали на двух станциях, располагавшихся на незначительном удалении друг от друга − на выходе из губы Большая Волоковая, вблизи Айновых островов, и напротив губы Малая Волоковая. Токсичные донные отложения отмечали также в таких губах Варангер-фьорда, как Амбарная и Малонемецкая Западная, в вытяжках из которых гибель личинок А. salina достигала 28 и 48 % соответственно.
Из семи исследованных проб донных отложений глубоководных районов Мотовского залива лишь одна токсична для личинок А. salina. Гибель 23 % рачков наблюдали в вытяжке донных отложений, отобранных на станции, расположенной в центральной части залива. Токсичной для личинок А. salina (гибель рачков составляла 15 %) являлась вытяжка донных отложений губы Червяное Озерко (восточный рукав губы Ура). Кроме того, токсичные донные отложения зарегистрировали в бухте Озерко (вершина губы Большая Мотка). Исследования в бухте проводили до начала геологоразведочных работ на побережье (2004 г.) и после их окончания (2009 г.). В более ранних исследованиях токсичные донные отложения (снижение численности Ph. tricornutum в вытяжке до 56 % от контроля) зарегистрировали только в районе действующего причала. После окончания геологоразведочных работ токсичные донные отложения (снижение численности Ph. tricornutum в вытяжке до 61 % от контроля и гибель личинок А. salina до 48 %) обнаружили и на двух станциях в районе мыса Вестник, на расстоянии 700 м от буровой.
Открытые районы Баренцева моря относятся к областям в незначительной степени затронутым техногенным воздействием [1]. Источниками загрязнения здесь являются воды Северо-Атлантического течения, атмосферный перенос и судоходство.
Для личинок А. salina из 89 исследованных образцов донных отложений открытых районов Баренцева моря токсичными оказались только 13. Культура водоросли оказалась менее чувствительной к загрязняющим веществам, присутствующим в этих донных отложениях. Для Ph. tricornutum из 56 изученных проб токсичными оказались только две. Более часто (14 % исследованных проб) в вытяжках отмечали кратковременное подавление размножения клеток водоросли в начале эксперимента, которое в последующем сменялось восстановлением и стимуляцией роста культуры Ph. tricornutum. Это свидетельствует о присутствии поллютантов в среде в концентрациях, которые уже чувствительны для клеток водоросли, но они способны приспособиться к такому уровню загрязнения и нормально развиваться в течение времени, ограниченного длительностью эксперимента.
Согласно данным биотестирования в открытых областях Баренцева моря наиболее загрязнены донные отложения из районов распространения норвежских и мурманских прибрежных вод и Центрального желоба (исследования проводили на участке расположения Штокмановкого газоконденсатного месторождения). Это обусловлено как более высокими концентрациями поллютантов в водных массах этих районов [2, 3], так и особенностями рельефа и гидродинамики, определяющими аккумуляцию осадочного материала, и сорбционной емкостью самих донных отложений. В вытяжках из 20 % образцов донных отложений, отобранных в районах присутствия норвежских и мурманских прибрежных вод, наблюдали токсическое воздействие на личинок А. salina, 31 % − негативное (токсическое или кратковременное подавление размножения клеток в начале эксперимента) влияние на Ph. tricornutum. В Центральном желобе токсичными для личинок А. salina являлись вытяжки, полученные из 20 % проб донных отложений, и в таком же количестве вытяжек отмечали кратковременное подавление роста культуры Ph. triconutum. На других участках донные отложения загрязнены в меньшей степени. Так, в районах распространения печорских прибрежных и атлантических водных масс токсичными для личинок А. salina оказались вытяжки из 6 и 12 % проб соответственно. Негативное воздействие на Ph. triconutum отмечали не более чем в 14 % вытяжек из донных отложений каждого из этих районов.
Таким образом, результаты биотестирования показали, что в Баренцевом море наибольшее количество токсичных проб донных отложений регистрируется в хозяйственно освоенных губах и заливах. В открытых районах моря токсичные донные отложения немногочисленны и более часто наблюдаются на участках распространения норвежских и мурманских прибрежных вод и в Центральном желобе.