Комбинированное действие нефтепродуктов и гумата на дафний

Стом Д.И., Дагуров А.В.
НИИ биологии при Иркутском государственном университете

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”.
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).

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).

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.

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).