Путь влияния активной реакции среды на устойчивость рыб к ядам.
Однако основной путь влияния активной реакции среды на устойчивость рыб к ядам промышленных сточных вод состоит, по-видимому, в изменении интенсивности обмена и кислородного потребления. Хотя имеющиеся сведения относительно характера влияния концентрации водородных ионов на интенсивность обмена не позволяют считать этот вопрос окончательно решенным, однако в ряде работ была обнаружена связь между величиной рН и скоростью потребления кислорода. Оставляя в стороне спорные данные, описанные в работе Д. Перейра и Е. Пауэрса, рассмотрим результаты опытов Ф. Холла и В. Виба.
Таблица 31. Влияние величины рН на токсичность фенола для радужной форели.
Величина рН | Количество рыб, шт. | Средняя длина рыб, см | Средняя масса рыб, г | Средняя продолжительность жизни, ч |
4,0 | 20 | 8,7 | 9,0 | 6,1 |
5,0 | 20 | 8,7 | 10,5 | 7,5 |
7,2 | 20 | 9,2 | 10,3 | 7,2 |
9,0 | 20 | 8,0 | 10,8 | 5,6 |
11,0 | 20 | 8,1 | 9,1 | 5,8 |
Ф. Холл описал снижение скорости потребления кислорода у Sphaeroides maculatus при повышении кислотности воды с 8,5 до 6,5 единиц. В обширной серии работ, выполненных в лаборатории Виба на различных видах рыб, установлено, что в определенном диапазоне величин рН (6,6; 7,5; 8,1; 9,4; 9,6; 9,7) скорость потребления кислорода после кратковременного повышения устанавливается на прежнем уровне. Авторы показали также, что при крайних величинах рН устойчивость рыб к дефициту кислорода резко падает. Эти опыты представляют особый интерес, поскольку они вскрывают существование зависимости пороговой концентрации кислорода от величины рН. Причем имеется определенный диапазон величин рН, в котором пороговая концентрация кислорода для рыб наименьшая, а смещение вниз или вверх относительно этой области приводит к ее повышению. Можно считать твердо установленным, что смещение рН в кислую сторону приводит к заметному снижению интенсивности обмена.
По данным Т. В. Новиковой, полученным в лаборатории С. Н. Скадовского, интенсивность потребления кислорода карпом при изменении рН с 7,4 до 5,5 снизилось на 33 — 22%, а окунем - на 18%. Важно и другое обстоятельство, отмеченное многими исследователями, а именно, повышение частоты дыхательных движений рыб при снижении величины рН. В этой связи следует согласиться с мнением М. Лейнер, что в основе угнетения интенсивности обмена при нижних величинах рН лежит повреждающее субтоксическое действие высокой концентрации водородных ионов.
Данные работы позволяют считать, что в основе изменения токси-корезистентности рыб под влиянием изменения активной реакции среды лежат повреждающее действие субтоксических величин рН, нарушение нормального хода и уровни обменных процессов, связанных с угнетением дыхания.
Суммируя представленные в настоящем разделе данные, следует подчеркнуть, что величина рН является важнейшим экологическим фактором, оказывающим неспецифическое влияние как на степень токсичности различных компонентов промышленных сточных вод, так и на уровень токси-корезистентности рыб. Именно поэтому при биологическом нормировании предельно допустимых концентраций должны быть учтены особенности величины рН воды данного водоема и ее колебания.
Жесткость воды. Еще в работах Л. Легера и А. Томаса было установлено, что токсическое действие солей тяжелых металлов резко снижается в жесткой и морской воде. Токсичность некоторых из них — сернокислого аммония и азотнокислого свинца вообще нельзя было определить в морской воде, поскольку они немедленно выпадали в осадок. Что касается других соединений, таких, как сернокислый цинк и дихромат калия, хлориды кобальта и цинка, то их токсическое действие на рыб в морской воде значительно ослаблено. Достаточно сказать, что Fundulus heteroclitus выживали в растворах этих солей даже при концентрации 200 мг/л на протяжении 7 — 14 суток. Наряду с этим токсичность других солей тяжелых металлов, среди которых можно назвать хлорид ртути и нитрат кадмия, сульфат и хлорид меди, проявлялась как в пресной, так и в морской воде.
На основе данных этих работ можно предположить, что ведущей причиной ослабления токсичности солей тяжелых металлов в высокоминерализованных водах является образование осадков, ведущее к изменению активной концентрации токсического агента. Последующие опыты внесли существенные коррективы в понимание этого вопроса. Из данных М. Эллиса, полученных в опытах на золотой рыбке, следует, что устойчивость рыб в токсическом растворе сульфата меди (10 мг/л), приготовленного на дистиллированной воде, постепенно возрастает по мере добавления нитрата натрия (таблица 32).
М. Эллис нашел также, что устойчивость рыб к токсическому действию долей меди может быть повышена солями магния.
Кроме того, он выявил различие устойчивости рыб к фтору в мягкой и жесткой воде. При неизменной концентрации яда (1000 мг/л) время гибели различалось почти в 5 раз — 12 — 29 ч в очень мягкой и 60 — 102 ч в жесткой воде.
Д. Джонс провел обстоятельное исследование зависимости устойчивости колюшек к раствору нитрата свинца двух концентраций 0,4 и 1,0 мг/л (по РЬ} от степени жесткости воды, изменение которой достигалось путем добавления в мягкую воду различных концентраций хлористого кальция (от 0 до 50 мг/л по Са). И здесь, так же как и в опытах М. Эллиса с сульфатом меди, устойчивость рыб увеличивалась по мере повышения концентрации СаС12 в токсическом растворе. Определяя время выживания колюшки в растворе нитрата свинца концентрацией 1 мг/л при добавлении 0,5; 10; 20 и 50 мг/л CaCI2, Д. Джонс нашел, что она постепенно увеличивалась: 1; 3; 6; 7 и 10,5 суток соответственно. Сходные данные были получены и в другом опыте, где вместо ZnNOз использовался ZnS04, а вместо CaCI2 - Ca(N03) 2. И в этом случае колюшки выдерживали токсическое действие сернокислого цинка 2 мг/л (по Zn) в присутствии 50 мг/л Са на протяжении 10 суток, в то время как эта концентрация цинка без добавления кальция вызывала гибель рыб через 18 ч. Еще более высокая устойчивость к солям свинца в присутствии кальция была отмечена в опытах на золотой рыбке. В этих опытах рыба выдерживала токсическое действие 10 мг/л по РЬ в жесткой воде (50 мг/л по Са) на протяжении 15 суток, но погибала при этой же концентрации свинца в мягкой воде через 60 — 114 ч после погружения в токсический раствор.
Таблица 32. Влияние нитрата натрия на устойчивость рыб к сульфату меди концентрацией 10 мг/л.
Концентрация нитрата натрия, мг/л | Величина рН | Время выживания, минут |
Дистиллированная вода | 4,0 | 150 |
500 | 5,7 | 180 |
5000 | 6,0 | 400 |
5050 | 6,4 | 765 |
Таким образом, в присутствии 50 мг/л Са колюшка в состоянии выдержать токсическое действие 1 мг/л свинца или 2 мг/л цинка, а золотая рыбка — 10 мг/л свинца без видимых признаков отравления. Напомним, что по некоторым данным токсическое действие солей свинца, растворенных в мягкой воде, проявляется уже при концентрации 0,1 — 0,4 мг/л, а цинка - 0,3 — 0,7 мг/л.
Представленные фактические доказательства четкой зависимости устойчивости рыб к токсическому действию солей тяжелых металлов от степени жесткости воды вместе с данными, полученными в других лабораториях, показывают, что причина изменения токсичности этой группы ядов промышленных сточных вод не может быть сведена к изменению их растворимости и образованию осадка, а обусловлена, по-видимому, влиянием кальция на клеточную проницаемость и режим поступления ядов в организм.
В серии последующих работ подтвержден и значительно дополнены прежние наблюдения, а также получены данные, характеризующие зависимость устойчивости рыб к солям тяжелых металлов от уровня жесткости воды.
Опыты с сульфатом цинка, проведенные на Salmo gairdnerii и Lepomis macrochirus, подтвердили данные Д. Джонса относительно снижения токсичности ZnS04 в жесткой воде в сравнении с мягкой. Показано, в частности, что зависимость времени выживания рыб от концентрации была линейной в очень мягкой воде (12 мг/л СаС03) и криволинейной в жесткой воде (1320 мг/л СаСОз). Кроме того, цинк менее токсичен в воде, содержащей хлорид кальция, чем в воде, жесткость которой обусловлена Са (НСОз) г. В соответствии с ранними данными Л. Легера находятся и результаты опытов Кэрнса и Шейера, согласно которым токсичность пороговой концентрации солей цинка можно значительно снизить добавлением кальция. Устойчивость рыб к цинку в морской воде значительно выше, чем в пресной. Токсическое действие шестивалентного хрома и фтора значительно выше в жесткой воде, чем в мягкой. Установлено также, что пороговая концентрация бериллия и урана в жесткой воде в 10 — 100 раз больше, чем в мягкой воде.
Все это дает основание считать, что жесткость воды в естественном водоеме, в который сбрасывают промышленные сточные воды, содержащие соли различных металлов, играет важную роль в определении степени их токсичности и уровня устойчивости рыб. Разумеется, это обстоятельство должно найти свое отражение и на величине предельно допустимой концентрации различных солей тяжелых металлов. Поиски зависимости токсичности некоторых других компонентов промышленных сточных вод (кислоты, аммиак, аммонийные соли и др.) от степени жесткости воды были начаты 70 лет тому назад, но в последующем не получили должного развития. Л. Легер, сопоставляя токсичность соляной и серной кислот, пришел к выводу, что первая в 10 раз более токсична для форели и гольяна в дистиллированной воде, чем вторая. Однако в жесткой воде обнаруженное различие менее выражено. X. Кларк и Г. Адаме подтвердили это наблюдение и пришли к выводу, что нижняя граница токсичности соляной и серной кислот для пресноводных рыб в мягкой воде лежит в пределах 0,0001 N и 0,001 N соответственно, а в жесткой воде снижается до 0,006N.
М. Додеро показал, что минимальная летальная концентрация Na2S для гольяна, ручьевой и радужной форели в дистиллированной воде — 2 мг/л /0,82 мг/л noS), а в жесткой воде в 25 раз больше — 50 мг/л (20,5 мг/л по S). Пороговые концентрации этого яда в дистиллированной воде — 0,8 мг/л и в жесткой 40 мг/л. Сюда же относятся и данные Л. Крейтмана по токсичности H2S в мягкой и жесткой воде. Он нашел, что минимальная летальная концентрация H2S при испытании в течение 1 ч оказалась равной 3 мг/л в мягкой воде и 2 мг/л в жесткой.
