The analysis of correlation between survival rate & fertility of Ceriodaphnia affmis and chemical composition of water

Abstract

The proximate and multivariate correlation analysis between the results of biotesting and tests of water chemical composition is carried out. Survival rate and fertility of Ceriodaphnia аffinis were biotested. The correlation between survival rate, fertility of Ceriodaphnia affinis and water chemical composition is described as both positive and negative.

Full Text

Биотестирование как интегральный метод оценки токсичности водной среды является необходимым дополнением к химическому анализу, однако интерпретация результатов биотестирования как по показателю выживаемости, так и по показателю плодовитости сложна. Анализ влияния химического состава воды на выживаемость и плодовитость тест-объекта Ceriodaphnia аffinis проводили с помощью корреляционного анализа. Экотоксикологические эксперименты с использованием тест-объекта C. аffinis проведены в специализированной лаборатории Нижневартовского филиала ФГУ «Центр лабораторного анализа и технических измерений», МУП Горводоканал. Было протестировано 210 проб воды. В течение 2004—2010 гг. проводилось обследование реки Обь методом хронического биотестирования на тест-объектах C. аffinis. Были обследованы точки: 500 м выше сброса устья протоки Б. Рязанка, 500 м ниже сброса устья протоки Б. Рязанка. Данные участки выбраны с целью отслеживания негативного влияния городских и промышленных стоков на воды реки Обь. Первая точка находится выше по течению, вторая ниже по течению относительно города Нижневартовска. В период исследования (2004—2010 гг.) проб воды реки Обь превышение ПДК в течение всего периода отмечалось по таким показателям, как нефтепродукты, аммоний, медь, железо, фенолы, а также по таким показателям, как ХПК, АПАВ. Данные представлены в графиках поквартально (рис. 1—3). Нефтепродукты выше нормативов ПДК определялись редко — в 20% отобранных проб, превышение норм было незначительным 0,006—0,007 мг/л. Превышение нормативов ПДК по аммоний-иону отмечено в 42% случаев. В 62% проб меди определялось от 0,002 до 0,005 мг/л, аналогичное превышение уровней ПДК регистрировалось по содержанию количества фенолов от 0,002 до 0,004 мг/л. Количество железа в тестируемой воде в 100% случаев превышало допустимые пределы. Превышение нормативов ПДК по марганцу отмечено в 100% случаев за исследованный период, резкие скачки количества марганца в водах реки Обь преимущественно отмечаются в зимний период, в первых кварталах года. Корреляционную зависимость количества молоди тест-объекта C. аffinis с количеством химических веществ в исследуемых пробах проводили с использованием функции КОРРЕЛ программы Excel. Связь между показателями биотестирования и химического анализа воды может быть отрицательной и положительной: когда значения одной переменной убывают, значения другой возрастают, это показывает отрицательный коэффициент корреляции, при положительной корреляции увеличение одного параметра влечет за собой увеличение второго. Достоверность коррелятивной зависимости определяли, рассчитывая t-критерий и сравнивая его с табличным (t st) значением. При t> t st для данной доверительной вероятности наличие корреляции можно считать статистически достоверным [1]. Рассчитывалась как частная корреляция, так и множественная. Корреляционная зависимость токсичности по критериям выживаемости проб воды реки Обь с результатами химических анализов составила: железо (r = 0,08), марганец (r = 0,32), аммоний (r = 0,14), медь (r = 0,079), нефтепродукты (r = 0,01), фенолы (r = 0,04), цинк (r = 0,02), хлориды (r = 0,1), нитраты (r = 0,01), нитриты (r = 0,09). Показатели положительно коррелируют с результатами биотестирования. Корреляционная зависимость хронической токсичности по критериям плодовитости проб воды реки Обь с результатами химических анализов составила: железо (r = –0,2), марганец (r = 0,2), аммоний (r = –0,1), медь (r = –0,05), нефтепродукты (r = –0,04), фенолы (r = 0,03), цинк (r =0,01), нитраты (r = 0,04), нитриты (r = –0,07), фосфаты (r = 0,04), хлориды (r = 0,01). Кроме того, рассчитывалась множественная коррелятивная зависимость токсичности проб воды по показателю плодовитости с такими химическими веществами, как марганец и цинк. Показатель множественной корреляции составил r = 0,4, показатель достоверен, так как полученный коэффициент больше максимального из парных или частных коэффициентов корреляции 0,4 > 0,01; 0,2; –0,06. Рис. 1. Концентрация аммония (мг/л) в водах реки Обь в период исследования по результатам химического анализа 2004—2010 гг. Рис. 2. Концентрация железа (мг/л) в водах реки Обь в период исследования по результатам химического анализа 2004—2010 гг. Рис. 3. Концентрация марганца (мг/л) в водах реки Обь в период исследования по результатам химического анализа 2004—2010 гг. Рис. 4. Средняя плодовитость тест-объекта в точке № 1, в точке № 2, период с 2004 по 2010 гг. Результаты анализов и расчетов дают основания утверждать, что железо, аммоний, медь, нефтепродукты, нитриты отрицательно коррелируют с показателями биотестирования тест-объектов, т.е. при повышении количества данных веществ в пробах воды плодовитость угнетается. Марганец, цинк, фенолы, нитраты, фосфаты при повышении концентрации, наоборот, способны вызывать стимулирующий эффект.