Кратко — возможные химические причины гибели: азотные соединения (аммиак, нитрит/нитрат), фосфор и эвтрофикация (цветение/гипоксия/токсичные цианобактерии), пестициды (инсектициды/гербициды), тяжёлые металлы и острые изменения pH/солёности/БПК. Для каждой причины — что измерить, как анализировать и какие доказательства считать убедительными.
1) Аммиак (NH3/NH4+)
- Механизм: токсичен в форме несвязанного аммиака (NH3), усиливается при высоком pH и температуре — поражение дыхательной и нервной систем у рыб.
- Что измерить: суммарный аммоний $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}+\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$, pH, температура, растворённый кислород (DO).
- Аналитика: фотометрия/ионная хроматография для $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$; расчёт доли несвязанного аммиака:
$$f_{N{H}_3}=\frac{1}{1+10^{\mathrm{p}{K}_a-\mathrm{pH}}}$$ где $\mathrm{p}{K}_a\approx 9.25$ при $25^{\circ }\mathrm{C}$ (корректировать по температуре).
- Диагностика: рассчитать концентрацию $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3=f_{N{H}_3}\times$ суммарного аммония; сравнить с токсикологическими порогами для локальных видов (сверить с LC50/критическими значениями в руководствах). Совпадение вспышки с пиком аммиака — убедительное свидетельство.
- Подтверждение: лабораторные биотесты (экспозиция рыб в образцах воды); измерение аммиака в тканях/жабрах.
2) Нитрит (NO2-) и нитрат (NO3-)
- Механизм: нитрит (особенно как NO2−) вызывает метгемоглобинемию ("коричневая кровь"), блокирует транспорт O2; нитрат в основном косвенно — способствует эвтрофикации.
- Что измерить: $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}$ (в виде NO2-N), $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$ (NO3-N), метгемоглобин у рыб, DO.
- Аналитика: ионная хроматография или колориметрия (Griess для NO2-), измерение метгемоглобина спектрофотометрически или в крови рыб.
- Диагностика: высокие уровни $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}$ (часто $\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2\text{-}\mathrm{N}\gtrsim$ $0.5-1mg/L$ представляют острый риск, но сравнивать с локальными стандартами) плюс клиника у рыбы (метгемоглобинемия) → сильное доказательство.
- Подтверждение: биотесты с фильтрованной/нефильтрованной водой, корреляция пространственно-временная.
3) Фосфор и эвтрофикация (P)
- Механизм: избыток фосфора → усиленный рост фитопланктона/цианобактерий → цветение, затем распад биомассы и резкая депривация DO (аноксия), плюс возможные микротоксины (микрокистин).
- Что измерить: растворимый реактивный фосфат $\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$, общ. фосфор, хлорофилл-a, биохимическое потребление кислорода (BOD5), DO по глубине, микротоксины (микрокистин).
- Аналитика: фотометрия для $\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$, флурометрия/спектрофотометрия для хлорофилл-a, ELISA/LC-MS/MS для микротоксинов, BOD5/COD.
- Диагностика: высокие $\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4^{3-}$ и $\mathrm{Chl}\text{-}\mathrm{a}$, резкое падение DO (< $2mg/L$ — серьёзная гипоксия), наличие микротоксинов в воде/тканях рыб → подтверждение эвтрофикации как причины гибели.
- Подтверждение: временная связь после дождя/стока, подтверждение разложения биомассы (высокий BOD/COD), анализ седимента на P.
4) Пестициды (инсектициды, гербициды, фунгициды)
- Механизм: острый токсический эффект (нейротоксичность, нарушение дыхания), возможные сублетальные эффекты.
- Что измерить: целевая панель пестицидов по применяемым на прилегающих полях (органофосфаты, карбаматы, пиретроиды, неоникотиноиды, глифосат и др.).
- Аналитика: селективный сбор проб (вода, взвесь, осадок, биота), подготовка методом твердофазной экстракции, анализ LC-MS/MS или GC-MS/MS с пределами обнаружения нг/L–µg/L.
- Диагностика: обнаружение известных токсичных пестицидов в концентрациях, сравнимых или превышающих LC50/EC50 для местных видов; наличие острых клинических признаков (например, судороги) и ингибирование ацетилхолинэстеразы (AChE) в тканях при органофосфатах/карбаматах.
- Подтверждение: биотесты с разбавлением, измерение метаболитов в печени/жировой ткани, ингибирование AChE как биомаркер.
5) Тяжёлые металлы (Cu, Zn, Pb, Cd, Hg и др.)
- Механизм: хроническая или острая токсичность, поражение жабр, нервной системы; Hg — накопление и нейротоксичность.
- Что измерить: растворимые и общий металл в воде, металл в осадке и тканях рыб (печень, мышцы).
- Аналитика: ICP-MS или AAS; пробоотбор с отделением растворённой фракции ($<0.45\mu \mathrm{m}$) и взвеси, хранение с кислотой для растворимых фракций.
- Диагностика: концентрации в воде и особенно накопление в тканях превышает токсические пороги; пространственная корреляция с источником (сточные воды, удобрительные/производственные точки).
- Подтверждение: изотопный анализ для подтверждения источника (например, Pb-изотопы), гистопатология.
6) Цианотоксины (микрокистины и др.)
- Механизм: прямые токсины от цветений цианобактерий — токсические поражения печени/нервной системы.
- Что измерить: микрокистин-LR и другие бронус-диапазоны в воде и тканях рыб.
- Аналитика: ELISA для скрининга, LC-MS/MS для подтверждения и квантификации.
- Диагностика: наличие токсинов в воде/тканях выше ориентиров (напр. WHO для питьевой воды $1\mu g/L$ для микрокистин-LR) плюс видимые цветения.
Общие требования к отбору проб и анализам
- Схема: образцы как можно раньше после эпизода; точки: поражённый участок, выше по течению (контроль), впадающие стоки/канавы; проба воды на поверхности и на глубине; осадок; ткани погибших рыб (печень, мышца, жабры, кровь).
- Консервация: фильтрация для растворимых фракций, хранение при $4^{\circ }\mathrm{C}$ или заморозка для органики/тканей; кислотация (HNO3) для растворимых металлов.
- Методы: ионная хроматография/колориметрия для азота/фосфора; ICP-MS/AAS для металлов; LC-MS/MS или GC-MS/MS для пестицидов; ELISA/LC-MS для микротоксинов; BOD5/COD, хлорофилл-a, DO профили.
- Документирование: временная шкала событий, интенсивность дождя, карта источников, ланд-юз (удобрения/пестициды), фото/видео, цепочка хранения проб.
Как окончательно доказать причину
- Комбинация: химические данные (концентрации), биологические маркеры в тканях, клиника у рыб, временная и пространственная корреляция со стоком, лабораторные биотесты на чувствительных видах/экспозиция воды-образцов, сопоставление с LC50/руководящими уровнями, возможно изотопные и метаболические маркеры для источника.
- Последовательность: быстрый отбор проб → целевой анализ по предполагаемым классам загрязнителей → биотест/биомаркеры → восстановление источника и мониторинг.
Если нужно — могу составить конкретный план отбора проб (точки, объёмы, хранение) и список приоритетных аналитов по типу сельхозпрактик в вашем регионе.