CONTENT OF HEAVY METALS IN TISSUES AND ORGANS OF DIFFERENT FISH SPECIES OF THE VOLGOGRAD RESERVOIR
Authors:
1.
Russian State Social University
(Doctor of Biology, Professor; Professor of the Department of Ecology and Technosphere Safety)
Russian Federation
Russian Federation
2.
Russian State Social University
3.
All-Russian Scientific Research Institute of Irrigational Fish Breeding
(Candidate of Biology, Assistant Professor; Senior Researcher)
Type:
Article
Pages:
from 93
to 98
Status:
Published
Received:
05.12.2016
Accepted:
25.12.2016
Published:
25.12.2016
Subject area:
UDK 597.2/5:574.64
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
GRNTI 34.39 Физиология человека и животных
GRNTI 62.13 Биотехнологические процессы и аппараты
GRNTI 69.01 Общие вопросы рыбного хозяйства
GRNTI 69.25 Аквакультура. Рыбоводство
GRNTI 69.31 Промышленное рыболовство
GRNTI 69.51 Технология переработки сырья водного происхождения
GRNTI 87.19 Загрязнение и охрана вод суши, морей и океанов
Language:
Russian
Keywords:
bream, walleye pike, perch, roach, heavy metals, accumulation
Abstract (English):
The paper presents the data on the content of heavy metals (iron, chrome, copper, zinc, manganese) in muscular tissue and a liver of fishes of different ecological groups of the Volgograd reservoir: bream ( Abramis brama ), walleye pike ( Sander lucioperca ), perch ( Perca fluviatilis ), roach ( Rutilus rutilus ). It is shown that the content of metals in organs and tissues of fishes with various type of food is different, so bream differs in higher content of metals, than perch, pike perch and roach. The maximum concentration of heavy metals is typical of fish liver, at the same time in all the examined organs and tissues iron and copper had the maximum concentration, but chrome was in rather low concentration. Content of iron in fish muscles exceeds sanitary parameters by 2-2.8 times, while content of copper, chrome and zinc corresponds to the standard.
The paper presents the data on the content of heavy metals (iron, chrome, copper, zinc, manganese) in muscular tissue and a liver of fishes of different ecological groups of the Volgograd reservoir: bream ( Abramis brama ), walleye pike ( Sander lucioperca ), perch ( Perca fluviatilis ), roach ( Rutilus rutilus ). It is shown that the content of metals in organs and tissues of fishes with various type of food is different, so bream differs in higher content of metals, than perch, pike perch and roach. The maximum concentration of heavy metals is typical of fish liver, at the same time in all the examined organs and tissues iron and copper had the maximum concentration, but chrome was in rather low concentration. Content of iron in fish muscles exceeds sanitary parameters by 2-2.8 times, while content of copper, chrome and zinc corresponds to the standard.
Keywords:
bream, walleye pike, perch, roach, heavy metals, accumulation
bream, walleye pike, perch, roach, heavy metals, accumulation
Введение Отрицательное влияние тяжелых металлов на водные экосистемы относится к ряду наиболее значимых. При повышенных концентрациях тяжелые металлы проявляют высокую токсичность, оказывая вредное воздействие на состояние как отдельных гидробионтов, так и экосистемы водоема в целом. Волгоградское водохранилище и его водосбор расположены в бассейне Нижней Волги на юго-востоке Европейской части Российской Федерации на территории Саратовской и Волгоградской областей в зоне недостаточного увлажнения. Волгоградское водохранилище, аккумулирующее потоки веществ из вышерасположенных участков бассейна, имеет большое хозяйственное значение как источник питьевого водоснабжения многочисленных населенных пунктов, в том числе таких крупных городов, как Волгоград, Саратов, Волжский и Камышин, а также как источник воды для орошения сельскохозяйственных угодий. Поскольку к наиболее распространенным загрязнителям волжских водохранилищ на протяжении многих лет относятся тяжелые металлы [1], для сохранения устойчивости экосистем Волгоградского водохранилища в условиях техногенного воздействия необходимо изучение содержания и распределения тяжелых металлов в их компонентах. Рыбы выступают в роли важнейшего и наиболее чувствительного биотического компонента водных экосистем, они занимают в биоценозах водных экосистем верхний трофический уровень и обладают ярко выраженной способностью накапливать металлы. Повышенное содержание в организме рыб тяжелых металлов свидетельствует об их значительной концентрации в водной среде, о возможных функциональных нарушениях во всех звеньях экосистемы [2, 3]. Основными способами накопления металлов в организме рыб являются хемосорбция, механический захват взвешенных частиц, поступление в процессе питания, поглощение жабрами. Процесс питания - основной путь поступления тяжелых металлов в организм. Жабры рыб, являясь органом водного дыхания, извлекают из водной толщи, помимо растворенного кислорода, целый ряд ионов. В процессе сорбции из воды поступают также такие микроэлементы, как железо, медь, марганец, цинк. При высоких концентрациях этих элементов в водной среде происходит их аккумуляция в организме, что впоследствии приводит к отравлению рыб [4]. В связи с вышеизложенным целью исследования являлось определение уровня содержания металлов в тканях и органах рыб в соответствии с их возрастом, районом обитания и типом питания. Материал и методы исследований Для проведения исследований были выбраны представители различных экологических групп и возрастов ихтиофауны Волгоградского водохранилища: лещ (Abramis brama), судак (Sander lucioperca), окунь (Perca fluviatilis), плотва (Rutilus rutilus). Рыб отбирали из промысловых и любительских уловов в трех точках нижней части Волгоградского водохранилища: в заливе Осадный, у поселка Краснооктябрьский и в заливе Дубовка. Данные точки испытывают различную антропогенную нагрузку и характеризуются разным гидрологическим режимом. Материалом для изучения послужили образцы печени и мышечной ткани рыб. Микроэлементы (железо, марганец, медь, хром, цинк) определяли атомно-абсорбционным методом. Результаты исследования и их обсуждение Содержание тяжелых металлов в тканях и печени рыб определялось типом их питания, а также условиями мест нагула (табл. 1). Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в печени и мышечной ткани рыб Волгоградского водохранилища Район исследований Вид рыб, возраст Элемент, мг/кг Fe Mn Cu Cr Zn Cu Cr Zn Мышцы Печень Залив Осадный (левый берег) Окунь, 3+ 79,63 ±12,98 5,9 ± 1,10 0,6 ± 0,1 0,02 ± 0,004 6,8 ± 1,19 12,5 ± 2,24 0,02 ± 0,003 16,5 ± 3,12 Плотва, 3+ 69,48 ± 12,71 4,9 ± 0,88 0,4 ± 0,07 0,01 ± 0,002 4,8 ± 0,86 9,8 ± 1,82 0,02 ± 0,004 11,6 ± 2,05 Поселок Краснооктябрьский (левый берег) Лещ, 6+ 84,48 ± 14,19 4,8 ± 0,88 2,7 ± 0,48 0,04 ± 0,007 7,6 ± 1,41 21,7 ± 3,65 0,05 ± 0,008 20,9 ± 3,45 Плотва, 3+ 60,70 ± 11,11 3,5 ± 0,63 1,1 ± 0,21 0,11 ± 0,02 7,6 ± 1,42 8,5 ± 1,44 0,08 ± 0,01 22,6 ± 3,86 Судак, 6+ 78,56 ± 13,51 3,6 ± 0,61 1,3 ± 0,23 0,01 ± 0,001 3,9 ± 0,75 10,5 ± 1,93 0,01 ± 0,001 18,4 ± 3,33 Залив Дубовка (правый берег) Окунь, 3+ 80,28 ± 13,01 5,5 ± 1 0,4 ± 0,23 0,03 ± 0,005 5,4 ± 1,02 11,9 ± 2,23 0,05 ± 0,007 14,0 ± 2,46 Лещ, 3+ 73,55 ± 12,88 5,3 ± 1,02 0,8 ± 0,13 0,04 ± 0,006 5,3 ± 1,01 10,8 ± 1,87 0,02 ± 0,004 16,5 ± 2,77 Плотва, 3+ 68,45 ± 12,53 7,6 ± 1,28 0,5 ± 0,09 0,04 ± 0,007 3,7 ± 0,66 4,0 ± 0,74 0,04 ± 0,008 15,5 ± 2,96 Как показали результаты исследования, максимальное количество металлов накапливается в печени рыб. Печень интенсивно аккумулирует химические элементы, включая металлы, по этому показателю значительно превосходит остальные органы [5]. Максимальное накопление металлов отмечено в рыбах, выловленных у левого берега Волгоградского водохранилища, т. е. в районах, по данным 2013 г. [6], наиболее подверженных загрязнению тяжелыми металлами (табл. 2). Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в компонентах экосистемы Волгоградского водохранилища, 2013 г. Компонент экосистемы Металл, мг/кг Район исследований У поселка Краснооктябрьский Залив Осадный Залив Дубовка Донные отложения Fe 81,62 ± 14,34 54,55 ± 9,71 47,83 ± 7,60 Mn 2,10 ± 0,39 2,71 ± 0,51 1,85 ± 0,30 Cu 1,02 ± 0,19 1,24 ± 0,21 0,97 ± 0,27 Cr 1,22 ± 0,20 1,66 ± 0,30 1,43 ± 0,32 Zn 0,13 ± 0,02 0,20 ± 0,03 0,17 ± 0,03 Вода Fe 10,39 ± 0,92 1,47 ± 0,22 0,29 ± 0,04 Mn 0,07 ± 0,004 0,09 ± 0,006 0,09 ± 0,01 Cu 0,02 ± 0,001 0,09 ± 0,004 Не обнаружено Cr 0,02 ± 0,001 0,03 ± 0,003 0,02 ± 0,002 Zn 0,03 ± 0,001 0,05 ± 0,004 0,05 ± 0,003 Содержание химических элементов в органах и тканях рыб с разным типом питания (биомагнификация) может различаться больше чем на порядок, имеют значение также скорость обменных процессов, ассоциированность с субстратом, пол и возраст (биоконцентрирование) [7, 8]. По степени накопления тяжелых металлов доминируют бентофаги. Как видно из табл. 1, в органах и тканях леща тяжелые металлы концентрируются в большей степени, чем в органах и тканях других видов рыб. О накоплении металлов судили также по коэффициентам биологического поглощения (КБП), которые рассчитывали по формуле КБП = Ср / Св, где Ср - содержание металлов, мг/кг сырой массы; Св - содержание металлов в воде, мг/л. Коэффициент биологического поглощения определяли для каждой экологической группы рыб в мышцах и печени (рис.). а б Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов для различных экологических групп рыб: а - мышцы; б - печень По величине КБП металлы в печени и мышечной ткани рыб располагаются в определенной последовательности: - хищники: в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr; - эврифаги: в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr; - бентофаги: в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr. Полученные ряды имеют общие закономерности. Так, например, выявлено, что цинк накапливается и в печени, и в мышцах. Это говорит о его высокой биофильности и способности к интенсивному биологическому накоплению в тканях рыб. Наименьшие значения КБП характерны для хрома, что определяется его низкой биофильностью. В целом во всех рассмотренных органах и тканях разных видов рыб максимальные значения концентрации имели железо и медь. Для хрома характерны относительно низкие значения концентрации. Содержание тяжелых металлов в печени и мышечной ткани исследуемых рыб, за исключением железа, не превышает допустимого остаточного количества и соответствует санитарным нормам (табл. 3). Содержание железа в мышцах рыб превышает санитарные показатели в 2-2,8 раза. Таблица 3 Концентрация тяжелых металлов в мышечной ткани рыб Волгоградского водохранилища Металл Допустимое остаточное количество в основных группах пищевых продуктов, мг/кг [9] Концентрация тяжелых металлов в мышцах рыб, мг/кг Залив Осадный (левый берег) Поселок. Краснооктябрьский (левый берег) Залив Дубовка (правый берег) Окунь, 3+ Плотва, 3+ Лещ, 6+ Плотва, 3+ Судак, 6+ Окунь, 3+ Лещ, 3+ Плотва, 3+ Cu 10 0,6 ± 0,1 0,4 ± 0,07 2,7 ± 0,48 1,1 ± 0,21 1,3 ± 0,23 5,4 ± 1,02 5,3 ± 1,01 3,7 ± 0,66 Zn 40 6,8 ± 1,19 4,8 ± 0,86 7,6 ± 1,41 7,6 ± 1,42 3,9 ± 0,75 0,4 ± 0,23 0,8 ± 0,13 0,5 ± 0,09 Fe 30 79,63 ± 12,98 69,48 ± 12,71 84,48 ± 14,19 60,7 ± 11,11 78,56 ± 13,51 80,28 ± 13,01 73,55 ± 12,88 68,45 ± 12,53 Cu 0,3 0,02 ± 0,004 0,01 ± 0,002 0,04 ± 0,007 0,11 ± 0,02 0,01 ± 0,001 0,03 ± 0,005 0,04 ± 0,006 0,04 ± 0,007 Уровень содержания металлов в печени и мышцах леща и судака Волгоградского водохранилища зависит от возраста рыб. Для исследования этой зависимости были выбраны трехлетки и шестилетки леща и судака. Более высокие концентрации Fe, Cu, Cr и Zn выявлены у шестилеток. Заключение Таким образом, результаты исследований показали, что максимальное количество тяжелых металлов концентрировалось в печени рыб исследуемых рыб. По значению коэффициента биологического накопления изучаемых элементов рыбы всех экологических групп располагаются в убывающем ряду одинаково: КБН в мышцах - Mn > Zn > Cu > Fe > Cr; в печени - Cu > Zn > Cr. Кроме того, выявлены закономерности распределения тяжелых металлов в печени и мышцах рыб, обусловленные возрастом, видом рыб и содержанием металлов в воде и донных отложениях. Так, органы и ткани леща отличаются более высоким содержанием металлов, чем органы и ткани окуня, судака и плотвы. Питание бентосными организмами, в которых эти микроэлементы аккумулируются в высокой степени, приводит к их большому накоплению в тканях и органах леща. Сравнение концентраций железа, меди, хрома и цинка у шестилеток и трехлеток выявило их большие значения у шестилеток. Максимальная концентрация тяжелых металлов в печени и мышечной ткани исследуемых видов рыб характерна для железа и меди. Для хрома характерны относительно низкие концентрации. В ряде случаев содержание железа в рыбе превышает допустимый остаточный уровень. Концентрация остальных металлов в печени и мышечной ткани соответствует санитарным нормам.
1. Spirin V. F., Orlov A. A., Mosiyash S. A., E. A. Shashulovskaya. Retrospektivnaya harakteristika Volgogradskogo vodohranilischa kak istochnika vodosnabzheniya gorodskogo i sel'skogo naseleniya // Fundamental'nye issledovaniya. 2015. № 2 (ch. 25). S. 5605-5609.
2. Vundcettel' M. F., Kuznecova N. V. Soderzhanie tyazhelyh metallov v organah i tkanyah ryb reki Yahroma // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. Ser.: Rybnoe hozyaystvo. 2013. № 2. S. 155-158.
3. Lopareva T. Ya., Sharipova O. A., Petrushenko L. V. Uroven' nakopleniya toksikantov v myshechnoy tkani ryb v vodnyh basseynah Respubliki Kazahstan // Vestn. Astrahan. gos. tehn. un-ta. Ser.: Rybnoe hozyaystvo. 2016. № 2. S. 115-122.
4. Filenko O. F., Miheeva I. V. Osnovy vodnoy toksikologii. M.: Kolos, 2007. 144 s.
5. Miller I. S., Korotkevich O. S., Petuhov V. L., Sebezhko O. I. Osobennosti nakopleniya i korrelyacii tyazhelyh metallov v kostnoy tkani sudaka Novosibirskogo vodohranilischa // Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2015. № 1 (1). S. 34-36.
6. Es'kov E. K., Zubkova V. M., Belozubova N. Yu., Bolotov V. P. Soderzhanie i migraciya tyazhelyh metallov v komponentah ekosistem Volgogradskogo vodohranilischa // Agrarnaya nauka. 2015. № 1. S. 14-15.
7. Krylov A. B. Gidrobiologiya malyh rek. Vvedenie. Rybinsk: Rybinskiy Dom pechati, 2006. 110 s.
8. Leonov V. A., Dubina T. L. Cink v organizme cheloveka i zhivotnyh. Minsk: Nauka i tehnika, 1997. 128 s.
9. Lescova H. A. Rol' faktorov sredy obitaniya v formirovanii riskov zdorov'ya naseleniya pri kontaminacii produktov pitaniya: avtoref. dis.. kand. med. nauk. Orenburg, 2004. 24 s.
